AZ31镁合金表面磁控溅射镁-硅复合薄膜的耐蚀性和生物相容性

摘要

[目的]医用镁合金因其与人体骨骼相近的密度和优异的生物相容性，在骨植入材料领域的应用潜力巨大。然而，其在生理环境中的降解过快，会引发力学完整性过早丧失、局部pH升高及氢气积聚等问题，严重制约其临床推广应用。本研究旨在通过表面改性提升镁合金的耐腐蚀性能并维持其良好的生物相容性。[方法]采用磁控共溅射技术在AZ31镁合金表面制备Mg–Si复合薄膜。通过正交试验优化了溅射的压强、金属靶功率和溅射时间。通过扫描电镜(SEM)、白光干涉仪、电化学分析及模拟体液(SBF)浸泡试验，分析了Mg–Si复合薄膜的表面形貌、表面粗糙度及耐腐蚀性能。并通过CCK-8法和细胞荧光染色评估其体外细胞毒性及生物相容性。[结果]磁控溅射的较优工艺参数为：压强0.30 Pa，镁的溅射功率40 W，硅的溅射功率120 W，溅射时间1 h。在此条件下所获Mg–Si复合薄膜表面均匀致密，表面粗糙度Ra低至30.5 nm。电化学测试表明，该薄膜使基体的腐蚀电流密度降低了近2个数量级，且阳极分支显示出钝化特征，耐蚀性显著提升。体外细胞实验证实，与未处理的AZ31镁合金相比，Mg–Si复合薄膜的细胞增殖率更高，细胞形态更佳，表现出优异的生物相容性。[结论]采用磁控共溅射技术可于AZ31镁合金表面成功制备出兼具优良耐蚀性和生物相容性的Mg–Si复合薄膜，为解决医用镁合金过快降解问题提供了一种有效的表面改性方案。

关键词

镁合金 / 磁控溅射 / 镁-硅复合薄膜 / 耐蚀性 / 生物相容性