專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鎂合金表面生物活化溶液及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在f鈴金表面形成生物活性涂層的生物活化溶艦其應(yīng)用，
該涂層有利于細(xì)胞粘附、生長(zhǎng)，減少SA初期的不良反應(yīng)并iSS早期骨愈合。此 外，該涂層在一定禾號(hào)上會(huì),高齢金基體的耐腐蝕性能。本發(fā)明特別適用于 齢錄植入體的表面生物活化處理。
背景技術(shù)：
不,辯ra、 Co-Cr合金、鈦及鈦合金以其優(yōu)良的力學(xué)性能、生物相容性和耐腐 蝕性能己廣泛應(yīng)用于骨科治療。但是由于它們的力學(xué)性能特別是彈性模量和骨組 織不匹配，在使用過(guò)程中產(chǎn)生"應(yīng)力屏蔽"，從而導(dǎo)致植入物周?chē)墓墙M織出現(xiàn)萎 縮或疏松1#。并且在骨組織愈合后需要二次手術(shù)將其取出，增加了患者的痛苦 和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。生物醫(yī)用可,軍高肝材料如PLLA已用于臨床，但是由于其彈性 模量較小(約為3-5GPa)，只會(huì)調(diào)于不7承力的部位，因而限制了其廣泛應(yīng)用。
,其合金具有與骨組織接近的彈性模量，而且具有較大的抗拉強(qiáng)度，并且 在生理環(huán)境下能夠腐蝕^l率，因此作為骨植入材料其既可以有效地 不銹鋼或 鈦合金等IIA材料造成盼'應(yīng)力屏蔽"效應(yīng)，又可以彌補(bǔ)可降解高肝材料的不足， 用于承力部位。盡管己有的關(guān)于,其合金作為生物材料的研究表明其具有良好 的生物相容性，但是由于其在人體環(huán)境發(fā)生腐蝕的過(guò)程中伴隨有OH"的釋放(特別 是植入的初期)導(dǎo)致植入物周?chē)蕢A性，從而破壞了周?chē)纳砥胶?。?dāng)局部pH 超過(guò)7.8時(shí)，甚至?xí)a(chǎn)生嚴(yán)重盼'堿中毒"，^X寸細(xì)胞在植入物表面的粘附、生長(zhǎng) 和骨組織愈合是極為不利的。因此，減緩植入初期OH"的釋放，f腿細(xì)胞在植入 物表面的粘附、生長(zhǎng)，從而加快早期治愈速度，對(duì)生物可降解鎂合金的應(yīng)用具有 重要意義。
采用表面改性方法是解決這一問(wèn)題的有效方法之一。有報(bào)道采用等離子純Ti 鍍層提高鎂合金的耐蝕性能。香港城市大學(xué)的P.K.Chu表面A1203 /Al涂層、ZrCVZr 鍍層提高了鎂合金的耐蝕性能。重慶大學(xué)高家誠(chéng)教授采用堿-熱處理及熱-有機(jī)涂層有效i也提高了純鎂的耐蝕性能和生物相容性。鄭州大學(xué)的關(guān)少康教麟用電化
學(xué)方法在g金表面制備羥WI酸韓涂層提高fl^金表面的生物相容性。上述研
究在一定禾號(hào)上控制了控制li^金的降解速度，解決了fl^金的溶血問(wèn)題。但是
部分方法為了提高傲金的耐蝕性能，甚至完全抑制了齢金的,率，喪失了其
作為可降解材料的優(yōu)勢(shì)和生物活性。由于f鈴金作為可降解ttA材料^頓，因而
要發(fā)展無(wú)毒、可生物降解并且具有^(子生物相容性的表面改性層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在#^金的表面制備一層生物活性涂層的生物活 化溶 其應(yīng)用，該涂層具有良好的細(xì)胞相容性，并在一定驗(yàn)上能提高齢金 基體的耐腐蝕性，從而提高醫(yī)用可降解齢金的表面生物活性。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種餘金表面生物活化溶液，溶液的化學(xué)組成為
