某些不易清理的医疗器材内表面一旦沾染耐药细菌，就会使患者面临继发性感染的风险。因此近年来，许多工程师都在不断研究灭菌涂层相关的技术以及寻找更优质的医用材料。2022年上海医疗器械展会Medtec中国展近日了解到镁及镁合金具有低密度、比强度高和良好的生物相容性等优点，作为第三代生物医用材料受到广泛的关注。然而，较高的化学活性导致其在体内降解速度较快，并伴随大量氢气的产生。快速降解使基体的力学性能在骨愈合之前丧失，氢气的产生诱导植入物周围的组织层分离。另一方面，提高镁耐腐蚀性能会形成弱碱性环境，影响其抗菌性能。微弧氧化涂层是提高镁及其合金的耐蚀性和抗菌活性的表面处理技术，其内部致密层在植入初期可延缓腐蚀侵袭速度，降低H2的析出。外部疏松层有利于蛋白或生长因子的附着，促进种植体周围骨组织的生长。

最近，微弧氧化涂层对镁合金抗菌性能的研究现状和研究趋势。内容包括镁基微弧氧化涂层的相成分、微观形貌及微弧氧化涂层抗菌机制，分析了目前利用微弧氧化制备抗菌涂层的方法，如通过抗菌剂掺杂电解质提高Mg植入物的抗菌活性，对微弧氧化涂层进行后处理，在其表面涂敷具有抗菌成分的涂层。此外，该综述为镁合金微弧氧化涂层在抗菌材料上的应用提出了建议。

首先分析了镁合金基体与电解液添加剂对微弧氧化涂层成分的影响(表1)。在氧化过程中，由于阴离子与溶解的Mg2+离子在火花放电通道中发生反应，而形成MgO、MgAl2O4、Mg2SiO4和MgF2等相成分。此外，电解液中加入添加剂或后处理过程也可在涂层中形成新的化合物，如Ca(OH)2、Cu3(PO4)2、Ag2CO3、Ag2O等。作者还总结了添加剂和后处理工艺对涂层结构和形貌的影响。由于在放电通道中产生气泡和火花放电，并且在溶液和氧化物涂层的界面处伴随着电子雪崩，导致镁合金微弧氧化涂层通常具有多孔结构。添加剂会降低涂层表面微孔尺寸，减小微裂纹和增加涂层厚度，如将AgNO3掺杂到溶液中增大了初始电流密度，导致大而不规则的孔洞数量减少，层厚增加，从而使阳极氧化反应更加强烈。在微弧氧化涂层表面进行后处理，可以降低甚至完全遮蔽多孔结构。如利用聚己内酯(PCL)对微弧氧化涂层封孔处理后，复合涂层表面变得光滑致密。

表 1 近年来关于镁合金微弧氧化涂层抗菌性能的研究

由于细菌在植入物表面生长并形成生物膜，被膜外聚合物(EPS)包围的多个或单一细菌，很难用抗生素治疗。可以利用掺杂抗菌剂的电解液制备微弧氧化涂层，提高镁植入物的抗菌活性。本文概述了Ag和Cu基添加剂的掺杂对涂层抗菌活性的影响，并介绍了利用后处理技术制备具有抗菌成分的涂层，进一步提高微弧氧化涂层在镁基体上的抗菌性能。Ag+离子会破坏细菌壁，与有机基团和酶的硫醇结合，导致细菌正常的渗透性和呼吸功能紊乱，甚至与含硫或磷化合物发生反应，改变细菌的DNA。Cu可以通过不同的反应过程杀死细菌。首先，静电力使Cu离子吸附在细菌的细胞膜上，限制细菌的活动，导致代谢紊乱和细胞死亡。其次，Cu离子穿透细菌膜，破坏膜的完整性，导致了细胞质的渗漏和细胞的死亡。第三，Cu离子可以破坏呼吸链的活动，干扰细菌的基因复制过程。由于铁硫团簇中铁原子的转移，导致Cu2+离子产生毒性对中枢分解代谢和生物合成途径产生损害。纳米级添加剂具有比表面积大、反应活性高、易于穿透细胞膜等优点，能有效阻断生物膜的生长，并能抑制细菌活性。纳米材料(NMs)提高抗菌性能的主要机理是活性氧的产生。生物膜与NMs之间的相互作用可以用三个重要的顺序机制来解释：NMs转运到生物膜的界面-流体；附着于生物膜表面(外区)；以及生物膜内的迁移。NMs的物理化学行为(形状、表面电荷、大小、疏水性和官能团)与生物膜组分发生相互作用。通过聚多巴胺(PDAM)将聚六亚甲基双胍(PHMB)固定在PEO/PCL复合涂层中后，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有显著的抗菌能力，表面几乎没有活菌。PHMB的加入使阴离子微生物的膜直接进入阳离子生物界面，提高了相对表面电位。然后，库仑力中断了细菌膜的生长并将细菌消灭。

除了灭菌涂层，更多无菌医疗器械包装材料等相关技术与议题也会在2022年上海医疗器械展会Medtec中国展会议现场探讨，“第五届医疗器械包装与灭菌论坛”将围绕中国无菌医疗器械包装标准体系与合规 、无菌医疗器械包装材料的选择、复用性医疗器械灭菌的最佳解决方案、植入介入医疗器械UDI打标的灭菌技术等医疗器械包装与灭菌领域热点话题进行演讲。会议将进一步结合制造商与包装供应商双方的需求，以及Medtec全球的资源，切实探讨包装与灭菌的检测、技术与方法, 点击快速预登记。

除了微弧氧化涂层的化学成分外，细菌悬浮液的pH值也是影响抗菌性能的关键因素。由于微弧氧化涂层裂纹和孔洞较多，延长细菌的共培养时间，使溶液介质有更多的时间渗透到镁基体界面处，这将导致基体的溶解并形成较高的pH值。随着pH值的增加，抗菌性能增强。利用植酸钠溶液中处理微弧氧化涂层样品，尽管其成分中没有植酸，但对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出良好的抗菌能力。这是由于样品在被测细菌悬浮液中发生腐蚀，导致周围介质的pH值升高。

细菌感染是镁基生物材料最重要的临床问题之一。为了防止感染的出现，2022年上海医疗器械展会Medtec中国展在本文中聚焦如何提高镁合金微弧氧化涂层抗菌性能的策略，抑菌剂掺杂制备微弧氧化涂层被认为是改善镁基生物材料抗菌性能的有效方式。利用后处理将具有抗菌性能的元素或化合物涂敷于涂层中，如锌、铜、银、氧化锆、溶菌酶、万古霉素和四环素等，可进一步增强抗菌性能。此外，微弧氧化涂层的多孔性为细菌悬浮液渗透到镁基体提供了途径，提高了溶液pH值，从而具有更好的抗菌性能。

来源： JMACCMg