[发明专利]一种表面改性镁合金材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种表面改性镁合金材料及其制备方法和应用，所述表面改性镁合金材料的表面具有微纳复合结构，包括原位生成于镁合金表面的具有微米级孔洞的氧化镁层、以及原位生成于所述氧化镁层的孔洞内和表面的具有纳米片结构的镁铝层状双金属氢氧化物。本发明的表面改性镁合金材料兼具优异的抗腐蚀性和生物相容性，可广泛应用于与骨组织修复有关的镁合金医疗器械。

技术领域

本发明涉及一种生物医用表面改性镁合金材料及其表面改性方法，具体说是涉及一种先通过微弧氧化在材料表面构建微米级氧化镁结构，然后进一步利用水热处理在表面构建纳米级的镁铝层状双金属氢氧化物的改性方法，属于金属材料表面改性技术领域。

背景技术

目前，临床上使用的骨组织修复材料大部分为不可降解金属，例如钛合金、镍钛合金、不锈钢等。如果不可降解植入体一直留在体内，可能会对人体组织产生排异反应，且病变部位再次出现问题，会直接影响再次治疗。如果二次手术取出，又会给患者带来经济压力和精神负担。目前市场上的可降解的高分子材料的弹性模量过低，力学强度不够，很难完美的替代骨组织。镁合金具有良好的机械性能、弹性模量与骨组织非常接近，而且镁合金具有生物降解性，在体内能够完全降解，且降解产物可以随着人体的新陈代谢排出体内。镁合金被视为下一代医用金属材料。因此，发展适合作为骨组织修复的医用镁合金材料具有很重要的前景与社会意义。

镁合金作为医用材料的缺点为电化学势太低，腐蚀速率过快。快速的腐蚀一方面会导致镁合金过早地失去机械性能，另外一方面也会引起植入体周围组织液pH值的剧烈变化以及炎症反应等。因此，如何提高镁合金的抗腐蚀性，使其降解速率与骨组织修复速率相匹配，同时又能使其表面具有良好的生物相容性是医用镁合金研究的重点与难点。

发明内容

本发明为了解决现有的医用镁合金作为骨组织修复材料其降解速率过快，易导致植入失效的问题，提供了一种新型的复合涂层及其制备方法，以满足临床对镁合金降解速率及生物相容性的需求。

一方面，本发明提供一种表面改性镁合金材料，所述表面改性镁合金材料的表面具有微纳复合结构，包括原位生成于镁合金表面的具有微米级孔洞的氧化镁层、以及原位生成于所述氧化镁层的孔洞内和表面的具有纳米片结构的镁铝层状双金属氢氧化物。

本发明中，氧化镁层覆盖了镁合金表面，且与基体材料(镁合金)结合牢固，能够有效地提高镁合金的抗腐蚀性，镁铝层状双金属氢氧化物能够填充氧化镁的孔洞结构，进一步提高镁合金的耐腐蚀。同时，由于镁铝层状双金属氢氧化物本身的生物相容性较好，因此可以进一步提高材料的生物相容性。而且，镁铝层状双金属氢氧化物与氧化镁之间的协同作用可以更进一步提高材料的生物相容性。具体而言，氧化镁是有孔洞的，腐蚀液能够渗入腐蚀基底，而镁铝层状双金属氢氧化物能够有效的填充孔洞，从而进一步提高涂层的抗腐蚀性。另外例如当采用微弧氧化制备氧化镁层时，微弧氧化涂层中可能含有氟离子，过量氟离子的释放对细胞是有损害作用的，而例如通过水热法制备镁铝层状双金属氢氧化物时，水热后涂层表面的氟离子是会下降的，而且外层的镁铝层状双金属氢氧化物能够减缓氟离子的释放，由此提高材料的生物相容性。

较佳地，所述氧化镁层是通过微弧氧化技术将镁合金表面进行氧化而得到的。微弧氧化制备的氧化镁属于电化学原位制备，可以使得涂层更为坚硬，且与基体材料结合更为牢固，从而能够更有效地提高镁合金的抗腐蚀性。

较佳地，所述镁铝层状双金属氢氧化物是通过将原位生成有所述氧化镁层的镁合金在含有铝源的碱性溶液中进行水热处理而得到的。水热法制备的镁铝层状双金属氢氧化物属于化学原位制备，能够填充氧化镁的孔洞结构，进一步提高镁合金的耐腐蚀性。

较佳地，所述微米级孔洞的孔径为0.4～1.2μm。

较佳地，所述纳米片的径向尺寸为600～1100nm，厚度为150～300nm。

另一方面，本发明提供上述表面改性镁合金材料的制备方法，其包括以下步骤：