[发明专利]一种生物医用纯镁表面功能结构化离子注入改性层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种生物医用纯镁表面功能结构化离子注入改性层，包括离子注入并均匀分布于所述纯镁表面的锰改性层，所述锰改性层包括位于内层的锰单质以及位于表层的、从内到外含量递增的氧化锰。本发明还公开了一种生物医用纯镁表面功能结构化离子注入改性层的制备方法。本发明还公开了一种生物医用纯镁表面功能结构化离子注入改性层在可降解骨植入材料中的应用。本发明能使纯镁在模拟体液中浸泡初期形成均匀的电偶腐蚀，促进与人体骨成分相近钙磷化合物的沉积，随时间延长，腐蚀类型转变为均匀腐蚀，达到可控降解，本发明在有效提高生物医用镁耐蚀性能的基础上，也进一步提高了生物相容性，扩大了应用范围。

技术领域

本发明涉及一种生物医用纯镁表面功能结构化离子注入改性层及其制备方法和应用，属于生物医用镁基金属材料表面改性技术领域。

背景技术

传统骨植入材料主要有不锈钢、钛合金及钴铬合金，但此类材料引起应力遮挡效应，不利于骨组织生长愈合，且不可降解，需二次手术取出，此外，植入人体后溶解释放的金属离子存在生物毒性。镁及镁合金的密度和弹性模量与自然骨接近，同时具有良好的生物相容性和可降解性能，降解的镁离子可被人体吸收以促进新骨生长，并参与人体新陈代谢，因此，其在生物医疗器械领域有望取代传统骨植入材料。然而，镁化学性质过于活泼，在人体电解质溶液中极易发生腐蚀，在较短时间内就会降解，导致植入物机械完整性提前丧失，且镁及镁合金工件在服役期间如果发生严重的局部腐蚀，降解行为不可控，可造成植入器械突然性过早断裂失效。离子注入作为一种有效的表面改性技术，可提高生物医用镁及镁合金的耐蚀性能。香港城市大学Paul K.Chu教授团队针对生物医用镁合金离子注入表面改性进行了一系列研究，其通过离子注入Al 及稀土金属Nd、Ce、Pr等元素均能提高了纯镁及镁合金在模拟体液中的耐蚀性能(Applied Surface Science,2012,258(19):7651-7657.Corrosion Science,2015, 94:142-155.SurfaceCoatings Technology,2016,306:6-10.Materials Letters, 2016,163:85-89.)。然而，Al元素具有神经毒性，易诱发老年痴呆症，且稀土元素的生物毒性也尚不明确。因此，元素的生物安全性及相容性是必须考虑的因素之一。此外，Liu等人将Ag,Fe,Y分别注入Mg-1Ca表面，结果表明，Ag 和Fe注入加速了基体腐蚀速率，而Y注入后虽然在短期内提高了镁合金在模拟体液中的耐蚀性，但效果不明显，且Y注入层起不到长期防护的效果。 (ColloidsSurfaces B Biointerfaces,2015,133:99-107.)。

由此可见，亟需一种降解行为可控的生物医用纯镁表面功能结构化离子注入改性层及其制备方法和应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，本发明提供一种在纯镁表面注入具有良好生物相容性的锰和/或钙元素，提高纯镁在体液中的耐蚀性能，且满足降解行为可控目的的生物医用纯镁表面功能结构化离子注入改性层。

同时，本发明提供一种通过单/共注入、工艺参数优化，最终制备得到结构致密、含金属氧化物及单质的离子注入改性层的生物医用纯镁表面功能结构化离子注入改性层的制备方法。

同时，本发明提供一种生物医用纯镁表面功能结构化离子注入改性层在可降解骨植入材料中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明公开了一种生物医用纯镁表面功能结构化离子注入改性层，包括离子注入并均匀分布于所述纯镁表面的锰改性层，所述锰改性层包括位于内层的锰单质以及位于表层的、从内到外氧化锰含量递增的Mn-MnO混合层。

上述一种生物医用纯镁表面功能结构化离子注入改性层的制备方法，包括如下步骤：

S1.对纯镁工件表面进行预处理以去除表面自然氧化膜和杂质；