[发明专利]一种纳米HAP涂层/镁合金复合生物材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于镁合金生物材料制备技术领域，具体涉及一种纳米HAP(HAP为羟基磷灰石)涂层/镁合金复合生物材料的制备方法。

背景技术

生命医学材料涉及到人类的健康和生命质量的提高，是一类新发展的高技术新材料，正发展成为21世纪经济的一个支柱性产业。人工骨骼材料植入人体内，必须满足两个基本条件：(1)植入材料应具有良好的生物相容性和高的生物活性；(2)植入材料应具有合适的力学性能和一定的化学稳定性。目前最常用的内固定金属材料主要有不锈钢、Co-Cr合金、钛及合金，相比于陶瓷和聚合物，它们有着较高的力学性能，更适合作为骨植入材料。但它们的缺点也逐渐显现出来，如应力遮挡、电解腐蚀、二次手术等。

可降解生物材料已经被许多发达国家列为21世纪重点发展对象。镁及镁合金是一种可在体内环境降解的金属材料，作为生物材料，可以有效地避免上述不良反应，并具有和人骨相近的力学性能以及良好的生物相容性：(1)组织韧性比陶瓷生物材料好；另外弹性模量和抗压强度也比其他金属植入材料更接近人骨，可以避免将金属植入人体内因材料的弹性模量不匹配产生的应力屏蔽现象。(2)镁及镁合金的密度约为1.7g/cm³，在所有结构材料中最小，与人体致密骨的密度1.75g/cm³最为接近，远低于Ti6Al4V的密度4.47g/cm³。(3)镁合金具有体内可降解性，不需要进行二次手术。(4)镁元素本身就是人体所必需的元素，在体内含量仅次于钾，它参与体内一系列的新陈代谢，包括加速骨细胞的形成，骨细胞的愈合等。镁元素还与神经、肌肉和心脏关系密切。所以将镁植入人体，不仅不用考虑微量金属离子对人体细胞的毒性，而且植入材料中镁离子的微量释放还对人体有益。

Zreiqat等(Zreiqat H，Howlett CR，Zannettino A，et al.Mechanisms ofmagnesium stimulated adhesion of osteoblastic cells to commonly usedorthopaedic implantsJ.J Biomed Mater Res.2002，622：175-184.)、Yamasak等(Yamasaki Y，Yoshida Y，Okazaki M，et al.Synthesis of functionally gradedMgCO₃ apatite accelerating osteoblast adhesionJ.J Biomed Mater Res，2002，621：99-105.)通过实验表明含有镁离子的生物陶瓷种植体、胶原的表面成骨细胞黏附增加，整合素表达及信号传导蛋白基因表达增高，骨整合能力增强。常晓峰等采用动物实验认为，早期补充镁可以加快骨痂牵引成骨的速度，促进骨质的成熟与功能的发挥。Sul等(Sul YT，Johansson C，Albrektsson T.Whichsurface properties enhance bone response to implants Comparison of oxidizedmagnesium，Tiunite and Osseotite implant surfaces J.Int J Prosthodont.2006，19)通过动物实验表明，在钛或者镁种植体表面镀含镁离子陶瓷膜可提高骨整合能力，并能够提供早期的功能负荷。Witte等(Witte F，Kaese V，Haferkamp H，et al.In vivo corrosionoffour magnesium alloys and the associated bone responseJ.Biomaterials，2005，26 17：3557-3563.)的实验证明镁基种植体较聚乳酸表面有更多钙磷酸盐形成，周围骨量增加，提示高浓度的镁离子可提高成骨细胞的活性；在体外环境中镁可促进磷酸钙沉积，增加成骨作用，同时改善原位耐蚀性。

综上所述，镁及镁合金具有足够的强度，良好的生物相容性和体内可降解性，有望成为新型骨植入材料。但是由于骨组织完全修复需要12-18周，而在pH值为7.4-7.6的体液环境中纯镁的降解速度较快，还没等骨组织修复完全就被降解完全，限制了镁及镁合金作为骨修复和骨植入材料的应用。因此，要使镁代替现有的生物植入材料成为可能，就必须对金属镁进行合金化或表面改性来提供腐蚀性能和生物相容性。