[發(fā)明專利]一種氮化硅涂層醫(yī)用鎂合金材料及制備方法

無效

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• 申請日: 2013-05-17
• 公開（公告）號: CN103239761A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設計）人: 劉德寶;唐懷超;宋融
• 申請（專利權(quán)）人: 天津理工大學
• 主分類號: A61L31/08
• 分類號: A61L31/08;A61L31/02;B32B15/04;C23C14/06;C23C16/34
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料領域，特別是一種氮化硅涂層醫(yī)用鎂合金材料及制備方法。

背景技術(shù)

目前臨床應用的醫(yī)用金屬材料主要有不銹鋼、鈷基合金、鈦合金等幾大類。但其彈性模量遠高于人骨，在使用過程中會產(chǎn)生“應力屏蔽”，且有害離子溶出現(xiàn)象往往導致嚴重炎癥反應及引起組織損傷從而導致植入失敗。特別是植入合金在體內(nèi)不能被吸收、降解，當傷骨愈合后必需通過二次手術(shù)取出，大大增加了病人經(jīng)濟及心理負擔和肉體上的痛苦。因此，在骨損傷手術(shù)中，用可降解材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)醫(yī)用金屬材料越來越受到重視，已成為當前生物材料領域的國際研究前沿與熱點。

生物醫(yī)用可降解高分子材料如PLLA、PGA已用于臨床，但是由于其彈性模量較小，只能用于不承力的部位，且降解產(chǎn)物呈酸性易造成無菌性炎癥，因而限制了其廣泛應用。

鎂或鎂合金是一種可在體內(nèi)環(huán)境降解的金屬材料，與上述金屬植入材料如鈦合金、不銹鋼相比，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：1）鎂的密度為1.74g/cm³，并且與人骨的密質(zhì)骨密度(1.80g/cm³)極為接近，其機械性能更接近天然骨，其適中的彈性模量能夠有效緩解應力遮擋效應，對骨折愈合、種植體的穩(wěn)定具有重要作用；2）鎂是人體必需的元素，具有生物活性、介導成骨作用、生物相容性。鎂在人體中總量約20多克，在生命過程中可以促進骨及細胞的形成、催化或激活機體300多種酶系、參與體內(nèi)能量代謝，并且在能量的輸送、貯存和利用中起關(guān)鍵作用；3）鎂的標準平衡電位為-2.34V，低于其他合金，呈示出較高的化學和電化學活性，作為可降解材料具有其天然優(yōu)勢；4，資源豐富價格低廉。

綜上所述，鎂或鎂合金具有良好的醫(yī)學安全性、力學性能、可控腐蝕性能和降解產(chǎn)物的最小副作用等優(yōu)點，有望發(fā)展成新一代生物可降解材料。但是，在人體充滿Cl^-的腐蝕環(huán)境中，鎂及鎂合金會因為降解速率較快而提前失效。通常臨時植入器件要求3個月到1年的服役時間，可推算出鎂及鎂合金作為植入材料降解速率應控制在0.1mm/a內(nèi)，但研究發(fā)現(xiàn)純鎂在模擬體液內(nèi)的降解速率為0.2-1.0mm/a，在動物實驗中也發(fā)現(xiàn)純鎂在的腐蝕速率過快，產(chǎn)生大量的氫氣，從而導致材料過早失效，限制了其臨床應用。

因此，要使鎂或其合金真正用于臨床，必須提高其耐腐蝕性，而通過表面涂層處理是有效提高鎂及鎂合金耐蝕性能的方法之一。采用生物相容性良好的氮化硅材料對鎂合金進行表面處理是一種有效控制鎂基材料降解速率重要途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述存在問題，提供一種氮化硅涂層醫(yī)用鎂合金材料及制備方法，該材料與涂層結(jié)合牢固且涂層致密，具有良好的熱穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性，降解周期可通過涂層厚度及氫含量調(diào)控，適合作為中長期植入材料使用，尤其符合骨外科的臨床需要。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種氮化硅涂層醫(yī)用鎂合金材料，由鎂合金基材和在其表面附有的氮化硅涂層構(gòu)成。

一種所述氮化硅涂層醫(yī)用鎂合金材料是制備方法，步驟如下：

1）將鎂合金試樣打磨、拋光、除油后，進行噴砂處理以去除表面氧化皮、增加表面粗糙度和涂層和增強鎂合金基體與涂層接合的牢固度；

2）將經(jīng)上述處理后的鎂合金試樣采用射頻等離子體增強化學氣相沉積法或粒子束沉積法，在鎂合金試樣表面制備氮化硅陶瓷涂層。

所述射頻等離子體增強化學氣相沉積法的工藝參數(shù)為：將鎂合金試樣放入射頻等離子體增強化學氣相沉積設備的內(nèi)腔沉積室中，系統(tǒng)抽至真空度為1×10^-4-1×10^-5Pa，以SiH₄和NH₃或N₂混合氣為反應氣源，沉積溫度為150-450℃、射頻功率為80-400W的條件下，沉積時間為10s-60min，冷卻后在合金表面制得氮化硅陶瓷涂層。

所述SiH₄和NH₃或N₂混合氣中SiH₄的流量為10-100sccm；SiH₄和NH₃或N₂流量比l：0.2-1。