[发明专利]生物可降解羟基磷灰石-镁钙金属基复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物可降解羟基磷灰石-镁钙金属基复合材料，具体的 说，是一种以镁钙合金为基体，羟基磷灰石为增强体的生物复合材料，属于 生物医用材料领域。

背景技术

镁及镁合金具有生物可降解性，是骨组织修复与替换用理想的金属材料。 它与常用生物金属材料相比，(1)在人体内约有1摩尔，其中约一半储存在骨 组织中。其密度(1.74～2.0g/cm³)远低于医用钛合金(4.4～4.5g/cm³)，与人 骨密度(1.8～2.1g/cm³)相近。(2)有高的比强度和比刚度，杨氏模量为41～ 45GPa，不到钛合金(110～117GPa)的1/2，可有效缓解应力遮挡效应。(3) 是人体细胞内第二重要的阳离子，其含量仅次于钾。镁能激活体内多种酶， 抑制神经异常兴奋性，维持核酸结构的稳定性，参与体内蛋白质的合成、肌 肉收缩及体温调节。(4)标准电极电位(-2.37V)很低，在含有Cl^-的人体环 境中耐腐蚀性低，形成的氧化物无毒可溶，可随尿液排除，对身体没有损害。

镁及其镁合金作为可生物降解医用金属材料，其应用始于上世纪初。1907 年，Lambotte尝试用纯镁骨钉固定骨折伤口，但由于镁基体腐蚀过快以及皮下 产生过量氢气而失败。从20世纪90年代起，随着人们对镁合金生产技术等研 究的不断深入，在控制镁合金耐腐蚀性方面得到了很多提高，镁合金的生物 医用性又重新引起人们的关注。

为了控制镁合金的降解速率，同时保持其良好的生物相容性，生物材料 工作者开展了对生物镁钙合金的研制工作。德国学者B.Denkena等(B.Denkena， F.Witte，C.Podolsky，A.Lucas.Degradable implant made of magnesium alloys. Proc.of 5^th euspen international conference，2005)对镁钙合金进行了腐蚀性能研 究。结果表明，与AZ91相比，镁钙合金腐蚀更均匀，更适合用作植入材料， 但腐蚀速率仍需改善。Zijian Li等(Zijian Li，Xunan Gu，Siquan Lou，Yufeng Zheng，The development of binary MgCa alloys for use as biodegradable materials within bone.Biomaterials，2008)研究了镁钙二元合金的腐蚀性能和生物学性 能。体外腐蚀试验结果表明，合金的显微组织和加工工艺对腐蚀行为有影响。 Mg₂Ca相的增加会提高合金的腐蚀速率。L-929细胞毒性试验表明，镁钙合金 没有引起细胞毒性。同时与商用Ti螺钉相比，MgCa螺钉植入兔子长骨1、2和3 月后，其造骨细胞和骨细胞活性更高。另外，血清中，合金在不同降解阶段 浓度没有明显变化。新西兰学者Alexis Pietak等(Alexis Pietak，Patricia Mahoney，George J.Dias，Mark P.Staiger，Bone-like matrix formation on magnesium and magnesium alloys.J Mater Sci：Mater Med(2008)19：407-415)评 价了镁基材料上体外骨细胞培养的可行性。研究表明，纯镁、AZ21和Mg0.5Ca 等镁材料支持基质细胞的吸附、分化及向骨状显性(可转变为骨状基质)的 转变生长。以上研究表明，镁钙合金有良好的生物相容性和均匀的降解行为， 但腐蚀速率、生物活性和力学性能有待改善，目前主要的方法有加工变形、 表面改性和合金化。