本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種醫(yī)用鎂合金表面生物玻璃涂層及其制備方法，涂層組成為CaO-P2O5-Na2O-AO-BO，其中A、B為Zn或Sr；A、B同時存在或單一存在，同時存在時A、B為不同的元素，其中AO和BO的摩爾比之和為2％，以CaO-P2O5-Na2O摩爾百分?jǐn)?shù)之和為100％計。該涂層是采用溶膠-凝膠方法，在鎂合金表面浸漬提拉獲得，經(jīng)干燥后熱處理制備而成。該生物玻璃涂層具有致密耐腐蝕的特征可有效降低醫(yī)用鎂合金過快的降解速率，提高鎂合金的耐蝕性，同時，該涂層具有和人體硬組織相似的成分，可以更快地誘導(dǎo)植入體表面新骨的形成和生長，具有非常好的生物活性，可以作為人體硬組織替代和修復(fù)材料。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及生物材料和玻璃涂層領(lǐng)域，特別是涉及鎂合金作為硬組織修復(fù)和替代材料時表面活性涂層領(lǐng)域，具體為一種醫(yī)用鎂合金表面耐腐蝕致密生物玻璃涂層的制備方法，屬于生物涂層材料制備
技術(shù)介紹
鎂合金作為人體硬組織修復(fù)和替代植入材料，與臨床廣泛應(yīng)用的不銹鋼、鈦及鈦合金等植入材料相比，具有一系列優(yōu)點，如彈性模量和密度與人體骨組織接近，可有效降低或消除“應(yīng)力屏蔽”效應(yīng)，促進(jìn)骨組織愈合；同時Mg是人體內(nèi)僅次于Ca、K、Na的元素，參與 體內(nèi)一系列新陳代謝活動，包括骨細(xì)胞的形成等，具有重要的生理作用；另外，鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位較低(-2. 37V(vs. SCE))，在富含Cl—的人體環(huán)境中易腐蝕降解，因此鎂及鎂合金可被人體吸收，無需二次手術(shù)。對鎂合金作為骨植入材料的研究始于上世紀(jì)30 40年代，盡管臨床應(yīng)用已證明鎂合金具有良好的生物相容性，但其在人體中腐蝕降解過快，局部高鎂離子環(huán)境嚴(yán)重影響受傷周圍組織的生長和愈合。并且鎂合金快速降解產(chǎn)生的析氫速度(40mL/(cm2 · d))遠(yuǎn)大于人體吸收氫的容許度(2. 25mL/ (cm2 · d)),同時降解過程引起周圍體液pH值的迅速增加也使人體產(chǎn)生異常反應(yīng)，導(dǎo)致溶血現(xiàn)象等。因此過快的腐蝕降解速率成為制約其臨床應(yīng)用的主要瓶頸。在鎂合金表面制備耐腐蝕涂層可降低其腐蝕速率，生物活性玻璃涂層是一種表面活性材料，具有良好的生物活性和骨修復(fù)特性，能與人體骨或軟組織形成生理結(jié)合。其化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和降解性可通過起始組成和工藝過程來調(diào)控。因此在鎂合金表面制備生物玻璃涂層有望提高鎂合金基體的耐蝕性，改善其生物相容性。表面涂層的制備技術(shù)主要有等離子噴涂、電化學(xué)沉積、微弧氧化、仿生礦化和溶膠-凝膠等。其中，溶膠-凝膠法相對于其它制備方法，具有制備涂層溫度低，工藝設(shè)備簡單，涂層組成、厚度和微觀結(jié)構(gòu)易于控制等優(yōu)點，而且適于形狀復(fù)雜的基體表面均勻涂層的制備。由于純鎂的熔點較低^50°C)，溶膠-凝膠法制備涂層過程中的低溫?zé)崽幚砜山档蛯︽V合金基體表面完整性的影響。有關(guān)生物活性玻璃涂層制備方法的專利較多，如CN101554491介紹了通過液相熱噴涂技術(shù)制備生物活性玻璃涂層的方法，按照生物活性玻璃的組成制得先驅(qū)液，然后在高溫下進(jìn)行熱噴涂將液態(tài)原料沉積到作為基體的生物醫(yī)用材料表面形成生物活性玻璃涂層，所得涂層較厚，約100 300 μ m。該方法雖工藝簡單，但高溫處理會降低基體的機(jī)械性能，尤其對熔點較低的鎂合金會產(chǎn)生比較大的影響。CN102220551介紹了鎂合金表面等離子噴涂Ca-P生物涂層的制備方法，采用該方法制備的生物涂層緩解了鎂合金的降解速率，提高了其在生理環(huán)境中的耐蝕性。美國專利US20110045052A1介紹了組成(mol%)為Si02:35 53，Na20:2 11,CaO: >2, MgO: >2, K2O: >2, ZnO: O 15，B2O3:0 2，P2O5 = O 9 的生物活性玻璃涂層，將玻璃粉置于有機(jī)溶劑中制得懸浮液后，浸潰提拉在合金基體上制得涂層，然后750°C熱處理制備出生物活性玻璃涂層，該涂層厚度約為50 300 μ m，熱膨脹系數(shù)與鈦合金及鉻-鈷合金相匹配。相關(guān)的文獻(xiàn)報道也較多，Abhi jit等利用溶膠-凝膠技術(shù)在Mg4Y鎂合金基體上制備出厚度約50 μ m的鈣磷玻璃涂層，涂層有效提高了鎂合金的生物相容性。另外骨微量元素在促進(jìn)新骨生長方面有著不可替代的作用。Zn元素能夠顯著地促進(jìn)細(xì)胞的黏附及生長，可促進(jìn)植入材料在機(jī)體內(nèi)的礦化速率；Sr元素能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞的形成，抑制破骨細(xì)胞的吸收。