[发明专利]一种可控降解的镁基金属材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种可控降解的镁基金属材料，属于医用生物材料领域，本发明可控降解的镁基金属材料表面涂覆有改性生物活性玻璃成分，其中改性生物活性玻璃成分是纳米生物活性玻璃颗粒通过接枝聚乳酸形成，通过控制改性生物活性玻璃成分中接枝聚乳酸的重均分子量以及添加的高分子材料的种类及涂覆厚度，可以有效的控制镁基金属材料的降解时间。

背景技术

镁是人体代谢必需的元素，在人体内的含量仅次于钾、钠、钙，骨组织中大约占体内所有镁的一半。研究认为镁是许多酶的辅助因子，具有稳定DNA和RNA结构；在体内镁通过肾脏和肠道保持在0.7和1.05mmo1/L之间；镁可刺激新骨生长，组织相容性好。镁的主要缺点是低耐蚀性，在pH(7.4-7.6)的生理环境中，镁具有很强的还原作用从而在组织充分愈合前丢失力学完整性，并产生机体无法及时吸收的氢气。早期应用于人体中的镁基材料植入体内后产生大量的气体导致镁无法应用于人体，所以制备可控降解的镁基合金，使镁降解过程中产生的氢气被组织液代谢掉具有非常现实的意义。

生理环境下镁快速腐蚀是作为于骨科植入的最大限制，为此，研究者们通过各种方法对镁进行表面改性，以期得到可控降解的镁合金材料；也有的研究者在镁中添加Zn、Ca等金属成分，期望能得到加工和降解性能更好的镁合金材料。

生物活性玻璃(BAG)是一种质硬、固态透明的生物活性材料。它由SiO₂、Na₂O、CaO、和P₂O₅等物质组成。生物活性玻璃的主要成分是硅酸盐，植入体内后其表面可形成一种高反应性的富硅凝胶层。它具有良好的生物相容性和力学性能，其特点是具有迅速的成骨作用，多数生物活性玻璃是A类生物活性材料，既有骨生成性(osteoproductive)，又有骨引导(osteoconductive)，与骨和软组织都有良好的结合性。因此，BAG被认为是可应用在修复领域的良好生物材料。

BAG与生理溶液接触后，其中的Na等离子与溶液中的H⁺迅速交换，导致局部环境pH值升高；SiO₂以si(OH)₄的形式溶于溶液中，在界面处形成si-OH，并在粒子表面形成富含硅溶胶的凝胶层。该层为钙磷的沉积提供了场所。开始钙磷层呈无定形状态，随着厚度和结晶尺寸的增加而转变成为羟基磷灰石(HA)晶体，其表面反应释放的可溶性硅、钙、磷和钠离子，可以增强材料界面细胞的胞内和胞外反应，促进成骨细胞或其前体的增殖和分化，调节成骨基因的表达以及生长因子的产生，因此，BAG具有很强的生物诱导活性，其诱导成骨的能力优于HA。由于BAG表面存在大量的硅羟基，因此可将其作为改性的桥梁，将聚乳酸分子引入到其表面，从而改善其界面相容性。将改性后的B A G与不同分子量和降解性能的聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)或及其共聚物(PLGA)、复合，能够得到可控降解的力学性能优异的复合材料，同时可以很方便的控制镁基金属材料表面的涂层，进而有效控制镁基金属材料的降解。

常见的医用可将解高分子材料有如聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)、及其共聚物(PLGA)、聚己内酯和聚二氧环已酮等，其中聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)及其共聚物(PLGA)应用更为广泛。其中聚乳酸包括PLLA和PDLA，高分子量的聚乳酸降解缓慢，在体内会长期存留，此外聚乳酸内固定件体内降解后产生的局部酸性环境，易造成骨组织无菌性炎症，且聚乳酸固定件力学强度不足，缺乏骨结合能力。因此，聚乳酸改性以提高其相关性能已成为研究热点，改性的主要目的是为了增强材料的力学强度、控制其降解速率及中和降解产物的酸性，使其有更好的生物相容性。

金属镁和聚乳酸等可降解材料复合制备医用植入材料的研究得到了广泛的报道，我们研究镁基合金表面涂覆不同厚度的聚乳酸材料，实验发现，聚乳酸直接涂覆的厚度与镁丝的降解之间没有出现线性关系，其中有一组材料中涂覆后的反而比涂覆薄的，其中的高纯镁丝降解的更快，可能是聚乳酸涂层越厚，降解过程中形成的酸性环境使包覆在内部的镁降解的速度越快，因此很难制备出可控降解的镁基合金聚乳酸医用材料。