H3P04:5.0-14g/L，CaH2PO4: 5.4-10.2g/L，ZnH2PO4:0.8-3.8 g/L，NaN03:1-3 g/L， NaN02:2-6g/L，其余為水。
所述的鎂合金表面生物活化溶液，溶液中鈣離子與鋅離子的摩爾比，即 Ca/Zn>1.50。
本發(fā)明鎂合金表面生物活化溶液的應(yīng)用，是4OT鎂合金表面生物活化溶液，
在齢金表面形成生物活性涂層，分為表面預(yù)處理和化學(xué)處理，包括以下步驟:
1、 合^f頁(yè)處理將待處理齢爐行打磨，除去異物。
2、 脫脂將鎂合金放入65。C的質(zhì)量百分比濃度為6-10%的氫氧化鈉溶液中 脫脂10-20餘
3、 活化室溫下，將鎂合金方1A質(zhì)量百分比濃度為1%"5%的磷酸溶液中， 活化5秒鐘-3分鐘。其中，磷酸溶液的體積與待活化鎂合金的表面積比為不小
于100mL/cm2。
4、 配置化學(xué)處理液取適量蒸餾水，按照5.0-14g/L的量加入H3P04，攪拌 均勻。然后，分別按照5.4-l(X2g/L的CaH2P04和0.8-3.8 g/L的ZnH2P04依次加 入，進(jìn)行攪拌直至完全溶解。再按照1-3 g/L和2-6 g/L分別加入NaN03和NaN02 并攪拌均勻。加入適量的NaOH或磷酸將溶液的pH調(diào)制2-6。
5、 將按照步驟4配置的溶液加熱至40-6(TC，然后將活化后的鎂合金樣品浸 沒(méi)其中，處理3-50分鐘。之后取出樣品用蒸餾水清洗并吹干，獲得的鎂合金表面
4生物活性涂層厚度為3pm-50jxm。涂層的化學(xué)成分以含f5磷酸鹽為主，并含有少 量含Zn的磷酸鹽或含Zn、 Mg的磷 。
本發(fā)明li^金表面生物活化溶液的設(shè)計(jì)思想如下
溶液中含有較大量CaH2P04是為了iKl7K解反應(yīng)在鎂合金表面沉積難溶的磷 酸轉(zhuǎn)鹽，因?yàn)楦鞣N磷^l丐鹽都具有良好的生物相容性。溶液中引入少量ZnH2P04 的主要目的是為了在反應(yīng)層中引入Zn離子，因?yàn)閆n在提高細(xì)胞活性、創(chuàng)傷修復(fù) 及骨折愈^1程中具有重要作用。具體原理^1過(guò)水解反應(yīng)在^金表面沉積含 有Zn的磷酸鹽，或者與CaH2P04水解生成的Ca2+和齢^f華放出的Mg2+結(jié)合， 在鎂合金基體表面沉積含有或含Zn、 Ca、 Mg的磷酸鹽，從而達(dá)到引入Zn離子 的目的。正交微結(jié)果證實(shí)Ca/Zn摩爾比過(guò)低(<1.50)時(shí)，不能形成以銬磷 為主的反應(yīng)層。H3P04主要用來(lái)控制磷化液中磷酸二氫鹽的離解度及溶液酸度， NaN03、 NaN02能夠加速反應(yīng)進(jìn)行o
本發(fā)明的有益效果是
1 、使用本方法處理后的合金表面可獲得一層以Ca-P鹽為主并含有少量Mg、 Zn的反應(yīng)層，該反應(yīng)層具有良好的生物相容性，利于細(xì)胞黏附、生長(zhǎng)和分化，有 利于減少植入初期的不良反應(yīng)，加速骨愈合。
2、本發(fā)明生物活化溶液可以應(yīng)用于醫(yī)用g金的表面生物活化處理，特別適 用于^金骨IIA體表面的生物活化。
