[发明专利]镁合金表面羟基磷灰石/聚乳酸复合生物涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金在生物材料方面的应用，属于生物材料领域，具体地说是 镁合金表面羟基磷灰石/聚乳酸复合生物活性涂层的制备方法。

背景技术

20世纪60年代以来，生物材料作为修复骨损伤的替代物得到了迅速的发展。 目前已在临床应用的生物材料主要包括金属材料，陶瓷材料及高分子材料等。但 每种材料都有其弊端，如金属材料会溶出对人体有害的金属离子、陶瓷材料的脆 性大、高分子材料则强度不足。比较而言，镁及其合金作为医用生物材料具有很 多潜在的优势：(1)镁资源丰富，价格低廉；(2)镁的密度为1.74g/cm³，在所有 结构材料中密度最小，与人骨的密质骨密度(1.75g/cm³)极为接近；(3)镁及合金 具有高的比强度和比刚度，且加工性能良好，纯镁的比强度为133GPa/(g/cm³)，超 高强度镁合金的比强度已达到480GPa/(g/cm³)；(4)镁及合金的杨氏弹性模量约 为45GPa，较其它医用金属材料更接近人骨的弹性模量(20GPa左右)，镁金属作 为植入物可避免应力遮挡效应；(5)镁及合金具有良好的生物相容性，镁是人体 内仅次于钙、钠和钾的常量元素，成人每人每日需要量超过350mg，它参与蛋白 质合成，能激活体内多种酶，调节神经肌肉和中枢神经系统的活动，而且镁几乎 参与人体内所有新陈代谢过程，不但对骨髓细胞的生长没有抑制作用，也没有发 现细胞溶解现象，还可以加速骨的愈合；(6)镁及合金具有生物可降解性，许多 医用植入器件只需短期起到医疗作用(如心血管支架、骨钉和接骨板等)，如果植 入物长期留置在体内，就会有长期释放毒性物质的潜在危险，需再次手术取出。 镁合金的耐蚀性差，在体内生理环境下可逐步降解并被机体吸收或代谢，无需再 次手术取出。

然而，镁是最活泼的结构材料，很容易被腐蚀，尤其是在含有氯离子的人体 生理环境中更是如此。人体的pH值约为7.4，在手术后的代谢吸收过程中可能引起 人体内二级酸液过多症，使体内的pH值低于7.4，更加速镁合金的腐蚀。例如，采 用镁或镁合金制作可降解冠脉支架(丝径在70-80μm，质量300mg以内)，术后需 180天-1年的服役时间，由此推算镁或镁合金的腐蚀速率应控制在0.1mm/年以内。 但研究表明，纯镁在模拟体液中的腐蚀降解速率约为0.2-1mm/年，比估算的腐 蚀速率偏大，这将导致生物材料的过早失效。因此，研究者们通过使用保护性涂 层的办法来改善镁合金在体液中的生物降解速率。这些保护涂层也需要满足生物 材料的要求，不但要有很好的生物相容性和可降解性，并且对镁合金有一定的保 护作用，能够调节降解速率达到使用要求。羟基磷灰石(HA)是临床应用比较成 功的生物材料。它是脊椎动物骨骼和牙齿中的主要无机成分，具有良好的生物相 容性和生物可降解性，对人体安全、无毒，能够自发的与骨直接形成很强的化学 键，随着自体骨组织的生长，材料逐渐降解，最终降解产物通过体内作用溶解吸 收或者被代谢系统排出，而缺损部位逐渐被新生的骨组织代替，从而达到骨修复 的目的。但HA的力学性能较差，不能独立作为受力部件使用。因此，在金属材 料表面制备HA涂层，能在很大程度上实现金属和HA的优势互补，使材料具有良 好的机械性能和生物活性。目前，材料表面制备羟基磷灰石涂层的方法很多，应 用较广的有等离子喷涂法、磁控溅射法、电化学法、爆炸喷涂法及仿生法等。其 中电化学沉积法可在温和条件下直接从钙磷盐水溶液中制备结晶完美的羟基磷灰 石涂层，而且电化学沉积法操作简单，可控性强，成本低廉。但在镁合金表面电 沉积得到的羟基磷灰石涂层不是很致密，还不能达到实际应用的要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种环保、简单的镁合金表面制备羟基磷灰石/聚乳酸复 合生物活性涂层的方法，使镁合金具有良好的生物活性，并能实现降解速率的可 调性。本发明可以解决镁合金作为生物材料在体液中降解太快，不能满足所要求 的使用期限的难题。同时又解决了HA的力学性能较差，不能独立作为受力部件 使用，以及电沉积得到的羟基磷灰石涂层不是很致密，还不能达到实际应用要求 等问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

镁合金表面羟基磷灰石/聚乳酸复合生物活性涂层的制备方法如下：

(1)除油：用碱性溶液除去基体表面的油污，温度60-90℃，时间2-20min；