[发明专利]生物可降解镁基金属陶瓷复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种生物可降解镁基金属陶瓷复合材料及其制备方法和应用，所述镁基金属陶瓷复合材料以纯镁或者镁合金粉体以及硅酸钙陶瓷粉体为原料，采用放电等离子体技术加压烧结制得，其中硅酸钙陶瓷颗粒在所述镁基金属陶瓷复合材料中呈网络状分布。本发明中提供的新型镁金金属基复合材料具有制备方法简单快速、降解性可调控和可促进成骨的显著特点，可以在硬组织缺损修复领域等方面获得应用。

技术领域

本发明涉及一种镁基金属陶瓷复合材料，特别涉及一种具有促成骨活性的含硅酸钙生物活性陶瓷的镁金属基复合材料的制备方法与应用，属生物医用材料领域。

背景技术

近年来，镁及其合金作为一种可降解金属生物材料，正受到越来越多的研究和关注。相比于传统的永久植入性金属材料(如医用不锈钢、钴铬合金等)，镁作为骨科植入材料最突出的性能特点在于：(1)可以在人体内降解，从而避免了二次手术的实施；(2)在降解过程中主要释放镁离子，而多余的镁离子可以通过人体的代谢有效地排出体外，不会对人体产生危害；(3)弹性模量更与人体骨组织接近，能够有效避免应力遮蔽效应的发生[Biomaterials 2006；27:1728]。但是从临床应用角度来看，镁金属主要存在两方面的问题，即降解速率过快和生物活性不足。一方面，降解速率过快会造成植入物降解过程中表面出现大量气泡和器件力学性能失效的发生[Advanced Engineering Materials 1999；1:11-33]；另一方面，虽然某些镁合金显示出了良好的抗腐蚀性，即其降解速率与新骨生成速率比较匹配，但其早期镁合金生物材料的早期生物活性仍需要进一步提高[KovoveMaterials 2006；44:211]。针对上述两个问题，目前大部分的研究采用表面涂层的方法来达到延缓镁合金降解和提高表面生物活性的目的。其中，羟基磷灰石[Ca₁₀(PO₄)6(OH)₂,HA]因其化学成分同人体骨无机成分类似、具有优良的生物相容性和安全性，是目前采用最广泛的表面涂层，主要采用化学沉积的方法进行制备。但是，由于镁合金本身具有降解性和较高的表面化学反应活性，化学沉积法过程不易控制，从而影响到这类涂层在应用过程中的性能。例如，这类涂层在结构上比较脆弱，在使用过程中容易出现涂层断裂和剥离的情况[Materials Letters 2008；62:3276]；另外，化学沉积法制备出的羟基磷灰石涂层多为无定型结构，导致这类涂层缺乏长期的化学稳定性，使得载有涂层的镁合金材料降解过程难以预测[Acta Biomaterilia 2010；6:1736]。

针对涂层工艺本身的复杂性和涂层在应用中存在的问题，最近一些学者已经提出通过制备镁基复合材料来提高镁合的抗腐蚀性和生物活性，从而避免涂层的使用。镁基复合材料是以纯镁或镁合金为基体，通过添加增强体复合而成的材料。相对于传统的镁合金材料，它具有优异的力学与物理性能以及较大的材料设计自由度。在这方面，Witte等率先开展了将羟基磷灰石(HA)作为增强相加入AZ91D镁合金制备HA/镁基复合材料的研究，结果显示该HA/镁基复合材料在力学性能和耐蚀性能方面均优于单一的AZ91D镁合金[Biomaterials 2007；28:2163]；西安交通大学憨勇教授课题组在ZK60A镁合金中加入一定比例的聚磷酸钙颗粒，发现能够明显提高镁合金基体的抗腐蚀性，并能够在一定程度上提高材料的力学性能[Material Letters 2010；504:585]。上述研究结果表明，通过制备镁基复合材料来提高镁合金材料的生物应用性能是可行的。