[发明专利]一种可降解镁合金植入体材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可降解植入体材料的制备方法。

背景技术

众所周知，目前不锈钢、钛和钴基合金作为植入材料已经广泛应用于临床，但是医用不锈钢的密度和弹性模量与人体硬组织相差较大，导致力学相容性较差。钴基合金有优良的力学性能、较好的生物相容性和优良的耐蚀、耐磨和铸造性能；但是用铸造钴基合金制作的人工关节在体内的松动率较高，钴、镍、铬还可能产生皮肤过敏反应，其中以钴影响最严重，所以其广泛应用也存在一定的限制。钛系医用合金在服役过程中生成的磨屑游离于植入体附近，容易引起炎症，自身的生物惰性不能诱发磷灰石的沉积，使钛合金和骨组织之间不能形成强有力的化学骨性结合。另外，这些生物材料的弹性模量与人骨组织相差过大，不利于新骨的生长和重塑，易导致二次骨折。镁合金因其优异的性能，正逐渐被人们所关注。镁合金相对于其它金属植入体，其弹性模量和抗压强度更加接近自然骨；镁合金还具有良好的生物相容性，研究证实，将多孔的AZ91植入到兔股骨中发现，3个月后多孔镁合金已经大部分降解，组织学观察表明没有伤害骨组织，显示良好的生物相容性；更重要的是镁合金具有非常低的平衡电极电位，特别是在含有Cl^-离子的溶液中易被腐蚀而降解，作为植入材料植入人体，缓慢降解产生的Mg²⁺可经肾脏代谢，血液中的镁离子浓度可维持在正常值范围内波动，这样就可以避免二次手术。因此镁合金在生物医用领域显示出巨大的潜力，吸引了国内外大量学者的研究。

虽然镁合金有如此多的优点，但是镁合金耐蚀性能较低，镁合金直接植入人体将造成体内镁离子浓度过高，氢气释放过多，形成皮下气肿，不能在新骨形成之前保持力学性能，因而限制了使用。为了提高镁合金的耐腐蚀性能，可通过表面改性技术来实现。目前，通过表面改性技术来制备生物陶瓷涂层的方法主要有等离子喷涂法、离子束溅射法、溶胶-凝胶法、电化学沉积法、脉冲激光沉积法、仿生溶液生长法等，但等离子喷涂存在涂层附着强度低，涂层易脱落、溶解，生物活性不稳定，使用寿命短的缺点；离子束溅射法制备的涂层化学成分和晶态会改变，涂层厚度太薄，耐蚀性差；溶胶-凝胶法中的凝胶在干燥过程中会发生大幅度收缩，产生大量裂缝，涂层制备周期过长，结合强度差；电化学沉积HA涂层存在涂层和基体结合强度不高(约10～20MPa)的缺点；脉冲激光沉积法制备的涂层化学稳定性较差，涂层结合力不足；仿生溶液生长法的涂层制备周期过长，同时也存在结合力不理想的问题。

除上述方法外，微弧氧化技术是一种前景广阔的制备生物陶瓷涂层的有效方法，该技术可以对较大的且形状复杂的镁合金植入体进行表面改性，是一种非线性的且环保无污染的工艺。通过微弧氧化改性技术对镁合金进行表面改性基本上可解决上述方法产生的问题。微弧氧化涂层结合强度高，耐腐蚀性好，且涂层表面多孔，研究表明，种植体表面呈多孔形态利于成骨细胞的附着及骨组织的生长，同时可以改善种植体与骨的结合。现有微弧氧化技术制备的植入体材料普遍存在电解液稳定性差、生物活性低、涂层降解过快、制备过程中易引入有毒离子而引发感染等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种可降解镁合金植入体材料的制备方法，本发明选用完全不含对人体有害元素的镁合金，配制对机体无毒副作用且富含钙磷盐的电解液，通过微弧氧化技术在基体表面直接原位生成结合强度高、生物相容性良好的陶瓷涂层，大量生物活性较好的钙磷相和耐蚀性强的陶瓷相被成功引入涂层中，镁合金表面微弧氧化涂层的生物活性和耐蚀性大大提高。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种可降解镁合金植入体材料的制备方法，步骤如下：

(1)配制电解液：向去离子水中添加(CH₃COO)₂Ca、磷酸盐、NH₄HF₂和C₃H₈O₃，并选择性地添加KOH、H₂O₂中的一种或两种或者不添加，制备含有钙磷盐的电解液；

(2)基体材料的制备：将镁合金打磨光滑，用丙酮去除镁合金表面的油脂，然后再在酒精中超声波清洗，晾干待用；

(3)将步骤(2)处理的镁合金置于步骤(1)得的钙磷电解液中作为正极，不锈钢槽作为负极，通冷却水循环保持电解液温度控制在10～50℃，采用微弧氧化电源供电，电源频率范围400～600Hz，正占空比30～50％，负占空比10～30％，正负脉冲数之比为1∶1，在恒压或恒功率密度模式下通电反应5～60min；