[发明专利]一种镁基多功能复合活性涂层及制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种镁基多功能复合活性涂层及制备方法与应用，属于生物医用材料制备技术领域。包括镁基基体以及自镁基基体表面依次向外的三氟钛酸铵活性涂层和金属有机框架活性涂层；所述三氟钛酸铵活性涂层和金属有机框架活性涂层之间还包括功能性有机分子层。制备方法为：采用水热反应法在镁基表面制备NTiF涂层，再采用水热反应法通过功能性有机分子修饰NTiF涂层表面；最后采用溶剂热法在涂层表面构筑金属有机框架活性涂层。本发明所获多功能复合涂层结构完整，实现医用镁基材料植入体的可控腐蚀、机械完整性、表面生物相容的基础功能与药物客体分子负载与释放的多功能平台构建，以满足诊断、治疗、抗菌、抗炎等各种复杂临床需求。

技术领域

本发明属于生物医用材料制备技术领域，更具体地，涉及一种镁基多功能复合活性涂层及制备方法与应用。

背景技术

镁及其合金具有独特的可降解性能，主要降解产物Mg²⁺是人体必需离子之一，作为骨替代硬组织植入体、可降解心血管支架的基体材料，能够避免二次手术所带来的损害和花费，得到了广泛的关注和研究。然而，制约镁基植入体大规模临床应用的主要因素在于镁腐蚀太快、不可控，快速的腐蚀造成植入体过早失去力学完整性，植入部位氢气聚集、体液碱化，阻碍细胞附着、增殖和功能表达，导致植入失败。

镁基表面涂层技术是突破该瓶颈的一个重要策略，发展了诸如氟化物涂层、仿生羟基磷灰石涂层、磷化法磷酸钙涂层、微弧氧化涂层等多种技术，实现镁基植入体腐蚀失效时间延长至与骨愈合时间相匹配，提高表面生物相容性，加快了新骨形成。这些涂层有效地改善了镁基体耐蚀性和生物相容性，但面对诸如诊断、治疗、抗菌、抗炎等各种复杂临床需求，难以实现与多种应用功能的有效整合，例如药物、抗菌剂、造影剂等客体分子的负载与释放，聚乙二醇、多聚糖、蛋白质等功能高分子或生物大分子的表面修饰等多种生物医用功能。

三氟钛酸铵(NH₄TiOF₃)作为锐钛矿二氧化钛的“介晶”中间产物，其晶体形貌具有很好的可控性，特有的晶体结构可以通过拓扑化学反应，通过煅烧、水解等方法得到锐钛矿型的二氧化钛，并保留前体的一些结构特征，具备良好的生物相容性。因此在镁基表面构筑NH₄TiOF₃涂层，通过溶剂热合成温度的改变，可调控其转化为二氧化钛的程度，进而改变膜层晶粒结构，有效地控制了腐蚀介质侵入，实现对镁基体腐蚀降解的可控。目前对在镁基表面构筑含氟钛酸铵涂层研究甚少。与此同时，金属有机框架(Metal-organic frameworks，MOFs)是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化晶体材料，是近些年来被广泛关注和研究的新型功能材料。首先，MOFs的有机配体常包含N、P或S等元素，完整的二维或三维结构拓扑中富含π键和芳香类配体，许多MOFs具有稳定性和疏水性，在金属腐蚀防护领域具有潜在应用价值。此外，一些类型的MOFs(如ZIF-8、MIL-53和UiO-66)材料表现出良好的疏水性能和水稳定性，具备优异的金属防腐性能，在防腐材料领域受到初步关注。通过在金属表面构筑结构完整、互生性良好的MOFs涂层是防腐领域的潜在应用材料，同时易于合成、高稳定性、较大的比表面积以及表面易于修饰也成为生物医用植入镁基多功能涂层的合适候选材料。其次，MOFs的金属中心和有机配体的组成多样，Mg、Zn、Zr、卟啉分子等人体内源性金属元素及有机化合物都可以用来构建MOFs，为其生物相容性提供了保障。最后，MOFs的结构、尺寸、孔径、官能团等易于调控，尤其在药物负载与缓释、生物成像、生物探针等多种生物医用领域表现出很高的潜力。

因此，在研究镁基底涂层耐蚀性的同时，还需要考虑植入体的可控腐蚀速率避免二次手术，以及满足临床应用中的诊断、治疗、抗菌、抗炎等各种复杂需求，目前现有研究中对镁基多功能复合涂层材料鲜有报道。基于此，开发基于MOFs的涂层应用于医用镁合金实现多功能平台的构建，是推进医用镁合金规模化临床应用的重点。

发明内容