[发明专利]一种生物医用可降解金属材料表面碳酸钙膜层的制备方法

说明书

本发明公开了一种生物医用可降解金属材料表面碳酸钙膜层的制备方法，属于生物医用涂层材料制备技术领域；包括以下制备步骤：采用水磨砂纸对医用金属材料表面进行预处理；将钙盐、碳酸盐、添加剂与水混合配制成混合溶液，调节混合溶液的pH值；将预处理后的金属材料浸入配制好的混合溶液中，恒温保持一定时间即在其表面形成碳酸钙膜层。本发明通过无机镁盐和有机分子添加剂的使用制备得到碳酸钙膜层，其形貌可控、均匀致密，与金属材料基体结合力好，具有优良的生物相容性、生物活性和生物可降解性，可显著提升金属材料的抗蚀性能；同时，其制备方法简单温和、绿色环保，且成本低，具有大规模应用于生物医用金属材料的前景。

技术领域

本发明涉及一种生物医用金属材料的改性涂层，具体涉及一种生物医用可降解金属材料表面碳酸钙膜层的制备方法，属于生物医用涂层材料制备技术领域。

背景技术

生物医用金属材料具有抗疲劳、高韧性、高强度和易加工等优良性能，是目前应用最广泛的承力植入材料。生物医用可降解金属材料植入人体后由于生理环境的腐蚀会导致植入材料提前失效，腐蚀过程中释放的金属离子可能引起炎症反应，造成组织损伤。因此，优良的抗腐蚀性能和生物相容性是生物医用可降解材料必须具备的性能指标。

对生物医用金属材料表面进行改性处理是目前提升其防腐性能与生物相容性最有效的方法之一。其中磷酸钙涂层，尤其是羟基磷灰石（HA），由于具有与人体骨骼和牙齿相近的成分，表现出优良的生物相容性和生物活性，是目前研究最多的医用金属材料表面改性处理技术之一。然而，磷酸钙具有多种成分与形貌，很难调控其组成并提高HA在其中的含量，且其作为涂层常与基体结合力较差。

与磷酸钙类似，碳酸钙是另一种广泛存在于自然界中的生物矿物质，是动物骨骼、外壳的主要成分，具有优良的生物相容性、生物活性及生物可降解性。在生物医用可降解金属材料表面制备碳酸钙膜层可显著提升材料基底的抗腐蚀性能和生物相容性。然而，由于碳酸钙晶体的立方结构，及其较大的晶粒，易于造成在测试液中抗蚀保护性能不足的缺点。另外，在可降解金属材料表面膜层制备过程中通常会形成一层金属的腐蚀产物中间膜层，其进一步影响表面膜层的结合力。

因此，如何调控碳酸钙在可降解金属材料表面形成的晶粒大小，进而提升其与基体的结合力及其抗蚀性能，成为碳酸钙膜层能够在可降解金属表面应用的关键。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术中存在的问题，提供一种生物医用可降解金属材料表面碳酸钙膜层的制备方法，通过无机镁盐和有机分子添加剂的使用，调控碳酸钙在可降解金属材料表面的成核和生长速率，从而提升其与基体的结合力及其抗蚀性能，进一步促进碳酸钙膜层在可降解金属表面的应用。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种生物医用可降解金属材料表面碳酸钙膜层的制备方法，包括以下步骤：

S1、医用金属材料表面的预处理：采用水磨砂纸对医用金属材料表面进行逐级打磨，之后用无水乙醇超声清洗5~10min，并用空气吹干；

S2、混合溶液的配制：将浓度比为1的钙盐和碳酸盐、添加剂与水混合，配制成混合溶液，调节混合溶液的pH值为5.0~9.5；

其中钙盐包括无机可溶钙盐和有机可溶钙盐中的一种，添加剂为无机镁盐和有机分子中的一种或多种，无机镁盐和钙盐的浓度比为0~5；

S3、膜层的制备：将步骤S1中预处理后的金属材料浸入步骤S2中配制好的混合溶液中，恒温加热至50~120℃，保持0.5~2小时，将医用金属材料取出并用去离子水冲洗，自然干燥，即在医用金属材料表面制备得到碳酸钙膜层。

所述步骤S2中，浓度比为1的钙盐和碳酸盐的浓度为10mM~60mM，有机分子的浓度为0.1~10mg/mL。

所述步骤S2中，无机可溶钙盐中优选氯化钙，有机可溶钙盐中优选乙酸钙。