[发明专利]一种镁合金表面富含钙磷相的生物陶瓷涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物陶瓷涂层的制备方法，属于材料技术领域。

背景技术

由于具有较高的机械强度和断裂韧性，相对于陶瓷或者有机材料来说，金属材料更加适合于修复具有一定承载要求的人体组织。当前被认可并被广泛使用的金属生物材料包括不锈钢、钛以及钴-铬基合金。这些金属生物材料存在诸多局限性。首先，在腐蚀和磨损过程中可能会释放出有毒的金属离子或粒子，这会导致发炎甚至组织损伤。再者，由于其弹性模量不能与自然的骨组织很好的匹配，容易导致应力屏蔽。应力屏蔽会减少对新骨生长和重塑的刺激，并最终降低植入的稳定性。第三，当前的金属生物材料通常被做成板状、螺纹和针状，用来修复严重的断裂，它们在体内是中性的，以永久固定的形式存在，在组织治愈之后必须通过二次手术移除，反复的手术会增加病人的感染率和痛苦。因此，开发一种生物力学相容性及生物相容性良好的新型硬组织修复材料具有重要意义。

近些年来，国内外研究报道认为，镁基合金是一种相当具有发展潜力的生物材料，其中包括多种原因。第一，生物力学相容性好。它的密度、强度等均与人体骨骼接近，且断裂韧性高于羟基磷灰石等陶瓷材料，故能能够满足作为植入骨的力学性能方面的要求。第二，生物相容性好。Mg²⁺是人体中第四丰富的阳离子，大部分存在于骨组织中，而且是很多种酶的辅助因子，可以稳定DNA和RNA的结构，是人体新陈代谢必不可少的元素。第三，镁资源丰富，价格低廉，金属镁锭的价格在2万元/吨以下，而钛锭的价格在6万元/吨以上。

目前制约镁及镁合金成为生物医用可降解硬组织材料的因素有以下两点：一是耐蚀、耐磨性差；二是表面形貌不利于骨组织的生长。镁的化学性质极为活泼，在干燥大气中，镁可形成MgO薄膜，对基体有一定的保护作用，但是其疏松多孔的结构使其保护作用极为有限，而且在潮湿环境下，尤其是在含有Cl^-的腐蚀介质中，MgO表面膜会遭到破坏，基体发生严重腐蚀，因此，镁的抗腐蚀性能很差，这也极大地制约了镁及镁合金更为广泛的应用。目前，将镁及镁合金作为生物医用材料植入人体的研究和应用还很少，主要因为当镁合金周围介质的pH值低于11.5时，其腐蚀会加快，而人体体液的pH值约为74，且在植入手术后由于人体代谢吸收过程中可能会产生过多的二级酸液而使体内环境的pH值更低，从而使作为植入材料植入体内的镁合金腐蚀加剧。材料的生物活性与材料的表面形貌密切相关。根据生物材料植入部位不同，粗糙度也有不同要求。对于与骨接触的生物材料，研究表明，其表面具有一定粗糙度可促进骨与材料的接触，显著促进矿化作用。当植入材料表面多孔时，植入体与母体问界面结合能会增大，则更利于两者的结合，如对于多孔的金属人工关节来说，其表面孔径越大，越有利于形成骨芽细胞和组织长入。所以，作为植入材料的表面形貌应根据植入人体不同部位的特殊生理要求而变化，从而使之更容易被人体接受。

已有方法中，等离子喷涂等改性过程产生的高温会导致羟基磷灰石分解、羟基丢失，且内部应力过大，在生物体内稳定性不理想；溶胶凝胶法等低温生成的HA与基体结合强度不高，容易产生剥离、溶解，这些问题直接影响了涂层的质量。微弧氧化在钛合金表面得到微孔状原位生长的陶瓷膜与基体结合强度高，具有良好的生物活性，临床应用前景较好。现在一些利用微弧氧化制备的生物陶瓷膜存在表面微孔较小，致密层所占比例偏小，涂层降解过快，生物活性较差等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种镁合金表面富含钙磷相的生物陶瓷涂层的制备方法，本发明利用镁合金基体成分及电解液成分参与反应，能在镁合金表面原位形成结合强度高、生物活性良好的富含钙磷相的陶瓷涂层。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种镁合金表面富含钙磷相的生物陶瓷涂层的制备方法，步骤如下：

(1)配制电解液：向去离子水中添加(C₆H₅O₇)₂Ca₃·4H₂O作为钙源，并添加Na₃PO₄作为磷添加剂，同时添加KOH，NH₄HF₂，N(CH₂CH₂OH)₃，C₃H₈O₃和H₂O₂，制备钙磷摩尔浓度比为1～5∶1的电解液；