[發明專利]一種鎂合金表面直接制備含氧化鋅微弧氧化陶瓷膜的方法

在審

• 申請號: 201410509166.6
• 申請日: 2014-09-29
• 公開（公告）號: CN104264204A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 趙全明;楊惠林;劉忠堂
• 申請（專利權）人: 趙全明
• 主分類號: C25D11/30
• 分類號: C25D11/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于生物醫用植入材料表面改性領域，具體涉及一種鎂合金表面直接制備含氧化鋅微弧氧化陶瓷膜的方法。

背景技術

目前,廣泛應用于骨板、骨釘的生物醫用材料主要是鈦及其合金、不銹鋼、鉆鉻合金及聚乳酸等，但是,這些材料都存在一定的局限性。金屬材料彈性模量高與人骨不匹配所致的應力遮擋效應及高分子材料較差的力學性能成為制約其發展的瓶頸。研究表明鎂基金屬是一種相當具有發展潛力的生物材料，鎂及鎂合金的楊氏模量約為45Gpa，更接近人骨的彈性模量(20GPa)，能有效降低應力遮擋效應；鎂及鎂合金有高的比強度和比剛度，純鎂的比強度為133GPa(g/cm3)，而超高強度鎂合金的比強度已達到480GPa(g/cm3)，比鈦合金的比強度(260?GPa(g/cm3))高出近l倍；鎂及鎂合金的密度較之其他金屬與人骨密度最為接近，符合理想接骨板的要求。因而鎂及鎂合金作為骨固定材料，能夠在骨折愈合的初期提供穩定的力學環境，逐漸降低其應力遮擋作用，使骨折部位承受生理水平的應力刺激,加速骨折愈合，防止局部骨質疏松和再骨折。因此，鎂及鎂合金作為骨損傷后的固定材料，相對于其他金屬生物醫用材料具有更大的潛力。

目前制約鎂合金成為生物醫用可降解硬組織材料的因素有以下兩點：一是耐蝕和耐磨性差，鎂的化學性質極為活潑，在干燥大氣中，鎂可形成氧化鎂薄膜，對基體有一定的保護作用，但是其疏松多孔的結構使其保護作用極為有限，而且在潮濕環境下，尤其是在含有氯離子的腐蝕介質中，氧化鎂表面膜會遭到破壞，基體發生嚴重腐蝕，因此，鎂合金的抗腐蝕性能很差，極大地制約了鎂合金更為廣泛的應用；二是生物活性差，雖然鎂合金有很好的組織相容性，但是其誘導組織生長的能力有限，因此需要對其進行表面改性。

感染是生物材料在體內植入失敗主要原因，也是困擾臨床外科醫生的最大難題，這其中既與手術中的操作不當有關，也與植入材料部位局部環境發生變化，影響微生物的生長，增加了細菌感染的可能性，?因此，如果生物材料本身具有了抗菌活性，不但可以減少種植體炎癥發生，提高植入材料的生物活性，縮短骨愈合時間，進術后組織愈合，提高手術的成功率，減輕病人在精神和物質上的負擔，而且有效地克服了抗生素的大量使用引起的一系列問題。

氧化鋅是目前無機抗菌劑研究的熱點之一，目前已作為抗菌材料廣泛應用于外科領域，研究表明氧化鋅對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有很強的抑制作用，在體外對原核細胞、真核細胞及大腸桿菌的生長均可以產生抑制作用，且隨著氧化鋅含量的增加，其抗菌能力提高，同時氧化鋅對其他細菌也有抑制作用且基本沒有毒副作用。關于氧化鋅抗菌性能的產生機制目前有三種假設，分別是光催化抗菌機制、金屬離子溶出抗菌機制和活性氧抗菌機制。

?通過表面改性方法在鎂合金表面制備氧化鋅生物膜層，能充分發揮鎂合金的優良力學性能和氧化鋅的生物活性。目前，應用表面改性在鎂合金表面制備活性氧化鋅的方法包括沉淀法、溶膠-凝膠法、水熱法等，應用上述方法雖然能在鎂基金屬表面制備氧化鋅膜層，但是所制備的氧化鋅生物膜層與基體的結合強度不高，無法滿足臨床需求。為此，研發一種在鎂合金表面直接制備含有氧化鋅微弧氧化陶瓷膜方法具有十分重要的意義。

微弧氧化是一種在閥金屬表面原位生長氧化物陶瓷膜層的技術。將被處理件置于特定的電解液中，利用電化學方法，使其表面產生微小火花放電斑點，在熱化學、等離子體和電化學的共同作用下，在材料表面原位生長一層陶瓷質的氧化膜，利用這種方法獲得的膜層呈陶瓷質，具有優良的結合力、硬度及較好的耐蝕性。但是到目前為止，還沒有關于通過該技術在鎂合金表面表面制備氧化鋅陶瓷膜的報道。

發明內容

本發明的目的是為了解決鎂合金生物活性與耐腐蝕性能差，以及現有方法在鎂合金表面制備的氧化鋅陶瓷膜與基體結合強度低的問題。本發明提供了一種直接在鎂合金表面制備氧化鋅微弧氧化陶瓷膜的方法。

本發明直接在鎂合金表面制備氧化鋅陶瓷膜的方法是通過以下步驟實現的：一、對鎂合金依次進行去氧化膜、除油處理；二、配制電解液：3-10g/L的葡萄糖酸鋅、5-12g/L的氫氧化鈉，4-8g/L的磷酸鈉，1-3g/L?的乙二胺四乙酸二鈉，1-3g/L的檸檬酸鈉，溶劑為去離子水；三、以步驟一處理后的鎂合金為陽極，用夾具固定浸入步驟二配置的電解液中，不銹鋼電解液槽為陰極，采用脈沖電源，設置電參數為：脈沖電壓180-430V、脈沖頻率300-600Hz、占空比為10-40%，進行微弧氧化5-30min，即在鎂合金表面制備得氧化鋅陶瓷膜。