[发明专利]一种医用金属材料的表面改性方法

说明书

本发明涉及一种医用金属材料的表面改性方法，包括：医用金属材料的预处理；将硝酸锌、醋酸锌和氧化石墨烯按照一定比例加入到溶剂中均匀混合，得到电泳沉积电解液，其中硝酸锌与醋酸锌质量比为1:1；以石墨为阳极、预处理后的医用金属材料为阴极，置于电泳沉积电解液中，选用20V～120V的恒定电压，电泳沉积时间为20～60秒，在医用金属材料表面获得氧化石墨烯改性层。本发明在医用金属材料表面获得氧化石墨烯改性层时所用沉积时间短（20～60秒），提高了氧化石墨烯与镁合金基体的结合强度和耐腐蚀性能。

技术领域

本发明涉及一种医用金属材料的表面改性方法，具体地，是一种采用电泳沉积技术对医用金属材料进行表面改性的方法，属于金属材料表面改性技术领域。

背景技术

医用金属材料具有良好的机械性能和可加工性，在骨科和整形外科临床上应用广泛。然而，医用金属材料因服役环境的特殊性也相应的暴露出相关性能的不足。如医用钛及钛合金和医用不锈钢都是生物惰性材料，与人体骨组织结合不牢，成骨能力不足；同时因缺乏抗菌性，植入人体易发生感染(Biomaterials 2014,35,9114-9125)。此外，医用不锈钢耐腐蚀性能不佳，体液环境中易发生腐蚀，降低其长期稳定性。相比较，医用镁合金的耐腐蚀性能更差，快速腐蚀释放出大量的镁离子，易在植入体周围组织富集而引起炎症的发生。因此，采用合适的表面改性技术，提高医用金属材料的耐腐蚀性能、抗菌性能和成骨能力已成为近些年的研究热点。

石墨烯及其衍生物氧化石墨烯和还原氧化石墨烯，因其独特的结构和优异的性能，在化学、物理和材料学界引起了广泛的研究兴趣。研究表明，氧化石墨烯和还原氧化石墨烯对细菌有着很强的毒副作用，能够有效的抑制和杀死大肠杆菌和金黄色葡萄球菌(ACSnano 2010,4,5731-5736)，表现出良好的抗菌性能；同时也能够促进骨髓间充质干细胞的成骨分化，具有良好的细胞相容性(ACS nano 2011,5,4670-4678)。此外，石墨烯作为防腐涂层也得到了大量的研究和应用。已有文献(魏东华.AZ31镁合金表面电泳沉积氧化石墨烯及其复合膜层的研究[D].辽宁工业大学,2016.)报道采用电泳沉积方法，在可降解医用AZ31镁合金表面制备氧化石墨烯膜层。但是高的沉积电压、较长的沉积时间以及大的氧化石墨烯溶度，使得氧化石墨烯在样品表面表现为垂直的片状，存在大量空隙，使得氧化石墨烯与镁合金基体的结合不牢、耐腐蚀性能不佳等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种医用金属材料的表面改性方法。

为此，本发明提供了一种医用金属材料的表面改性方法，包括：

医用金属材料的预处理；

将硝酸锌、醋酸锌和氧化石墨烯按照一定比例加入到溶剂中均匀混合，得到电泳沉积电解液，其中硝酸锌与醋酸锌质量比为1:1；

以石墨为阳极、预处理后的医用金属材料为阴极，置于电泳沉积电解液中，选用20V～120V的恒定电压，电泳沉积时间为20～60秒，在医用金属材料表面获得氧化石墨烯改性层。

本发明在医用金属材料表面获得氧化石墨烯改性层时所用沉积时间短(20～60秒)，提高了氧化石墨烯与镁合金基体的结合强度和耐腐蚀性能。另外。本发明将硝酸锌和醋酸锌的质量比1:1加入到氧化石墨烯溶液中时能够得到稳定的氧化石墨烯电解液，氧化石墨烯可以吸附电介质中正电荷Zn²⁺使得氧化石墨烯带正电一起沉积向阴极，实现阴极电泳沉积。而且Zn²⁺具有良好的抗菌性能和生物相容性，Zn²⁺的引入以及它的缓慢释放还可以提高材料表面的抗菌效果和生物学效应。

较佳地，所述预处理为将医用金属材料放入硝酸和氢氟酸的混合溶液中活化处理5～10分钟后清洗并干燥。

较佳地，所述溶剂为无水乙醇、异丙醇和去离子水中的至少一种。