[發明專利]一種時空可控降解的覆膜金屬材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010860415.1
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN111939327B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 蔡洪;李旋;郟永強;朱帥帥;懷旭;段薇薇
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: A61L27/60
• 分類號: A61L27/60;A61L27/50;A61L27/04;A61L27/30;A61L27/34;C22C23/00;C22C18/00;C22B9/22;C23F17/00
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 蔣廈

本發明涉及一種時空可控降解的覆膜金屬材料及其制備方法，該覆膜金屬材料為覆有膜層的金屬材料，所述的金屬材料包含金屬基體元素和金屬組合元素，所述的金屬基體元素為Mg或Zn，金屬基體元素占金屬材料的質量比例為50％～99％；該覆膜金屬材料通過調控合金元素的組成調控其電極電位，通過調控加工工藝使合金中晶粒尺寸沿著特定方向遞增或者遞減，并對金屬材料表面進行處理調控與界面層和聚合物層的結合，實現該覆膜金屬材料在時間和空間上降解的可精確調控性。本發明制備的可降解覆膜金屬材料具有時空可控降解的性能以及良好的生物相容性，適用于生物醫用材料領域。

技術領域

本發明涉及一種時空可控降解的覆膜金屬材料及其制備方法，該材料可以應用于生物體的硬組織和軟組織替換領域，包括骨科、齒科、心血管科、生物體腔道、眼科、耳鼻喉科、內科、皮膚、軟組織等領域的修復、替代產品，屬于新型生物醫用材料制備技術領域。

背景技術

鎂(Mg)作為一種人體必需的常量元素，在人體內的含量僅次于Na、K、Ca，居第四位，參與人體內一些蛋白、酶的合成及一些新陳代謝過程。人體每天需要從食物中攝入300～400mg的Mg以滿足人體正常的生理功能。鎂合金的比強度、比剛度較高，滿足骨科植入應用領域中承重骨對力學強度的需求，比鈦合金更接近于人骨的彈性模量，和人的皮質骨密度相近。鎂合金降解所產生的局部富鎂環境具有促進新骨生成、提高成骨細胞黏附率和活性、降低破骨細胞的數量、調節骨源性細胞信號傳導的作用。這表明可降解的鎂合金材料不僅有利于骨固定，也可以促進骨愈合，由于局部pH值的升高還具有抗菌、抗感染和抗腫瘤的功效，這些特點使可降解的鎂合金比其他用于硬組織替換的可降解材料更具優勢。此外，這種可降解的金屬材料由于較好的力學性能和生物相容性還可以用于外科、內科的軟組織修復、生物體腔道內支架等領域。

Mg的標準電極電位較低(-2.37V)，在生物體內具有可降解性。對于醫用鎂合金而言，通常采用降解描述其在生物體內逐漸被體液腐蝕的過程，其降解的本質為在生理環境條件下發生化學或者電化學腐蝕的過程。鎂合金的腐蝕類型可以分為：電偶腐蝕、點蝕、絲狀腐蝕、晶間腐蝕、剝蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕、疲勞腐蝕、磨損腐蝕等多種類型。由于鎂的耐腐蝕性能比較差，在生物體內的降解速率快且難以控制，且降解伴生大量氫氣，機體組織無法吸收，在植入體周圍大量聚集，容易出現氣囊現象限制了它的實際應用。通常采用提高金屬的純度、合金化或者晶粒細化的途徑提高鎂的耐腐蝕性。

為了提高金屬材料的純度，區域熔煉是一種有效的方法，該技術是指將材料制成細棒，采用高頻感應線圈加熱，使一小段固體熔融成液態，熔融區緩慢從材料的一端向另一端移動。在熔融區的末端，固體重新結晶，而富含雜質的部分因比純質的熔點略低，較難凝固，便富集于前端，最終實現材料純化的目的。當區域熔煉速率很大時，固相結晶速率隨之增大，結晶中的雜質排除困難，提純效果不明顯，當區域熔煉速率較小時，組分擴散能夠充分進行，晶體內部的雜質元素能夠有效去除并能夠減少晶體缺陷，提純效率很高。

高純鎂因不含第二相以及微電偶腐蝕，腐蝕速率比鎂合金的腐蝕速率低一些，但其力學性能也較差。金屬鎂中加入合金元素形成第二相并結合固溶處理，可以改善鎂合金的力學性能，然而對腐蝕速率的影響因合金元素的成分及含量的不同而有很大的差別。