[发明专利]一种缓释氟和铈的可降解锌合金骨钉及其制备方法

说明书

本发明是一种缓释氟和铈的可降解锌合金骨钉及其制备方法，这种骨钉由锌合金为基体以及负载有微量氟和铈的氧化锌涂层组成。所述的具有微量氟和铈的氧化锌涂层与金属基体表面结合，由微弧氧化技术在锌合金基体表面构建，在人体中降解速率可控，具有抗菌消炎和促进受损骨组织恢复重建的作用。微量元素氟和铈通过微弧氧化电场产生的离子运动和电化学作用进行掺杂。制备的方法为：首先选用锌合金加工成具有一定形状的骨钉；然后采用微弧氧化技术在其表面构建氧化锌涂层用于调控基体降解速率；同时在电解液中添加含氟元素和铈元素的可溶性盐利用微弧氧化所产生的电场进行微量元素掺杂。

技术领域

本发明涉及一种具有抗菌消炎和促进骨组织恢复重建作用的缓释氟、铈的可降解锌合金骨钉及其制备方法，特别是氧化锌涂层的可调控构建以及具抗菌消炎能力和促骨再生能力的微量元素掺杂，属于人体硬组织植入材料领域。

背景技术

骨钉是骨科临床常用的一类骨组织修复、矫正的骨科植入物。常用的骨钉制备材料包括钴铬合金、钛合金、不锈钢以及镁合金。其中，钴铬合金、钛合金等一列的不可降解材料由于排异作用的影响，不能长期存在人体内。患者需进行二次手术，增加痛苦及感染风险。可降解的镁合金材料能有效避免上述问题。然而，由于其自身腐蚀电位过高，导致此类材料在人体内生命周期过短，往往先于人体组织重建完成就降解崩坏。此外，镁合金降解过程中常伴随氢气释放，从而诱发炎症并抑制植入体表面成骨细胞的黏附及生长。

锌具有低于镁的腐蚀电位，其降解速率可更匹配人体骨组织恢复重建。此外，中国专利CN201810243999中提到锌大量存在于人体内，其人体耐受性好，能促进骨细胞分化和矿化，增强骨中成骨细胞的吸附并促进成骨细胞表达。但是纯锌的力学性能欠佳，无法满足受损骨组织恢复重建的要求，对其进行合金化可完美解决此问题。例如，Zn-（2~4at%）Li合金在保持约14%的延伸率同时可提供接近400MPa的拉伸强度，能有效满足骨钉的力学性能要求。此外，锌基合金的腐蚀为均匀腐蚀，可避免局部腐蚀过度造成的材料崩坏。因此，锌合金是一类潜力巨大的骨钉。

在锌合金表面构建涂层可提高生物相容性并控制基体腐蚀速率。微弧氧化技术可在阀金属表面构建氧化物陶瓷涂层，目前已大量应用于钛、镁等医用金属表面涂层构建。因此，此技术在医用锌合金表面构建高生物活性涂层的相关领域内也具有广阔的前景。

微弧氧化过程中，材料表面将形成类似阳极氧化的电场，有助于离子输运及化学反应。因此，通过在微弧氧化电解液中添加含有微量元素的可溶性盐能在构建涂层的同时进行微量元素掺杂，从而进一步提高其表面生物活性。

氧化锌具有良好的生物相容性，人体吸收率极高，参与核酸和核蛋白的形成，参加细胞的能量代谢，增强成骨细胞的黏附和表达。此外，氧化锌还在机体内参与生成氧化活性物质，可分解微生物组成成分，具有抗菌作用，帮助组织恢复，提高基体抗氧化能力。

氟和铈均为人体必须微量元素，具有重要的生理功能和及广泛的药理作用。中国专利CN201610127249中提到氟元素能通过与骨盐结晶表面进行离子交换来促进磷灰石生长，从而提高骨组织修复能力。中国专利CN201010017104中提到铈元素具有抑制细菌生长、减轻炎性反应等作用，将减轻植入体植入初期的炎症反应，从而提高植入成功率。

利用微弧氧化技术在锌合金表面制备掺杂有氟、铈的氧化锌涂层显示出巨大的生物医学潜力。通过调节微弧氧化工艺参数可改变涂层特征，最终达到调控锌合金植入体在人体环境中降解速率可控的目的；同时，降解过程中缓释的氟、铈元素可抗菌消炎并促进植入体附近骨组织恢复重建。鉴于此，引此发明。

发明内容

本发明的目的是针对人体骨钉上述不足，提出一种表面具有可调控基体降解速率、能缓释微量元素氟和铈以抗菌消炎及促进骨细胞分化和矿化、增强骨中成骨细胞的吸附并促进成骨细胞表达并帮助受损骨组织恢复重建的骨钉及其微弧氧化制备方法。