[发明专利]一种生物医用梯度多孔镁的制备方法

说明书

技术领域

本发明为一种生物医用梯度多孔镁的制备方法。

背景技术

生物医用材料的研究与开发对国民经济和社会的发展具有十分重要的意义，近三十年来，已经取得了令人瞩目的成就，使得数以百万计的患者获得康复，大大提高了人类的生命质量。在生物材料和医疗器械中，最具有应用前景的是骨、牙和关节等硬组织的修复和替换材料。目前，国内用于硬组织替换和修复的外科植入件大量依赖进口，其中用于齿科材料进口量超过70%，因此，急需研制拥有自主知识产权的、满足生物医用要求的材料。传统的作为人骨的植入材料有：金属材料、聚合物、陶瓷材料等。高分子和陶瓷材料，或者是强度、刚度太低，或者是脆性太大，力学性能都不是很理想。

与其它常用金属基生物材料相比，多孔镁具有以下优势：(1)镁及镁合金有高的比强度和比刚度，杨氏模量为41~45GPa，可有效缓解应力遮挡效应。(2)镁是人体细胞内的阳离子，其含量仅次于钾，镁参与蛋白质的合成，能激活体内多种酶，调节神经肌肉和中枢神经系统的活动，保障心肌正常收缩及体温调节。(3)镁的标准电极电位低，在含有氯离子的人体生理环境中可腐蚀降解，在植入人体后随着人体的自愈合而被吸收降解，无需二次手术。(4)多孔结构可为细胞提供三维生长空间，有利于养料和代谢物的交换运输，其本身具有生物活性，可诱导细胞分化生长和血管长入。因此，多孔镁满足作为骨组织工程材料的要求，可用作心血管支架、骨固定材料和多孔骨修复材料，具有良好的研究和应用前景。

根据文献报道，目前制备多孔镁的工艺主要有四种：精密铸造法、真空渗流法、定向凝固法和粉末冶金法。目前，这些方法制备的多孔镁及合金的孔隙大都呈均匀分布，该种结构虽然有利于骨组织的长入和体液的传输，但是其强度较低，可降解速度快，限制多孔镁合金作为骨替换材料的使用范围。

发明内容

本发明的目的在于解决上述所存在的问题，提供一种生物医用梯度多孔镁的制备方法。

本发明的技术方案是：

首先将有机单体丙烯酰胺、交联剂N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、分散剂聚乙烯吡咯烷酮、镁粉和造孔剂聚甲基丙烯酸甲酯分散到无水乙醇中制备成镁浆料；然后在镁浆料内加入引发剂过硫酸铵和催化剂N，N，N’，N’-四甲基乙二胺；之后将配置好的镁浆料注入离心机内离心，使浆料内的镁颗粒和造孔剂颗粒形成连续的梯度分布；离心后的镁浆料连同模具在60℃真空烘箱中快速凝胶固化；凝胶固化后的镁试样经过烘干、脱模、干燥后，置于管式炉中氩气气氛烧结成梯度多孔镁。

其具体的制备方法为：

一、镁浆料的制备

a．按质量分数百分比：将15-35有机单体丙烯酰胺(AM)，0.17-0.39交联剂N，N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)溶解到64.61-84.83的乙醇中，搅拌均匀制成单体浓度为15-35wt%的预混液100。

b．按质量分数百分比，取30-45的镁粉，0.9-1.35分散剂聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP)，3-11.25造孔剂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，42.4-66.1预混液称量备用。

c．在42.4-66.1预混液中加入0.9-1.35分散剂聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP)，搅拌均匀后再滴加浓度为15mol/L的氨水，调整预混液的pH为9-12，然后再加入30-45镁粉搅拌均匀，球磨10小时后，再加入3-11.25造孔剂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，然后再球磨24小时后，即得固相含量为30-45wt%的镁浆料，将镁浆料在真空干燥箱中抽真空除去气泡，即得配制好的镁浆料。

二、离心、凝胶固化及烧结

a．在配制好的镁浆料中加入引发剂过硫酸铵(APS)、催化剂N，N，N’，N’-四甲基乙二胺(TEMED)，浆料搅拌均匀；其中引发剂的用量为42.4-66.1预混液中单体质量的0.8-1.4wt%，催化剂用量为42.4-66.1预混液中单体质量的0.2-0.5wt%（预混液中单体质量为预混液中单体浓度与所称量的预混液质量的乘积）。搅拌均匀后，将浆料注入到离心机内模具中，在1000-3000r/min转速下离心5-20min，使镁颗粒和造孔剂颗粒形成梯度分布。

b．将离心后的浆料放入60℃真空烘箱中快速凝胶固化，使离心所形成的镁颗粒和造孔剂颗粒的梯度分布固化在生坯中，固化后的试样连同模具在80℃下烘干2小时，脱模后室温干燥24小时，然后放入管式炉中氩气气氛下烧结成梯度多孔镁。烧结工艺为：采用1℃/min的升温速率从室温加热到200℃，保温5小时后，以5℃/min的升温速率加热到600-620℃，保温2小时后随炉冷到室温。