[发明专利]一种在镁基复合材料表面制备Ti/TiO2或TiN生物相容性膜层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在镁/羟基磷灰石或镁/磷酸三钙复合材料的表面，通过真空物理气相沉积技术获得的Ti/TiO₂或TiN保护性膜层的方法，该膜层具有良好的生物相容性。

背景技术

生物相容性是评价各种生物医用材料在人体环境下服役行为的关键，植入体内的医用材料应满足生物安全性，能适应人体的组织和器官的生理环境要求，并实现对病损组织与器官的修复或重建。镁基复合材料是具有良好生物相容性的医用金属植入材料，具备适合骨质生长的物理、力学、化学综合性能优点，与现有的钛、不锈钢、钴等医用金属材料相比，镁在人体内的含量更高，并且镁在生物体的体液环境下可以发生新陈代谢，经体液分解后形成镁离子，参与体内酶的催化过程，并通过体液排出体外。镁离子还可以促进钙的沉积和骨细胞的形成,加速骨生长合过程，是一类极具发展前途的生物医用金属植入材料。

但是，镁基复合材料在人体体液环境下服役和降解的过程中，会产生各种化学反应，其中最主要的化学反应为：

Mg+2H₂O→M_g(OH)₂+H₂↑。

这个反应会产生碱性的腐蚀产物和析出氢气，造成植入体内的镁基复合材料附近组织局部pH值发生变化形成碱性环境，并形成皮下气泡等不利于组织恢复的损害。为改善镁基复合材料的基体材料在体液环境下服役时的耐腐蚀性能，一个有效的方法是对镁基复合材料的表面进行表面改性，减缓镁基体材料的腐蚀进程，使生物体对镁基体材料的化学反应产物有一个足够的适应和降解排泄的时间，从而减少镁基材对生物体的不利影响，更好地满足生物组织对植入材料的要求。

目前，有各种不同的针对医用镁合金的表面处理方法，包括化学转化膜或者物理转化膜涂层等多种类型。专利CN200710159044.9提供了一种镁合金表面改性的方法，将镁合金浸入化学转化液中发生化学反应，在镁合金表面上先形成一层化学转化膜，然后在这层膜的外层再制备具有生物活性的陶瓷层，起到既提高镁基体耐腐蚀性能，又可以改善植入体与生物体之间结合的问题。在此方法的思路下，一些相关技术方法得到了开发与应用，专利CN201110361137.6采用微弧氧化技术和浸渗的方法，在镁合金表面形成内外双层复合膜，目的是在内层微弧氧化层提高耐腐蚀性的同时，外层含羟基磷灰石，起到提高生物相容性的作用。专利CN201210184704.X也是采用一种微弧阳极氧化膜及聚乳酸涂层的工艺，获得内层氧化物、外层聚乳酸的复合涂层，来调控镁合金的腐蚀降解速率和周围体液的pH值，使涂层具有良好耐蚀和生物相容性。此外，还有其它一些改善镁材料表面性能的方法。如在镁合金表面形成一层单层膜来提高镁合金耐腐蚀性能的技术，专利CN201210381065.6提供了一种在镁合金表面采用溶胶-凝胶方法，经干燥后热处理制备生物玻璃涂层的方法，该涂层组成为CaO-P2O5-Na2O-AO-BO，其中A、B为Zn或Sr。该生物玻璃涂层具有致密耐腐蚀的特征，可有效降低镁合金的降解速率，提高镁合金的耐蚀性。专利CN201110034306.5提供了一种在镁表面形成与Zn、Ca、Mn、Fe、Al、Y或稀土中的一种或多种组成合金非晶膜。这些单层膜虽然提高了镁材表面的耐腐蚀性能，但是作为生物材料来考虑，其膜层的生物相容性并没有得到明显提高。另外一些技术还提供了在镁表面形成多层膜的方法，如专利CN200510100004.8在镁合金表面镀覆铝、铜、铬、镍、钛、钴、锌、钒或不锈钢等多层金属薄膜的方法。专利CN201110090572.X通过离子束辅助气相沉积方法在镁合金表面形成Mg-Hf，Hf-N，Hf-Si-N多层梯度涂层的制备方法，以提高其耐腐蚀、耐磨损性能，并进一步提高其生物相容性。