[发明专利]一种原位氢氧化镁纳米片层修饰的镁合金及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种镁合金材料，其为原位氢氧化镁纳米片层修饰的镁合金。所述材料由镁合金在碱性条件下通过水热反应制备得到。该原位形成的氢氧化镁纳米片层结构的保护作用使得镁合金的抗腐蚀性显著增强，同时由于可以显著降低镁离子释放速率，生物相容性也会显著改善。此外，该二维纳米层结构具有依赖于接触的非释放性的物理抗菌性能。因此，根据本发明的该镁合金材料在医用植入体领域具有极高的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种表面修饰的镁合金，尤其涉及一种原位氢氧化镁纳米片层修饰的镁合金及其制备和应用。

背景技术

镁合金是21世纪绿色工程材料之一，在航空航天、交通运输、3C产品、生物医学、国防军工、海洋工程等领域具有广阔的应用前景。2013年至今已有多篇相关研究论文在《Nature》、《Science》、《Nature Materials》、《Nature Medicine》、《NatureCommunications》等顶级期刊上发表。新型镁合金的研发和加工是当今金属材料研究的前沿热点之一。镁和镁合金由于其生物可降解性和可吸收性受到医学界的关注，拟用做可降解植入材料使用。但是镁金属在体内降解过快，影响组织恢复，因此通常采用表面处理的方法来降低降解速率。虽然未修饰的镁合金具有基于镁离子释放及碱性微环境的杀菌作用，但表面的抗腐蚀修饰往往会使得镁合金的自身抗菌效果大打折扣。因此寻求可以抗菌且增强生物相容性的抗腐蚀修饰方法对镁合金的生物医学应用意义重大。

以往的研究表明镁合金自身具有基于镁离子释放以及pH值升高的杀菌效果，这属于释放型杀菌过程。事实上，包括依赖抗生素的接枝以及抗菌分子离子的释放的释放型抗菌机制一直是主流，尽管其可以有效控制细菌感染，但是高浓度的抗菌药物以及难以控制的药物释放会引发细菌的耐药性进而造成各种副作用。因此，在骨关节植入体的设计中，依赖接触进行周围微环境抗菌的表面设计将更好的规避以上所述的系统性副作用。

发明内容

基于以上现状，本发明旨在通过水热处理在镁合金表面原位形成一层二维纳米层结构，该结构与基底有较强的结合力从而保证了材料的稳定性，而且该结构的保护作用使得镁合金的抗腐蚀性显著增强，同时由于可以显著降低镁离子释放速率，生物相容性也会显著改善。此外，该二维纳米层结构在植入早期具有依赖于接触的非释放性的物理抗菌性能。纳米片层与细菌接触会对细菌表面施加切向力从而撕裂细菌菌膜造成机械压力使得细菌失去活性。

具体而言，本发明包括三部分内容。首先利用水热方法在镁合金表面原位形成一层二维纳米片层，然后验证材料的抗菌、抗腐蚀以及体外生物相容性是否提高，同时从实验和模拟计算层面阐释抗菌机理。最后设计动物感染模型初步验证其作为植入材料的可行性。

本发明首先提供一种镁合金材料，其包括镁合金本体和位于表面的氢氧化镁纳米片层；所述氢氧化镁纳米片层中的氢氧化镁纳米片的面积在1nm²–10μm²之间，厚度在1nm-2μm之间。

优选地，所述氢氧化镁纳米片的面积在50nm²–5μm²之间，更优选在100nm²–2μm²之间；最优选在200nm²–1μm²之间。

优选地，所述氢氧化镁纳米片的厚度在5nm-1μm之间，更优选在10-800nm之间；最优选在20-600nm之间。

优选地，所述镁合金本体为镁含量大于85％的镁合金；优选镁含量大于90％；更优选大于92％；最优选大于95％。

根据本发明还提供上述镁合金材料的制备方法，其包括如下步骤：镁合金在碱性条件下进行水热反应，原位生成氢氧化镁纳米片层。

优选地，上述水热反应的温度为60-200℃；反应时间大于30分钟。

所述水热反应的温度更优选为80-180℃，最优选90-160℃；