今天为大家分享一篇江南大学李小杰教授研究团队近期发表在ACS APPLIED BIO MATERIALS上的文章。镁及其合金因其优异的生物相容性和力学适配性，在生物可降解植入器械领域展现出巨大的应用前景。然而，其在生理环境中的快速腐蚀降解以及植入相关的感染风险，严重制约了其临床转化。为同时解决这两大关键挑战，本研究通过电化学聚合法，在AZ31镁合金表面成功构建了一种多功能聚吡咯/没食子酸（PPy/GA）复合涂层。系统评价表明，该PPy/GA涂层显著提升了基体镁合金的耐腐蚀性能。细胞相容性评估（MTT法和L929细胞活-死染色）证实该涂层具有良好的生物安全性。尤为重要的是，体外抗菌实验结果显示，PPy/GA涂层展现出远优于单一PPy涂层及裸镁合金的显著抗菌活性。本研究发展的PPy/GA多功能涂层策略，为增强镁合金植入物的耐腐蚀性和抗感染能力提供了有效途径，具有重要的潜在应用价值。

一、背景介绍

镁（Mg）及其合金凭借优异的生物相容性、生物降解性和匹配的力学性能，被视为极具前景的生物植入材料。然而，其在生理环境中的快速腐蚀，易导致机械支撑过早丧失和植入失败；同时，植入物相关感染（常由细菌粘附形成耐药生物膜引发）也是导致失效和二次手术的主要原因。为协同解决腐蚀与感染两大关键挑战，本研究提出在镁合金表面构建具有双重功能的保护涂层。聚吡咯（PPy）因其稳定性与生物相容性，是镁合金防护的潜在材料，可通过电化学聚合精确控制成膜。但传统PPy涂层作为物理屏障作用有限，其保护机制（物理阻隔或阳极钝化）尚需优化。研究表明，引入功能性掺杂剂可显著提升PPy性能。没食子酸（GA），一种天然多酚（含羧基和酚羟基），不仅能通过强界面结合增强PPy膜的阻隔与钝化能力，还具备广谱抗菌等生物学特性。因此，本研究采用恒电位法，在磷酸盐缓冲液（PBS）中于AZ31镁合金表面成功制备了没食子酸掺杂聚吡咯（PPy/GA）复合涂层。通过电化学测试和体外浸泡实验系统评价了涂层的耐腐蚀性能。采用革兰氏阴性菌（大肠杆菌）和革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）进行体外抗菌实验评估其抗菌活性。结果表明，PPy/GA涂层显著提高了镁合金基体的耐腐蚀性，并展现出优异的广谱抗菌性能，显著优于单一PPy涂层及未涂层镁合金。该多功能涂层策略为开发兼具优异耐腐蚀性和抗感染能力的镁合金植入物提供了有效途径，有望促进其临床应用。

二、文章要点

图1 (A)Mg @ PPy和Mg@PPy/GA的ATR-FTIR光谱。（B）Mg@PPy和Mg@PPy/GA样品的X射线光谱分析：（C）C 1 s光谱和（D）N 1 s光谱

图2 （A，C）Mg@PPy和（B，D）Mg@ PPy/GA的表面（插图，局部放大图像）和横截面SEM图像

图3 粘附性测试后的（A）Mg@PPy和（B）Mg@PPy/GA样品的图像

图4 裸镁合金、Mg@PPy和Mg@ PPy/GA在模拟体液中的极化曲线

图5 裸镁合金、Mg@PPy和Mg@PPy/GA的电化学腐蚀行为：（A）Nyquist图，（B）对数周期的Bode图，|Z|

（C）相位角的Bode图，以及（D）（1）裸Mg合金和Mg@PPy以及（2）Mg@PPy/GA的等效电路

图6 在37 °C下在SBF溶液中浸泡30天的裸Mg合金、Mg@PPy和Mg@PPy/GA的（A）pH和（B）Mg 2+浓度的变化（n = 3）

浸泡30天后的（C）裸Mg合金、（D）Mg@PPy和（E）Mg@PPy/GA的SEM图像和相应的EDS结果。和Mg@PPy/GA

图7 用（A）30%和（B）10%浸提液培养的L929细胞的活力，浸提液取自在细胞培养基中浸泡24和72 h的试验样品。

（C）L929细胞在不同pH值和不同Mg 2+浓度下的活力。（D）样品表面活/死细胞的荧光显微镜图像（*p < 0.05，**p < 0.01，和 *p < 0.001）

图8 体外抗菌测定。（A）空白、裸镁合金、Mg@PPy和Mg@PPy/GA的LB板上的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌细菌菌落的典型光学照片。

（B）不同样品对大肠杆菌的抗菌率。（C）不同样品对金黄色葡萄球菌的抗菌率（**p < 0.01）

三、文章总结

本研究通过电化学沉积法在镁合金表面成功制备了没食子酸（GA）掺杂的聚吡咯（PPy）复合涂层（Mg@PPy/GA）。结合力测试证实，GA的引入显著增强了PPy涂层与镁合金基体之间的界面结合强度；综合电化学测试和体外浸泡实验结果一致表明，Mg@PPy/GA复合涂层相比未涂覆的镁合金基体展现出显著提升的耐腐蚀性能；体外细胞相容性试验验证了PPy/GA涂层具有良好的细胞相容性；体外抗菌实验结果显示，PPy/GA涂层对革兰氏阴性菌（大肠杆菌）和革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）均具有极强的抑制效果，抑菌率分别高达（ 99.77 ± 3.59)% 和 99.61%；综上所述，Mg@PPy/GA复合涂层同时实现了增强的耐腐蚀性能和优异的抗菌性能，并具备良好的生物相容性。这种多功能涂层策略有效解决了镁合金作为植入材料面临的关键挑战（快速腐蚀和感染风险），使其成为极具临床应用前景的生物医用植入材料候选者。