纳米结构MgO涂层直接生长于纯镁基底对其体外腐蚀行为及生物活性的调控机制研究

　　本研究针对镁基植入体在生理环境中腐蚀速率过快、生物相容性不足等关键问题，通过非水电解质阳极氧化法在纯镁表面构建纳米结构MgO涂层。研究证实该涂层使腐蚀阻抗提升2倍，氢释放量降低至615±32 μL cm-2 ，并在模拟体液(SBF)中诱导形成Ca/P比1.35的均匀磷灰石层，显著提升骨整合潜力，为可降解镁基植入体的临床转化提供新策略。

　　

镁及其合金因优异的可降解性和力学适配性，在骨科植入领域展现出巨大潜力。然而，其在含氯生理环境中的快速腐蚀会导致力学性能过早失效，并伴随局部pH下降和氢气积聚，可能引发气栓等并发症。传统表面改性技术如等离子喷涂存在高温损伤基体、涂层不均匀等问题，而常规微米级MgO涂层因Pilling-Bedworth比(PBR)不足易产生裂纹。这些瓶颈严重制约了镁基植入体的临床应用。

为突破这一技术壁垒，研究人员通过甲醇基硝酸铵电解液的阳极氧化工艺，在纯镁表面构建纳米结构MgO涂层。研究采用阶梯电压优化法（2.5-40V），结合场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)和电化学阻抗谱(EIS)等表征手段，系统评估了涂层形貌与性能关联性。关键发现显示：5V条件下形成的纳米多孔MgO具有13.7±0.5 μm最佳厚度，其电荷转移电阻达12,743 Ω·cm²
，较未处理镁提升2倍。更值得注意的是，在14天SBF浸泡实验中，纳米结构表面诱导形成的磷灰石层呈现独特针状生长模式，Ca/P比达1.35，显著优于微米结构样品。

在技术方法层面，研究团队创新性地采用低温（0°C）控制下的恒压阳极氧化，通过调节NH₄
NO₃
/甲醇电解液的电压-时间参数（5V/30min）获得自组织纳米孔结构。生物相容性测试采用XTT细胞增殖法和溶血试验，腐蚀行为通过氢释放测量和极化曲线量化，辅以XPS分析表面化学状态。

研究结果部分揭示三大核心发现：
3.1 微观结构表征显示5V样品形成20-80 nm均匀孔道，XRD证实(111)晶面择优取向的MgO结晶，XPS检测到49.6 eV特征峰证实Mg(OH)₂
共存。
3.2 腐蚀测试表明纳米结构使腐蚀电流密度(i_corr
)降至14 μA/cm²
，氢释放速率降低33%，EIS拟合显示双电层电容降低1个数量级。
3.3 生物活性方面，纳米结构组7天即出现Ca²⁺
/PO₄
^3-
的定向沉积，14天形成连续HA层，U-698-M细胞存活率提升40%，溶血率降低至安全阈值。

讨论部分强调，纳米多孔结构通过三重机制协同增效：几何限制效应延缓腐蚀介质渗透；高比表面积促进Ca-P异相成核；表面羟基化加速磷灰石晶体外延生长。相比传统微弧氧化技术，该低温工艺避免了基体热损伤，且纳米孔道为后续药物负载提供理想载体。

这项发表于《Journal of Magnesium and Alloys》的研究，首次阐明电压调控MgO纳米结构对镁基底"腐蚀-生物活性"双功能协调机制，为设计新一代智能化可降解植入体奠定理论基础。特别值得注意的是，研究中发现的磷灰石"由内而外"生长模式，为理解生物材料表面矿化动力学提供新视角。未来通过掺杂稀土元素或复合抗菌剂，可进一步拓展该涂层体系的临床应用场景。