[发明专利]一种大面积电偶腐蚀结构的生物医用可降解金属骨架增强Zn基复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种大面积电偶腐蚀结构的生物医用可降解金属骨架增强Zn基复合材料的制备方法，包括金属骨架及Zn‑X合金，金属骨架为泡沫纯Cu、Fe、Mg金属中的一种，所述金属骨架的孔隙率为10～80PPI；本发明制备的金属骨架/Zn生物医用复合材料，具备优异的力学性能、良好的细胞相容性和与骨植入物适合的生物降解性能，有望成为新一代潜在的可降解生物医用材料。

技术领域

本发明涉及生物医用金属技术领域，特别涉及一种大面积电偶腐蚀结构的生物医用可降解金属骨架增强Zn基复合材料的制备方法。

背景技术

随着交通事故频发及社会人口老龄化现象的日趋严重，患者诱发骨折的几率逐年递增，已被世界卫生组织列为第二大危害人类健康的疾病。针对骨折修复和固定治疗，临床上常用骨钉、骨板、骨锚等植入物进行辅助愈合。目前，骨组织修复与替换的金属植入材料主要由医用不锈钢、钛、钽及其合金等永久植入材料构成。需要指出的是，骨折愈合对金属植入材料的功能需求只是暂时的，在完全愈合后往往需要进行二次手术取出。此外，金属植入物长期植入骨骼会产生应力遮挡效应，影响骨骼生长发育，甚至会造成骨萎缩和感染等严重并发症。目前大部分的骨折固定物仍采用二次手术取出，因此对于骨折患者的术后愈合和经济负担都不友好。针对这一问题，可降解金属材料的研发受到了许多研究者的关注，并形成了镁、铁、锌等合金体系。然而，镁合金在人体内的降解速率过快及不均匀降解导致力学稳定性无法保障，难以满足植入材料力学和耐腐蚀性能要求。同时生成大量气体并引起局部区域pH值升高，阻碍骨细胞间的正常连接，干扰皮质骨的愈合过程，导致结缔组织形成和骨皮质缺陷，从而严重影响骨折内固定的愈后效果。铁及其铁合金则降解速率太过缓慢，且腐蚀产物在体内难以被降解，失去了可降解金属材料的优势，此外，铁基材料对磁共振成像(MRI)也不友好；锌及锌合金在生物体内也可以降解，和可降解镁合金的体内降解机理类似，但锌比镁更耐腐蚀，比铁更易腐蚀。锌及锌合金如果作为生物可降解材料，就可避免出现如生物镁合金降解速度过快或如生物铁基合金降解速度过慢而引发的一系列问题。同时，锌也是人体必须的微量元素之一，在人体的生理机能，细胞代谢以及基因表达方面有十分重要的作用。此外，锌还能促进骨组织发育，对骨组织具有骨诱导作用。因此，锌及锌合金适合用作骨植入物材料。

然而，铸态纯锌较少的滑移系和较低的再结晶温度，导致力学性能和抗老化能力较差，难以满足力学性能要求。目前，通过合金化和变形工艺均能够显著提升锌合金的力学性能。合金化添加的金属元素包括镁、钙、锶、锰、铜、锂、铁、锗、锆和银。变形工艺包括轧制、挤压。锻压、等径角挤压、拉拔等。但是经过力学性能优化后纯锌和大部分锌合金的体外降解速率小于0.1毫米/年，介于心血管植入材料和骨科植入材料之间且更接近心血管植入材料的降解速率。因此，这将会导致锌合金在被用于骨科植入物时，完全降解周期远长于骨愈合周期12～24周，仍可能会出现永久植入材料存在的骨萎缩和难以忍受的宿主反应。

众所周知，在导电介质中两种或两种以上具有不同电极电位的金属会构成腐蚀原电池，从而形成电偶腐蚀而加速腐蚀过程。电偶腐蚀能够诱发和加速应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀等其他类型的局部腐蚀，从而加速设备或工件的破坏。但是，考虑到锌合金较慢的腐蚀速率，可以通过电偶腐蚀加速阳极腐蚀的特性，能够提高可降解锌合金植入件的降解速率，从而满足骨植入物的降解速率要求。泡沫金属由于具有三维网状结构、孔隙率高、比表面积大、质量均匀、活性好，常被用于电极、催化剂、过滤网、导热、吸声等器件上。

目前国内外文献还未见有报道可降解金属骨架/Zn生物医用材料的制备及相应性能的研究，故提出将可降解金属骨架/Zn生物医用材料用作下一阶段的可降解生物医用材料的使用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种大面积电偶腐蚀结构的生物医用可降解金属骨架增强Zn基复合材料的制备方法，以解决上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种大面积电偶腐蚀结构的生物医用可降解金属骨架增强Zn基复合材料的制备方法，包括金属骨架及Zn-X合金，所述金属骨架为泡沫纯Cu、Fe、Mg金属中的一种，包括如下步骤：