[发明专利]一种镁基生物活性涂层的微弧氧化-电沉积制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医用材料制备领域，涉及材料表面涂覆技术，具体涉及一种镁基生物活性涂层的微弧氧化-电沉积制备方法。

背景技术

硬组织植入材料是生物材料的重要组成部分，因为其应用面广、需求量大，已经成为各国科技工作者开发研究的热点；生物医用金属材料，具有优良的生物力学性能、加工性能和可靠性，是临床应用最广泛的承力植入材料，目前已经用于临床的人体硬组织修补用金属材料包括医用不锈钢、钴合金、钛合金和形状记忆合金等。不过随着时间的推移，金属内固定物应用范围的扩大，其自身的缺点也逐渐暴露，应力遮挡、电解腐蚀、材料断裂、二次手术取出及患者精神负担增加等等，因此可降解吸收的生物材料的研究成为当前生物材料领域的国际研究前沿和热点。

由于镁不仅具有良好的力学性能，而且对人体无毒，通过腐蚀可在体内逐步降解，因而镁及其合金作为一种极有发展潜力的可降解植入生物材料日益受到人们的青睐。

镁及其合金作为生物医用材料主要有以下几个方面的优点：(1)具有优异的生物力学相容性。镁与镁合金的密度为1.7g/cm³在所有结构材料中密度最小，与人体的密质骨密度(1.75g/cm³)极为接近，远低于Ti-6Al-4V的密度(4.47g/cm³)，符合理想接骨板的要求；镁及镁合金有高的比强度和比刚度。镁及其合金的杨氏模量约为45GPa，更接近人骨的弹性模量(20GPa)，可以在骨折愈合初期提供稳定的力学环境，逐渐降低应力遮挡作用，使骨折部位承受逐渐增大乃至生理水平的应力刺激，从而加速愈合，防止局部骨质疏松和再骨折。(2)具有优良的生物学特性。镁离子可以促进钙的沉积，镁可以用于增强骨的传导性，减少骨骼过早老化、骨质疏松、软组织钙化等。(3)具有可吸收降解特性。镁具有很低的标准电极电位，因而镁及其合金在人体液作用下会被逐渐降解，生成的镁离子可被周围肌体组织吸收或通过体液排出体外，故植入后不必取出，避免二次手术对患者的身体痛苦和经济负担。

任伊宾等、宋光铃等分别研究了纯镁在生理盐水、人工体液中的腐蚀行为，Witte等探讨了镁合金在动物体内的腐蚀行为，认为有望将其发展成为新型生物医用可降解植入材料。但是镁及合金的耐腐蚀性较差，特别是在pH值低于11.5、Cl-存在的生理环境中腐蚀速率更快，人体内的pH值约为7.4，在手术后的人体代谢吸收过程中可能会引起人体内二级酸液过多症，使体内环境的pH值低于7.4，所以镁合金作为植入材料在体内会加速腐蚀。虽然镁是人体的常量元素，但吸收过量镁离子对人体也是有害的。另一方面，可降解生物材料要求材料降解速率与组织新生或者愈合速度之间匹配，骨组织的修复一般需要12～18周，而镁合金因为腐蚀过快导致提前失去应有的承载力，同时，腐蚀过快会导致在植入部位的皮下组织中的大量氢气来不及扩散吸收，从而产生炎症、坏死等现象。

镁合金能否成为可降解的硬组织植入材料，材料的安全性和降解速率的控制是两个基本条件。一方面要考察镁基材料在生理环境下的降解腐蚀对宿主生理各方面以及对成骨的影响，另一方面就是通过合金化和表面改性提高镁的耐腐蚀性，使其降解速率与骨组织愈合的速度相适应，同时通过表面改性提高植入材料的生物相容性。