3 、本發(fā)明g金表面生物活化溶液的應(yīng)用，是使用g金表面生物活化溶液， 在牽I^金表面形成生物活性涂層，分為表面預(yù)處理和化學(xué)處理。預(yù)處理的目的 ^H^金表面進(jìn)行脫脂和活化處理，再經(jīng)過(guò)化學(xué)處理后，進(jìn)而在^金表面形 成一層含有Ca、 P磷酸鹽及少量Mg， Zn的反應(yīng)層。該層有利于細(xì)胞黏附，生長(zhǎng)， 并在一定程度上減緩鎂合金基體的腐蝕。


圖l經(jīng)本方法處理后合金表面的XPS分析。
圖2 L929細(xì)胞在經(jīng)本方法處理后鎂合金表面i咅養(yǎng)1天后的表面形貌。 圖3 L929細(xì)胞在未處理的鎂合金合金表面培養(yǎng)1天后的表面形貌。 圖4經(jīng)本方法處理后的鎂合金與裸鎂合金在0.9%wMaCl溶液中的電化學(xué) 極化曲線。
圖5實(shí)施例2經(jīng)本方法處理后合金表面的掃描電鏡圖。圖6實(shí)施例2經(jīng)本方法處理后合金表面的能譜分析圖(圖5中位置1處的 EDS分析)。
圖7實(shí)施例2經(jīng)本方法處理后合金表面的慰普分析圖(圖5中位置2處的 EDS分析)。 具體實(shí)駄式
M:下述實(shí)施例可以更好i也理解本發(fā)明，但這些實(shí)例并不用來(lái)限制本發(fā)明。 實(shí)施例i
所用^金為Mg-Mn-Zn，合金牌號(hào)為MZll。
1、 將經(jīng)常規(guī)打磨、脫脂后的合金樣品，在質(zhì)量百分比濃度為2%的113 04溶 液中活化5秒，本實(shí)施例磷酸溶液的體積與待活化鎂合金的表面積比為110 mL/cm2，用蒸水沖洗并吹干待用。
2、 取適量蒸餾水，按照下列成分用量:H3P04 7g/L， CaH2P047.47g/L， ZnH2P04 1.60g/L， NaN03 2g/L， NaN023g/L配制溶液，本實(shí)施例溶液中鈣離子與鋅離子 的摩爾比約為6: 1，并調(diào)節(jié)pH至4.0。
3、 將配制好的處理液加熱至60°C，然后將活化后的合金樣品放入處理也中 浸泡5分鐘，取出后用蒸餾水清洗并吹干，獲得的鎂合金表面生物活性涂層厚度 約為5nm。
4、 將按上述方法處理后的樣品表面進(jìn)行XPS分析，其結(jié)果如附圖1所示。 由XPS分析可知該處理層主要由含Ca的磷酸鹽，少量Mg的磷酸鹽、和微量Zn 的磷酸鹽組成。本實(shí)施例中，Ca、 Mg、 Zn的原子比為Ca: Mg: Zn-10: 7: 1。
5、 在按，方法處理后的樣品表面Jtit行體外細(xì)胞培養(yǎng)試樣，并與未處理的 樣品做對(duì)比，其結(jié)果如附圖2、 3所示。由圖可知，經(jīng)本方法處理后的合金，表面 細(xì)胞數(shù)量、狀態(tài)均明顯優(yōu)于未處理的合金。
實(shí)施例2
與實(shí)施例1不同之處在于
所用鎂合金為Mg-Mn-Zn，合金牌號(hào)為MZll。
1、 將經(jīng)打磨、脫脂后的合金樣品，在質(zhì)量百分比濃度為2。/。的H3P04溶液中 活化5秒，本實(shí)施例磷酸溶液的體積與待活化鎂合金的表面積比為120mL/cm2， 用蒸水沖洗并吹干待用。
2、 取適量蒸餾水，按照下列成分H3P04 8g/L， CaH2PO48.00g/L， ZnH2P041.02g/L， NaN03 2g/L， NaN02 3g/L配制溶液，本實(shí)施例溶液中鈣離子與鋅離子 的摩爾比為10: 1，并調(diào)節(jié)pH至3.5。
3、 將配帝附的處理液加熱至50°C，然后將活化后的合金樣品放入處理也中 浸泡20射中，取出后用蒸餾水清洗并吹干，獲得的^金表面生物活性涂層厚度 約為20pm。
