石墨烯-植酸复合微弧氧化涂层优化镁合金的耐腐蚀性与生物相容性研究

这篇研究通过水热法合成植酸-壳聚糖-氧化石墨烯(PCG)复合物，将其整合到微弧氧化(MAO)涂层中，显著提升了ZK60镁合金的耐腐蚀性（腐蚀电流密度降低2个数量级）和生物相容性（促进钙磷灰石沉积）。创新性地结合了GO的物理屏障效应与PA的金属螯合特性，在800 mg/L最佳浓度下实现涂层孔隙率降低56%，为医用可降解镁合金表面改性提供了新策略。

　　

亮点

• 首创植酸-壳聚糖-氧化石墨烯(PCG)三组分复合防腐体系

• PCG使微弧氧化(MAO)涂层孔隙率降低56%

• 800 mg/L PCG涂层腐蚀电流密度降低98.7%

• 促进仿生钙磷灰石快速沉积（3天覆盖率提升300%）

粉末表征

扫描电镜(SEM)显示：原始氧化石墨烯(GO)表面光滑有褶皱（图1a），壳聚糖修饰后(CG)表面粗糙度增加（图1b），而PCG复合物则重现了特征褶皱结构。X射线光电子能谱(XPS)证实PCG中P2p特征峰的出现，证明植酸(PA)成功接枝。热重分析显示PCG在200-800°C的热稳定性优于GO单体。

涂层性能

电化学测试表明：含800 mg/L PCG的MAO涂层在模拟体液中表现出最低腐蚀电流密度（2.37×10^-8 A/cm²），比空白MAO涂层降低两个数量级。浸泡实验显示其降解速率仅为1.2 mm/年，同时表面能在3天内形成致密的Ca-P沉积层。细胞实验证实PCG涂层促进成骨细胞黏附增殖（24小时存活率>95%）。

作用机制

密度泛函理论(DFT)计算揭示：PA的磷酸基团与Mg²⁺形成稳定配位键（结合能-3.12 eV），而GO片层通过π-π堆积作用在缺陷处形成物理屏障。这种"双锁"防护机制（物理隔离+化学钝化）显著延缓了Cl^-的侵蚀进程。

结论

1. 1.

   水热法成功构建具有分级结构的PCG复合材料；

2. 2.

   PCG通过"褶皱填充效应"显著提升MAO涂层致密度；

3. 3.

   最优PCG浓度(800 mg/L)使涂层兼具优异耐蚀性和促成骨活性；

4. 4.

   防护机制源于GO的屏障作用和PA的金属螯合协同效应。