[发明专利]用于镁植入物材料上的生物相容性等离子体电解涂层的贫电解质

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年11月7日提交的美国临时专利申请61/556,563的权益，该临时专利申请全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开至少部分地涉及在镁及其合金上产生陶瓷层的方法，具有通过该方法制备的陶瓷层的镁植入物，以及具有生物相容性陶瓷层的镁植入物，该生物相容性陶瓷层基本上不合损害所述生物相容性陶瓷层的生物相容性的材料。

背景技术

传统骨缝合术和截骨术方法使用由钢或钛制成的永久金属植入物。然而，由于这些耐久性金属植入物代表外来物，因此接纳它们的病患可能处于较高的局部发炎的风险。此外，虽然这些植入物往往永久性地保护正在愈合的骨免受机械性暴露，但是此应力遮蔽效应实际上会阻碍需要机械负载以获得并维持骨组织刚性的骨组织稳定化。此问题的一种解决方案需要跟进手术以移除永久金属植入物。但这样的跟进手术增加了正在愈合的骨的再骨折风险，和/或造成病患承受不必要的不便，包括延迟康复和发生额外的支出。

使用金属镁和某些镁合金的替代植入物已显示出可生物降解并且可能适于医疗应用。然而，由于镁的电化学活性，此类植入物的腐蚀速率高度取决于诸如植入物组成、环境类型或植入部位以及植入物的表面条件(经处理或未经处理)的因素。当暴露于空气时，未经处理的镁植入物的表面与氧反应，在表面上累积一层氢氧化镁，从而减缓进一步的化学反应。在盐水介质中，诸如在人类有机体的环境中，未经处理的镁植入物最初腐蚀极为迅速，从而产生大量的氢气和氢氧化镁。不受控制的镁植入物腐蚀可能由于应力腐蚀开裂和/或由于腐蚀疲劳而造成负载植入物的过早失效。此外，由于最初的高度气体释放，皮下气体空腔可能形成。因此，存在对具有改善的腐蚀性能的基于镁的植入物的需求。

体内的最初高度气体释放和气泡形成可能通过在植入前对镁植入物的表面施加涂层而避免。该涂层将会延缓金属植入物的腐蚀速率，从而稳定由于植入物的腐蚀造成的气体释放的速率。已报道了改善镁腐蚀性能的多项尝试，包括通过在浓碱性氢氧化物溶液，或在氢氟酸或酸氟化物盐溶液中阳极化进行涂布。

使用浓碱性氢氧化物的碱溶液将镁阳极化通常通过提供在50伏特至150伏特范围内的直流电而进行。通过在浴内形成火花而在镁上形成涂层。整个镁元素表面的火花轨迹缓慢地将涂层置于镁上。在整个工艺中使用火花导致相对高的电流使用以及浴本身大量的热吸收。因此，在阳极化工艺期间，可能有必要进行冷却以降低浴的温度。

在镁的阳极化中使用氢氟酸或酸氟化物盐导致在镁表面上形成氟化镁保护层。该保护层不溶于水，并因此防止镁金属发生进一步的反应。

镁或镁合金的阳极化的其他方法在镁表面上形成膜时将其他物质掺入膜中。一些阳极化工艺使用硅酸盐，而其他阳极化工艺使用各种陶瓷材料。

然而，许多已报道的镁涂层可能有毒。因此，存在对生物相容性涂料组合物的需求，并且涂布工艺将在无法完全防止降解过程的镁植入物的表面上产生可再吸收的生物材料，所以该植入物的性能可通过涂布植入物的方式和/或用于涂布该植入物的基材的腐蚀特性加以调节。

发明内容

本公开的一个方面提供一种在镁及其合金上产生陶瓷层的方法。根据本发明的示例性方法包括以下步骤：(a)将植入物和金属片浸入水性电解质浴，所述水性电解质浴基本上由以下物质组成：氨(NH₃)、磷酸氢二铵((NH₄)₂HPO₄)和尿素(CH₄N₂O)，并且其中该植入物由镁或其合金制成；(b)通过在植入物、金属片之间并且透过水性电解质浴通电流进行阳极氧化，其中该植入物连接到电流源的正极，并且该金属片连接到电流源的负极；(c)施加经选择的电流密度以在所述植入物上形成火花，从而在所述植入物上形成陶瓷层。在一个实施例中，在25体积％的氨浓度的范围为1.0mol/L至6.0mol/L；磷酸氢二铵浓度的范围为0.05mol/L至0.2mol/L；以及尿素浓度的范围为0.01mol/L至1.0mol/L。