[发明专利]一种高性能镁/聚乳酸医用复合材料的增材制造方法

说明书

本发明提供了一种高性能镁/聚乳酸医用复合材料的增材制造方法，其制备方法如下：1)聚乳酸前处理；2)通过电沉积法制备硅烷化的镁合金颗粒；3)将硅烷化的镁合金颗粒与步骤1)烘干的聚乳酸混合，混合均匀得到混合料；4)将步骤3)得到的混合料制备成丝材；5)再以丝材为原料，使用增材制造的方法制备出定制化的多孔生物医用植入材料，即高性能镁/聚乳酸医用复合材料。本发明增强了镁合金颗粒与聚乳酸基体的界面结合强度，提高复合材料的力学性能，并控制其降解速度，实现了用增材制造技术来制造满足需求的、材质为镁颗粒‑聚乳酸复合材料的高性能生物医用植入材料。

技术领域

本发明提供了一种高性能镁/聚乳酸医用复合材料的增材制造方法，属于生物复合材料的增材制造技术领域。

背景技术

增材制造是融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术，以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照逐层堆积的方式制造出实体物品的制造技术。增材制造技术在汽车、电子、医疗器械、航空航天等领域都有广泛应用，已成为制造业的研究热点，被誉为第三次工业革命的代表性技术。

聚乳酸无毒无刺激，在生物体内经过酶的作用最终分解为二氧化碳和水，具有良好的生物相容性和可降解性，是理想的生物医用材料。由聚乳酸制成的人体植入材料如骨钉、骨板等组织修复材料在临床上已有使用。然而聚乳酸作为骨科固定材料存在一些不足：(1)聚乳酸降解产物为酸性，导致局部pH降低，对组织造成损害；(2)聚乳酸力学性能较差，作为固定材料强度和强度保持能力不够。因此聚乳酸的改性研究是聚乳酸作为生物植入材料的一项重要研究内容。

传统制造方法难以制造复杂结构例如微观尺度的多孔结构植入材料，使用增材制造的方法可以制造出满足人体需求的具有复杂结构、功能和个性化的植入材料三维结构，同时聚乳酸也是增材制造技术的常用高分子材料。

镁是人体必需的元素，具有良好的生物相容性和可降解性。镁的降解产物为碱性，将镁颗粒与聚乳酸复合，在保留材料完全的生物可降解性的同时，可提高材料的力学性能，并且期望二者的降解协同作用能有效解决单一材料降解引起局部pH过高或过低导致的炎症，同时调节材料的降解速率以便更好适应组织愈合周期。

但是，聚乳酸作为一种有机材料，很难与镁这样的金属材料之间通过化学键的方式结合，故将镁颗粒与聚乳酸直接混合形成的复合材料界面结合能力不强，有研究表明，当镁颗粒与聚乳酸的结合方式为物理结合，在外力作用下，强度损失行为主要发生在复合材料的两相界面，降解过程中，两相界面处优先发生降解导致出现缝隙，明显降低材料的力学强度。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种高性能镁-聚乳酸医用材料制备方法及其应用，该制备方法增强了镁合金颗粒与聚乳酸基体的界面结合强度，提高镁-聚乳酸医用材料的整体力学性能，并控制复合材料的降解速度，实现了用增材制造技术来制造满足需求的、材质为镁颗粒-聚乳酸复合材料的生物医用植入材料。

技术方案：本发明提供了一种高性能镁/聚乳酸医用复合材料的增材制造方法，该方法包括以下步骤：

1)聚乳酸前处理：将聚乳酸置于真空干燥箱充分烘干，备用；

2)制备硅烷化的镁合金颗粒：配制乙醇水溶液并调节pH为4～5，之后加入硅烷试剂配制成硅烷溶液，室温下水解24～72h后向硅烷溶液中添加KNO₃溶液或者NaNO₃溶液，之后将镁合金颗粒作为阴极、铂片作为阳极浸入水解完全的硅烷溶液中进行电沉积，沉积完成后，取出干燥并加热固化，得到硅烷化的镁合金颗粒；

3)混合料制备：将硅烷化的镁合金颗粒与步骤1)烘干的聚乳酸混合，混合均匀得到混合料；

4)成丝：将步骤3)得到的混合料加入到挤出机中，挤出成丝，得到丝材；