4、 將按上述方法處理的合金在0.9%wt的NaCl溶液中進(jìn)行電化學(xué)極化曲線 測(cè)試，并與未處理的合M行對(duì)比，其結(jié)果如附圖4所示。由圖4可知，經(jīng)本方 法處理合金比未處理的合金顯示出較好的耐腐蝕性能。
如圖5所示，掃描電鏡分析可以看出，本實(shí)施侈啲反應(yīng)層由大量片狀結(jié)晶和 少量小球狀結(jié)晶構(gòu)成。圖6、圖7分別為片狀結(jié)晶和小球狀結(jié)晶的EDS分析結(jié)果。 其中，片狀結(jié)晶主要由0、P和Ca三種元素組成；小球狀結(jié)晶主要由0，N4P,Ca 和Zn組成，Na元素的存在是由于樣品從處理液中取出時(shí)殘留在樣品表面的，其 中Ca、 Zn的原子比為1: 6。
權(quán)利要求
1、一種鎂合金表面生物活化溶液，其特征在于，溶液的化學(xué)組成為H3PO45.0-14g/L，CaH2PO45.4-10.2g/L，ZnH2PO40.8-3.8g/L，NaNO31-3g/L，NaNO22-6g/L。
2、 按照權(quán)利要求書(shū)1所述的鎂合金表面生物活化溶液，其特征在于溶液中鈣離子與鋅離子的摩爾比，即Ca/Zn〉1.50。
3、 按照權(quán)利要求書(shū)1所述的鎂合金表面生物活化溶液的應(yīng)用，其特征在于，^OT鎂合金表面生物活化溶液，在鎂合金表面形成生物活性涂層，分為表面預(yù) 處理和化學(xué)處理；其中，表面預(yù)處理是將鎂合金放入質(zhì)量百分比濃度為1%-5%的磷酸溶液，活化5秒 鐘-3分鐘；化學(xué)處理是將表面預(yù)處理后的鎂合^i式樣置于鎂合金表面生物活化溶液中， 溶液的^it為40-6(TC，酸堿度為pH2-6，處理時(shí)間為3-50分鐘。
4、 按照權(quán)利要求書(shū)3所述的鎂合金表面生物活化溶液的應(yīng)用，其特征在于， 表面預(yù)處理時(shí)，磷酸溶液的體積與待活化鎂合金的表面積比為不小于100 mL/cm2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在鎂合金表面形成生物活性涂層的生物活化溶液及其應(yīng)用，該溶液的化學(xué)組成為，H₃PO₄5.0-14g/l，CaH₂PO₄5.4-10.2g/l，ZnH₂PO₄0.8-3.8g/l，NaNO₃1-3g/l，NaNO₂2-6g/l。使用鎂合金表面生物活化溶液，在鎂合金表面形成生物活性涂層，主要分為表面預(yù)處理和化學(xué)處理。預(yù)處理的目的是對(duì)鎂合金表面進(jìn)行脫脂和活化處理。將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的鎂合金在上述溶液中進(jìn)行化學(xué)處理，溶液溫度在40-60℃，處理時(shí)間為3-50分鐘，溶液的酸堿度為2-6。經(jīng)過(guò)上述處理，進(jìn)而在鎂合金表面形成一層含有Ca、P磷酸鹽及少量Mg，Zn的反應(yīng)層。該層有利于細(xì)胞黏附，生長(zhǎng)，并在一定程度上減緩鎂合金基體的腐蝕。本發(fā)明的化學(xué)方法適合于鎂合金骨植入體的表面生物活化處理。
文檔編號(hào)A61L27/32GK101642585SQ20081001265
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2008年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月6日
發(fā)明者張二林, 徐麗萍, 柯 楊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所