[發明專利]自保護可降解MgO/Mg?Zn?Ca生物復合材料

有效

• 申請號: 201610307112.0
• 申請日: 2016-05-09
• 公開（公告）號: CN105779839B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 陳民芳;劉冬冬;由臣;劉德寶
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: C22C23/04
• 分類號: C22C23/04;C22C32/00;C22C1/03;C22C1/10;C22F1/06;C23C8/00;C22C47/08;A61B17/68;A61F2/82;A61B17/115;A61B17/122;C22C49/04;C22C101/02
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明涉及生物可降解金屬基復合材料，特別是一種自保護可控降解的MgO/Mg-Zn-Ca生物復合材料。

背景技術

鎂合金及其復合材料以其顯著優于可降解吸收高分子和陶瓷材料的綜合力學性能、良好的生物相容性和獨特的腐蝕吸收特性成為新一代高強度、低模量、可降解植入材料的典型代表，成為生物材料研究領域的前沿研究方向。

自2005年以來，研究者們通過合金化、表面涂層和添加陶瓷顆粒增強復合材料等方法提高鎂及其合金的強度，改善耐蝕性。從理論上講，提高鎂合金的強度需要增加其中第二相的含量，而這又恰恰會因α-Mg基體與第二相的電偶腐蝕而惡化合金的耐蝕性，甚至發生點蝕。如何解決這對矛盾，獲得兼具高屈服強度和適宜降解速率的鎂基材料，滿足承重骨內固定對鎂基材料性能的要求極具挑戰性。

早在2007年，F.Witte(Frank Witte,Frank Feyerabend,Petra Maier,etal.Biodegradable magnesium–hydroxyapatite metal matrix composites.Biomaterials,2007(28):2163.)就用粉末冶金法制備了20wt％HA/AZ91D復合材料，其在人造海水和細胞培養液中的抗蝕性顯著高于基體合金，并顯示了良好的生物相容性。此后，一些研究者相繼采用粉末冶金技術制備了HA(或β-TCp)/Mg復合材料。其共同特點是復合材料的耐蝕性提高，但力學性能的改善不明顯甚至不如基體合金，特別是復合材料脆性大的缺陷無法克服。近期，Gu等人(X.N.Gu,X.Wang,Y.F.Zheng.Microstructure and characteristics of the metal–ceramic composite(MgCa-HA/TCP)fabricated by liquid metal infiltration.J Biomed Mater Res Part B 2011:99B:127-134.)采用液態金屬溶滲法制備了鎂基復合材料，其力學性能與基體合金相比仍下降50％，但耐腐蝕性能提高了68％。Feng等(A.L.Feng,Y.Han,et al.Mechanical and in vitro degradation behavior of ultrafine calcium polyphosphate reinforced magnesium-alloy composites.Materials&Design,2011,32:2813–2820.)用高能球磨+熱等靜壓+熱擠壓變形工藝制備復合材料，當聚磷酸鈣顆粒含量5％時，復合材料的屈服強度比ZK60合金基體增加26.7％，而在模擬體液(SBF)中的失重速率則下降了1.2倍。說明當復合材料中增強顆粒尺寸細小、均勻分布，并與基體保持良好界面結合時，通過第二相的調控實現復合材料的高強、耐蝕是完全可能的。然而，上述方法不僅工藝復雜，成本高，而且采用較高體積分數的微米級增強體，雖然有效地提高了復合材料的強度和耐蝕性，但卻同時導致其塑、韌性的下降，甚至出現整體脆性，這也是限制粉末冶金復合材料應用的瓶頸。

申請人所在的課題組前期在國家自然科學基金的資助下，與英國布魯內爾大學先進凝固技術中心(BCAST)合作，利用半固態熔體高剪切技術和熔體強力浸潤攪拌技術將納米HA(或β-TCp)顆?？梢蕴砑又伶V合金熔體中，且增大了納米顆粒的分散性，制備得到納米HA(或β-TCp)顆粒增強的Mg-Zn-Zr(Ca)復合材料。但由于生物活性陶瓷顆粒與鎂合金熔體的浸潤性較差，不能成為α-Mg非均勻形核的核心，增強體顆粒多分布于晶界，不能實現微觀上的均勻分布。而且，在熔煉溫度下HA和β-TCp顆粒與鎂合金熔體間可能存在一定的化學反應，使得顆粒與基體的結合界面不夠理想。