[發(fā)明專利]生物醫(yī)用鎂合金表面聚多巴胺-石墨烯復合涂層及其制備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011428524.2
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN114601962A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 裴佳;李令玉;袁廣銀;張亞非
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61L27/04
• 分類號: A61L27/04;A61L27/30;A61L27/34;A61L27/50;A61L27/56;A61L31/02;A61L31/08;A61L31/10;A61L31/14;A61L29/02;A61L29/10;A61L29/08;A61L29/14;C23C16/2
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發(fā)明公開了一種生物醫(yī)用鎂合金表面聚多巴胺?石墨烯復合涂層及其制備。該制備方法先進行鎂合金表面的絕緣轉(zhuǎn)化層預處理，之后置于多巴胺鹽酸鹽溶液中自聚合沉積完備的聚多巴胺納米層，最后使用物理/化學氣相沉積技術(shù)制備了平整致密的石墨烯超薄涂層。本發(fā)明使用的聚多巴胺涂層具有優(yōu)異的生物相容性、抗氯離子滲透性并與鎂基底和石墨烯都有著良好結(jié)合力；石墨烯涂層的化學惰性和對幾乎所有分子不可滲透性可極大提高基體的長期耐蝕性。并且，聚多巴胺屬于半導體，石墨烯涂層具有優(yōu)異導電性，兩者接觸產(chǎn)生勢壘這一高阻區(qū)域阻擋了低能電子進入，進而雙效協(xié)同抑制鎂合金的降解，在可降解鎂基醫(yī)用材料及其器械方面具有廣泛的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)用鎂合金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種生物醫(yī)用鎂合金表面聚多巴胺-石墨烯復合涂層及其制備，尤其涉及一種生物醫(yī)用鎂合金表面聚多巴胺-石墨烯復合功能涂層設(shè)計及制備和用途。

背景技術(shù)

鎂合金由于其優(yōu)異的生物相容性、生物可降解性、促進骨的生長和與人骨相似的彈性模量等一系列的優(yōu)點，在生物醫(yī)用領(lǐng)域有著光明的發(fā)展前景。目前，鎂合金骨釘已處于臨床測試當中。然而，鎂基植入體仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為其在生理環(huán)境中過快的腐蝕速率，這就會導致植入體結(jié)構(gòu)的提前失效。并且，鎂基植入體過快的腐蝕過程會帶來局部氫氣的聚集和過堿性的微環(huán)境，這些都限制了鎂合金在組織工程支架、心血管支架、醫(yī)用導管等領(lǐng)域的進一步應(yīng)用。

因此，調(diào)控鎂合金的腐蝕速率可控顯得至關(guān)重要。合金化和表面改性都是提高鎂合金耐蝕性的有效方法。其中，表面改性在提高鎂合金耐蝕性的同時更可以賦予體系功能化。受海洋貽貝粘附蛋白的啟發(fā)，聚多巴胺以涂層的形式被廣泛應(yīng)用在材料表面。并且聚多巴胺具有良好的生物相容性和結(jié)合力，進而在醫(yī)用金屬(不銹鋼、鈦合金、鎂合金等)表面得到了大量研究。申請人前期專利CN105126168B公開了一種用于鎂基醫(yī)用材料及器件的仿生多功能涂層。該專利是將多巴胺單體溶于堿性催化劑-有機溶劑中，通過自聚合反應(yīng)生長獲得聚多巴胺膜層。專利中指出聚多巴胺膜層在生理pH值下呈現(xiàn)負電性，通過靜電排斥作用來阻礙氯離子的滲透進攻，從而提高鎂合金材料及器件的耐腐蝕性能。但在長期的動態(tài)植入環(huán)境中，特別是針對可降解鎂合金比表面積較高的材料和器械，聚多巴胺涂層的保護效果由于其親水性和分子/離子的可穿透性而相對有限。

石墨烯具有獨特的化學穩(wěn)定性和對大多數(shù)分子不可滲透性，這使得其在抗腐蝕涂層方面也一定應(yīng)用。石墨烯是由單層的碳原子形成的蜂窩狀透明的二維材料。并且，石墨烯具有高強度楊氏模量和極高的硬度，這就對耐磨性有嚴格要求的骨科植入體提供了涂層設(shè)計的新思路。此外，石墨烯涂層具有高導電性，這種電子傳導能力使得其應(yīng)用在醫(yī)用導管方面可以進行電信號的傳遞并可能促進軸突的生長，進而加速神經(jīng)的修復【文獻：Bo Weng.etal,Bio-Interface of Conducting Polymer-Based Materials forNeuroregeneration.Advanced materials interfaces 2(2015)1500059】。但直接涂覆單一的石墨烯涂層，將顯著加速鎂合金的腐蝕。研究表明，石墨烯的電化學活性是低于鎂合金的(鎂電極電位更負)，這樣活性更高的鎂合金會充當陽極，石墨烯相對惰性會充當陰極，進而發(fā)生電偶腐蝕反而促進鎂腐蝕降解【文獻：Chenlong Cui.et al，A cautionary note ongraphene anti-corrosion coatings.Nature nanotechnology9(2017)12：834-835】。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種生物醫(yī)用鎂合金表面聚多巴胺-石墨烯復合涂層及其制備，其同時具有良好的耐蝕性，耐磨、提高生物相容性和生物活性(如促神經(jīng)修復、促血管內(nèi)皮化等)的功能。本發(fā)明對鎂合金首先進行預處理使用絕緣轉(zhuǎn)化層作為“隔離層”阻斷了石墨烯與鎂合金的電偶腐蝕。在此基礎(chǔ)上又制備了具有良好生物相容性同時又屬于半導體材料的聚多巴胺涂層，再復合上具有化學穩(wěn)定性和優(yōu)異導電性的石墨烯涂層，構(gòu)建了聚多巴胺-石墨烯雙層復合功能涂層。