[发明专利]一种生物医用可降解镁合金表面细晶复合层的制备方法及应用

说明书

一种生物医用可降解镁合金表面细晶复合层的制备方法及应用，步骤为：对镁合金基板进行打磨处理、化学清洗；在镁合金基板表面冷喷涂纳米羟基磷灰石粉末，得到纳米羟基磷灰石涂层；对带有纳米羟基磷灰石涂层的镁合金基板表面进行搅拌摩擦加工，在镁合金表面形成纳米羟基磷灰石‑细晶复合组织。本发明基于高效快速的冷喷涂涂层制备技术和搅拌摩擦加工技术，成功地在镁合金表面制备了纳米羟基磷灰石‑细晶复合组织层，具有工艺合理、成本低、效率高且环保等优点，不仅能够有效提高生物医用可降解镁合金的耐腐蚀性能，还兼具优异的细胞亲和力和促成骨功能，能调控成骨细胞的生物医学功能，提高骨整合能力，在骨科内植入等医疗领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于表面改性技术领域，尤其涉及一种生物医用可降解镁合金表面细晶复合层的制备方法及应用。

背景技术

镁合金作为新型可降解医用金属材料,近年来成为生物材料领域的研究热点。生物可降解镁合金材料巧妙地利用镁合金在人体环境中易发生腐蚀降解的特性，来实现金属植入物在体内伴随组织愈合而被人体吸收、消耗或排出的医学临床目的，从而避免二次手术给病人带来的痛苦和经济负担。镁合金具有与人骨相近的生物力学性能，密度、弹性模量与人体皮质骨接近，可实现骨科植入材料的轻量化，避免应力遮挡作用的产生，是人骨最好的生物力学相容性材料。同时，镁是维持人体生命活动必需的营养元素，参与体内一系列新陈代谢过程，还与骨骼功能关系密切。鉴于镁合金材料的上述优势，医用可降解镁合金被认为是一种极具临床应用潜力的可降解医用骨植入材料。

但是，在生理环境中降解速率过快是镁合金目前面临的一个重要问题。研究表明，镁合金降解速率过高会导致高浓度镁离子的释放，植入物周围碱性的迅速升高，氢气的大量释放以及植入物力学完整性的快速丧失，使得镁合金在组织未完全愈合前就容易发生失效，影响治疗效果。因此，镁合金在生理电解质环境中的降解速率的控制，特别是材料的均匀腐蚀控制仍然是生物镁合金研究的主要方向。

表面改性技术是针对镁合金降解过快问题的一种重要解决办法。通过对表面处理方法的选择和参数的控制可有效降低镁合金的初期降解速率。由于表面改性成本较低，易于控制，还可同时提高材料的生物相容性及表面的生物活性，因此受到广泛的研究。目前可用于医用镁合金表面改性的方法主要包括：化学沉积、电化学沉积、阳极氧化、微弧氧化、气相沉积、离子注入、有机涂层以及化学转化膜等。尽管上述方法在一定程度上提高了镁合金的耐腐蚀性能和生物相容性，但仍然存在降低材料疲劳寿命、能耗太高、结合力差、易造成环境污染等问题。

近年研究发现，利用冷喷涂技术在镁合金表面制备涂层具有良好的防腐效果。冷喷涂是区别于热喷涂技术的一种新型涂层制备技术。研究发现，通过对冷喷涂参数的设定和喷射环境的改变可以有效提高涂层与基体间的附着力。冷喷涂具有成本低、效率高、环保、可实现复合涂层及厚涂层制备等特点，同时喷涂过程中气流与粒子温度较低，对基体组织结构的热影响非常小，可防止热喷涂过程中镁合金氧化等问题，保持材料原有的优异性能。

作为骨科植入材料，镁合金植入物对于骨组织再生有无影响、有怎样的影响，是决定其最终能否作为一种优异的骨科修复材料应用到临床的重要因素。羟基磷灰石是人体骨骼及牙齿中的主要无机成分，大量研究显示其具有良好的生物相容性，而且能够有效地改善周围骨组织与植入物的界面反应。在镁合金表面制备羟基磷灰石涂层可使骨组织长入多孔表面，还可稳定和降低镁合金的耐腐蚀速率，实现镁合金在生理体液中的均匀腐蚀。通常认为，纳米结构的羟基磷灰石具有较高的生物活性，可刺激周围骨组织再生，从而加速骨损伤的修复。因此制备表面纳米结构的羟基磷灰石是获得表面高生物活性生物陶瓷涂层的关键问题。常用于制备羟基磷灰石涂层的方法有等离子喷涂、激光熔覆等，虽然这些方法可以获得涂层的制备，但存在因过热而引起的羟基磷灰石分解和涂层中热应力导致的裂纹等。对于纳米羟基磷灰石，这种因热效应导致的相变和分解更加严重，难于制备无相分解的生物陶瓷涂层。