[发明专利]一种时空可控降解的覆膜金属材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种时空可控降解的覆膜金属材料及其制备方法，该覆膜金属材料为覆有膜层的金属材料，所述的金属材料包含金属基体元素和金属组合元素，所述的金属基体元素为Mg或Zn，金属基体元素占金属材料的质量比例为50％～99％；该覆膜金属材料通过调控合金元素的组成调控其电极电位，通过调控加工工艺使合金中晶粒尺寸沿着特定方向递增或者递减，并对金属材料表面进行处理调控与界面层和聚合物层的结合，实现该覆膜金属材料在时间和空间上降解的可精确调控性。本发明制备的可降解覆膜金属材料具有时空可控降解的性能以及良好的生物相容性，适用于生物医用材料领域。

技术领域

本发明涉及一种时空可控降解的覆膜金属材料及其制备方法，该材料可以应用于生物体的硬组织和软组织替换领域，包括骨科、齿科、心血管科、生物体腔道、眼科、耳鼻喉科、内科、皮肤、软组织等领域的修复、替代产品，属于新型生物医用材料制备技术领域。

背景技术

镁(Mg)作为一种人体必需的常量元素，在人体内的含量仅次于Na、K、Ca，居第四位，参与人体内一些蛋白、酶的合成及一些新陈代谢过程。人体每天需要从食物中摄入300～400mg的Mg以满足人体正常的生理功能。镁合金的比强度、比刚度较高，满足骨科植入应用领域中承重骨对力学强度的需求，比钛合金更接近于人骨的弹性模量，和人的皮质骨密度相近。镁合金降解所产生的局部富镁环境具有促进新骨生成、提高成骨细胞黏附率和活性、降低破骨细胞的数量、调节骨源性细胞信号传导的作用。这表明可降解的镁合金材料不仅有利于骨固定，也可以促进骨愈合，由于局部pH值的升高还具有抗菌、抗感染和抗肿瘤的功效，这些特点使可降解的镁合金比其他用于硬组织替换的可降解材料更具优势。此外，这种可降解的金属材料由于较好的力学性能和生物相容性还可以用于外科、内科的软组织修复、生物体腔道内支架等领域。

Mg的标准电极电位较低(-2.37V)，在生物体内具有可降解性。对于医用镁合金而言，通常采用降解描述其在生物体内逐渐被体液腐蚀的过程，其降解的本质为在生理环境条件下发生化学或者电化学腐蚀的过程。镁合金的腐蚀类型可以分为：电偶腐蚀、点蚀、丝状腐蚀、晶间腐蚀、剥蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀、磨损腐蚀等多种类型。由于镁的耐腐蚀性能比较差，在生物体内的降解速率快且难以控制，且降解伴生大量氢气，机体组织无法吸收，在植入体周围大量聚集，容易出现气囊现象限制了它的实际应用。通常采用提高金属的纯度、合金化或者晶粒细化的途径提高镁的耐腐蚀性。

为了提高金属材料的纯度，区域熔炼是一种有效的方法，该技术是指将材料制成细棒，采用高频感应线圈加热，使一小段固体熔融成液态，熔融区缓慢从材料的一端向另一端移动。在熔融区的末端，固体重新结晶，而富含杂质的部分因比纯质的熔点略低，较难凝固，便富集于前端，最终实现材料纯化的目的。当区域熔炼速率很大时，固相结晶速率随之增大，结晶中的杂质排除困难，提纯效果不明显，当区域熔炼速率较小时，组分扩散能够充分进行，晶体内部的杂质元素能够有效去除并能够减少晶体缺陷，提纯效率很高。

高纯镁因不含第二相以及微电偶腐蚀，腐蚀速率比镁合金的腐蚀速率低一些，但其力学性能也较差。金属镁中加入合金元素形成第二相并结合固溶处理，可以改善镁合金的力学性能，然而对腐蚀速率的影响因合金元素的成分及含量的不同而有很大的差别。