[发明专利]一种含锌微弧氧化电解液及其含锌生物陶瓷膜的制备方法

摘要

本发明涉及一种利用微弧氧化技术在钛或镁金属表面制备含锌钙生物陶瓷膜的方法。首先配制可溶性含锌钙的电解液，然后以钛或镁金属为阳极，不锈钢为阴极在先前配制的锌钙的电解液中，通过控制脉冲电压、频率和占空比等微弧氧化参数进行等离子脉冲高能放电处理，即可在钛或镁金属表面生成具有生物活性的含锌钙的陶瓷膜。该生物膜不但在人体内可降解，而且具有抗菌和促进细胞生长等多种功效。该生物陶瓷膜的形成，明显改善了钛或镁金属在生物体内的生物相容性和生物活性，有效克服了它们作为生物医用材料的缺点和不足。本发明所使用的原料绿色环保，无毒无污染；制备工艺简单、操作方便；生产效率高，适用于工业化生产。

主权项

提出一种在钛合金和镁合金表面通过微弧氧化技术，制备兼有多种生物活性的生物陶瓷膜，该生物陶瓷膜可应用于人工关节，骨科接骨板、口腔及颌面外额修复材料等硬组织替换及修复材料的表面改性，其特征在于：（1）该技术使用的电解液主要由葡萄糖酸锌和葡萄糖酸钙等组成，均为机体补充能量的化合物，易于被人体吸收，安全无毒，是首次作为微弧氧化电解液使用的化合物；（2）利用微弧氧化技术制备的生物陶瓷膜，钛合金生物陶瓷膜与基体的结合强度约在15MPa‑25MPa之间；镁合金生物陶瓷膜和基体的结合强度为8MPa‑15MPa之间，该陶瓷膜的结合强度远高于普通涂层，是该技术最具诱惑力的特征之一；（3）该生物活性陶瓷膜，由表面的多孔结构和内部的致密结构组成，其中表层的多孔结构，钛合金陶瓷膜表面的孔隙率在15%‑30%之间、孔径在1μm‑20μm范围内可调控;镁合金陶瓷膜表面孔隙率在10%‑20%之间、孔径在0.5μm ‑20μm范围内可调控，孔贯通性好，利于组织细胞的长入，膜层的厚度在10‑30μm之间可调控，可有效地阻挡体液中腐蚀离子的入侵；（4）该方法在力学性能优良的钛合金和镁合金表面制备含生物活性元素的陶瓷膜，不但保持了金属材料良好地力学性能和陶瓷材料低磨损、耐腐蚀的优点，更重要的是，多孔结构而又富含生物活性的元素的引入极大的克服了基体金属材料在生物体内“惰性”的特点；（5）通过微弧氧化技术制备的含锌、钙和磷等元素的多孔生物陶瓷膜，能有效克服目前临床常规使用的钛合金因植入和取出所引起的感染，也可以改善因为钛合金生物相容性差而导致的关节早期松动、骨折延迟愈合或不愈合等并发症，同时可以改善镁合金在生理环境下耐蚀性差、降解速率快的问题；（6）该生物活性陶瓷膜在人体内具有可降解性，降解产物主要为锌离子和钙离子，可被人体完全吸收，既可以发挥相应多种生物活性，又能补充机体所必须的微量元素；（7）该生物陶瓷膜可以通过调控相关技术参数（如电压、时间等）和电解液各成分的比例，来调控陶瓷膜层的结构（如膜层的厚度、孔隙率等）和膜层中生物元素的含量；（8）该生物活性陶瓷膜的制备采用微弧氧化技术，所需设备简单，使用安全方便；材料来源丰富、生产效率高；对环境无毒无污染，是一种绿色环保处理技术；根据权利要求1所述的生物活性陶瓷膜，其特征在于：（1）基体材料分别选用力学性能良好的钛合金和镁合金；（2）生物陶瓷膜的制备采用微弧氧化技术；（3）电解液由生物可吸收化合物葡萄糖酸锌和葡萄糖酸钙等组成。