US5236495介紹了一種用微量元素Sr部分取代Ca的方法，所制得的玻璃具有較好的耐化學(xué)性，可用于牙替代材料。本專利技術(shù)在相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)上，采用溶膠-凝膠法與浸潰提拉技術(shù)相結(jié)合在醫(yī)用鎂合金表面制備致密生物活性玻璃涂層，通過調(diào)節(jié)生物玻璃涂層的組成、熱處理溫度和厚度等，制備出能有效提高鎂合金基體耐蝕性的涂層，該生物玻璃涂層具有致密耐腐蝕的特征可有效降低醫(yī)用鎂合金過快的降解速率，提高鎂合金的耐蝕性，同時，該涂層具有和人體硬組織相似的成分，可以更快地誘導(dǎo)植入體表面新骨的形成和生長，具有非常好的生物活性，可以作為人體硬組織替代和修復(fù)材料。 使這種生物玻璃涂層包覆的鎂合金材料有望應(yīng)用于硬組織修復(fù)和替代領(lǐng)域。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種能有效提高醫(yī)用鎂合金在生理環(huán)境中耐蝕性的均勻、致密且無裂紋玻璃涂層的制備方法。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案醫(yī)用鎂合金表面的生物玻璃涂層，涂層組成為CaO-P2O5-Na2O-AO-BO,其中A、B為Zn或Sr ;A、B同時存在或單一存在，同時存在時A、B為不同的元素，其中AO和BO的摩爾比之和為2%，以CaO-P2O5-Na2O摩爾百分?jǐn)?shù)之和為100%計。本專利技術(shù)的生物玻璃涂層的制備方法，采用溶膠-凝膠方法，在鎂合金表面浸潰提拉獲得，經(jīng)干燥后熱處理制備而成。本專利技術(shù)的涂層制備方法，具體步驟如下I)選擇基礎(chǔ)體系CaO-P2O5-Na2O的摩爾百分比為48:45:7 ;2)鎂合金預(yù)處理將鎂合金基體材料加工為需要的塊體，用300 2000目SiC金相砂紙依次打磨拋光，用去離子水清洗，隨后用無水乙醇超聲清洗10 15分鐘去油，在室溫下干燥，以備用；3)P205前驅(qū)體溶液的制備將P2O5加入到無水乙醇中，配成濃度為O. 3 O. 8mol/L的溶液；混合后攪拌形成穩(wěn)定的透明溶液；4)溶膠的制備將Ca(NO3)2 *4H20,NaNO3及相應(yīng)的鋅或鍶鹽溶解到乙二醇溶劑中，配成濃度分別為 O. 282 O. 752mol/L、0. 072 O. 192mol/L 和 O. 012 O. 032mol/L 的無機(jī)鹽溶液，然后逐滴加入到對應(yīng)濃度的P2O5前驅(qū)體溶液中，充分?jǐn)嚢瑁⒂冒彼{(diào)節(jié)PH值至7 8之間，超聲分散10 15分鐘，得到均勻的混合溶膠；5)將經(jīng)步驟2)處理好的鎂合金在步驟4)制備的混合溶膠中浸潰提拉I次或多次，獲得不同厚度的涂層；6)將經(jīng)步驟5)得到的涂層在空氣中干燥后，在400°C 500°C溫度下進(jìn)行熱處理，保溫時間為2小時，然后隨爐冷卻至室溫得到鎂合金表面生物玻璃涂層。涂層浸潰提拉I 5次，涂層厚度為O. 50 2.00 μ m。所述的鍶鹽為Sr (NO3)20所述的鋅鹽為Zn (NO3) 2 · 6H20。所述的鎂合金表面生物玻璃涂層在掃描電鏡下觀察是均勻致密無裂紋的，且腐蝕電位高于-I. 70V，腐蝕電流密度小于I. 995X 10_5A/cm2。本專利技術(shù)的效果是通過溶膠-凝膠技術(shù)和浸潰提拉法相結(jié)合，在醫(yī)用鎂合金表面制備了生物活性玻璃涂層，該涂層均勻致密且無明顯裂紋，具有能提高醫(yī)用鎂合金基體耐蝕性的特征，減緩其在生理環(huán)境中的降解速率，且有望提高其生物相容性，從而使該生物活性玻璃涂層包覆鎂合金材料可用于硬組織修復(fù)和替代領(lǐng)域。附圖說明圖I為鎂合金預(yù)處理后的表面形貌(SEM)圖； 圖2為實施例I中所制備鎂合金表面致密生物活性玻璃涂層的SEM圖；圖3為實施例6中所制備鎂合金表面致密生物活性玻璃涂層的SEM圖；圖4為鎂合金裸片與實施例6中所制備鎂合金表面玻璃涂層的極化曲線對比圖；圖5為鎂合金裸片與實施例6中所制備鎂合本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種醫(yī)用鎂合金表面的生物玻璃涂層，其特征在于它是在醫(yī)用鎂合金表面制備的，涂層組成為CaO？P2O5？Na2O？AO？BO，其中A、B為Zn或Sr；A、B同時存在或單一存在，同時存在時A、B為不同的元素，其中AO和BO的摩爾比之和為2%，以CaO？P2O5？Na2O摩爾百分?jǐn)?shù)之和為100%計。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蔡舒，王雪欣，葉新羽，竇瑛，任萌果，
申請(專利權(quán))人：天津大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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