[发明专利]一种医用镁合金表面生物相容性自愈合涂层及其制备方法

说明书

本发明针对医用镁合金体内植入时降解过快、磨损严重的问题，提出了一种医用镁合金表面生物相容性自愈合涂层及其制备方法。所述镁合金为商用镁合金；所述涂层为复合涂层，内层为负载有聚天冬氨酸的硅酸盐基微弧氧化涂层，外层是壳聚糖聚合物涂层，所述制备方法包括机械研磨、微弧氧化、真空浸渍、浸渍提拉。

技术领域

本发明属于金属材料表面改性技术领域，具体涉及一种医用镁合金表面生物相容性自愈合涂层及其制备方法。

背景技术

医用镁合金是一种新型的医用材料，相比于传统医用金属(如钢、钛等)，医用镁合金具有优异的综合力学性能、良好的生物相容性以及独特的可降解性，这些优点使镁合金有望成为可降解植入材料而应用到骨科、心血管科以及口腔科等领域。然而，医用镁合金在体内会发生过快降解及严重磨损的问题，导致材料性能下降而影响其使用寿命和治疗效果。因此，需要对医用镁合金表面进行改性。

涂覆保护性涂层是比较常见的一种表面处理方式，可以提高医用镁合金的耐蚀性。然而，在降解过程中，这类涂层不可避免地会出现裂纹和点蚀等缺陷，腐蚀介质会通过缺陷穿透涂层而到达基底，导致镁合金通过微电偶腐蚀而快速降解，给其性能带来不可逆的损害。因此，需要设计自愈合涂层来解决这种问题，自愈合涂层是一种具有自我修复能力的涂层，能够有效地保护镁合金基底，延长其使用寿命。一般来说，自愈合涂层由自愈剂和作为自愈剂载体的物理屏障层构成。当涂层表面发生腐蚀、磨损等破坏后，载体中的自愈剂会自动流动到受损部位进行修复，从而恢复受损部位。通过合理选择自愈合材料以及巧妙设计涂层结构，可实现对医用镁合金的高效防护。但是，目前工业领域使用的大部分自愈剂都是有毒的，如铈离子、苯并三唑、8-羟基喹啉等，这些物质都难以应用于生物医学领域。既要考虑自愈合的效果，也要考虑优异的生物相容性是目前医用镁合金自愈合涂层研发所面临的重要难题。

聚天冬氨酸(PASP)是一种存在于蜗牛和软体动物壳内的天然氨基酸聚合物，其无毒、不破坏生态环境且具有生物降解特性，可用作生物医用领域潜在的自愈剂。Qian B等采用层层沉积技术，将壳聚糖(CS)和PASP交替沉积在二氧化硅纳米颗粒表面，获得了负载有PASP的纳米容器自修复涂层，通过腐蚀实验证明了其具有自愈合性能(Qian B，Song ZW，Hao L，et al.Entrapment of polyaspartic acid on silica nanoparticle for self-healing coatings.Materials and Corrosion，2017，68(7)：717-724)。在众多表面改性技术中，微弧氧化(MAO)技术在生物医用领域应用较广，其涂层具有多孔结构，将自愈剂负载于这些微孔中，当遇到外界破坏时，自愈剂可以从微孔中流出，与外界环境接触后发生自愈合反应，从而修复涂层的受损部位。已公开专利申请(CN114672864A、CN102534631A)在MAO涂层的基础上进一步复合其他涂层来提高镁合金的耐蚀性，但所述涂层并没有自愈合功能。为提高表面综合性能，本发明提出一种医用镁合金表面生物相容性自愈合涂层及其制备方法，选用商用镁合金作为基底，通过MAO工艺制备多孔陶瓷涂层作为自愈剂载体，通过真空浸渍工艺将PASP负载到MAO涂层，通过浸渍提拉工艺制备CS聚合物涂层对负载有PASP的MAO涂层进行封孔。

发明内容

本发明针对医用镁合金体内植入时降解过快、磨损严重的问题，提出了一种医用镁合金表面生物相容性自愈合涂层及其制备方法。所述镁合金为商用镁合金；所述涂层为复合涂层，内层为负载有PASP的硅酸盐基MAO涂层，外层是CS聚合物涂层；所述制备方法包括机械研磨、MAO、真空浸渍、浸渍提拉。

复合涂层各个部分的作用如下：对于内层MAO涂层，其电解液包括Na₂SiO₃、NaOH、KF硅酸盐基组分，电解液具有良好的导电性和碱性环境，便于调控MAO涂层的孔隙尺寸和孔隙率，MAO涂层的多孔梯度结构可负载PASP自愈剂；对于外层CS聚合物涂层，用于封闭内层MAO涂层的孔隙结构，进一步提高复合涂层的耐蚀性能。