專利名稱：生物醫(yī)用鎂或其合金表面的氟取代磷灰石涂層及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域的涂層及制備方法，具體是一種生物醫(yī)用鎂或其合
金表面的氟取代磷灰石涂層及制備方法。
背景技術(shù)：
可植入鎂或其合金是新一代可體內(nèi)降解吸收的金屬生物醫(yī)用材料，特別是對于促 進新生骨組織的生長有明顯的剌激作用。然而目前的鎂材料在醫(yī)學應(yīng)用中存在以下問題 鎂及其合金材料的初期降解速率過快，引起周圍組織炎癥反應(yīng)；含有鎂離子的降解產(chǎn)物會 延長骨鹽(類骨磷灰石)的結(jié)晶周期，降低新生骨組織的穩(wěn)定性，從而造成植入物與周圍新 生骨組織界面結(jié)合不良以及骨質(zhì)疏松等癥狀。為克服這一問題，在鎂表面制備類骨磷灰石 涂層，既可以降低鎂合金的初期腐蝕速率，同時又可促進植入體和周圍骨組織的界面結(jié)合， 并誘導骨生成。 經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)進行文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Song等在《AZ91鎂合金電沉積羥基磷灰石涂層 的生物醫(yī)用研究，材料快報，2008，62(17 18) :3276 3279》將鎂合金浸泡在含有Ca2+， P043—的溶液中，通過控制溶液溫度和輔助條件(如對鎂合金進行表面預處理或陰極電流保 護等方法)，可以將磷酸鈣鹽沉積在鎂表面。然而這類沉積產(chǎn)物本身結(jié)構(gòu)疏松，不能有效減 緩鎂的腐蝕降解，不具有骨誘導性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種生物醫(yī)用鎂或其合金表面的氟 取代磷灰石涂層及制備方法。本發(fā)明的涂層克服了純羥基磷灰石植入材料脆性大、降解周 期短的缺點，具有良好的熱穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性，與基體結(jié)合牢固，降解產(chǎn)物可安全代謝， 降解周期可調(diào)控，適合作為中長期植入材料的表面涂層使用。
本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的， 本發(fā)明涉及一種生物醫(yī)用鎂或其合金表面的氟取代磷灰石涂層，該涂層組分的分 子式如(1)或(2)所示: (1) (Ca， M) 10 (P04) 6 (OH) 2—XFX， 0 < x《2 ; 其中，M為以下離子組合中的一種或多種的混合Mg2+、 Zn2+、Fe2+、H+、K+、Na+、Fe3+和 Al3+; (2) (Ca， N) 10 (P04) 6—2y (C03) 3y (OH) 2—ZFZ， 0<y《3，0<z《2;其中，N為以下離子組合中的一種或多種的混合H+、K+、Na+、Mg2+、Zn2+、Fe2+、Fe3lP
Al3+。 所述涂層的結(jié)晶形狀為針狀或棒狀。
所述涂層的厚度為0. 1微米 2毫米。 本發(fā)明還涉及一種生物醫(yī)用鎂或其合金表面的氟取代磷灰石涂層的制備方法，包 括如下步驟
步驟一，制備沉積液，1L沉積液的組分為Ca2+為0. 002 lmol， P043—、 HP042—和 112 04共0. 001 0. 5mol，氟誘導劑為10—5 0. lmol，余量為純水；
其中，氟誘導劑為不含重金屬離子的氟無機鹽； 步驟二，將生物醫(yī)用鎂或其合金浸沒于沉積液中，調(diào)節(jié)沉積液的pH為3. 0 7. 4， 溫度為30 90°C ，使得氟取代磷灰石涂層進行自發(fā)沉積；
步驟三，沉積完成之后，加熱，得氟取代磷灰石涂層。 步驟一中，所述氟誘導劑為以下組合中的一種或多種氟化鈣、氟化鎂、氟化硅、氟 化鋁、氟化鈉、氟化鉀和氟化錫。 步驟三中，所述加熱，溫度為60 40(TC，時間0. 5 24小時。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果本發(fā)明的氟取代磷灰石涂層溶解 度很低，生物相容性很好的類骨鹽物質(zhì)，在體內(nèi)可緩慢降解或被人體吸收；本發(fā)明的涂層 克服了純羥基磷灰石植入材料脆性大、降解周期短的缺點，熱穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性更好，與 基體結(jié)合牢固，降解產(chǎn)物可安全代謝，降解周期可調(diào)控，適用于各種生物醫(yī)用鎂或鎂合金材 料，可以作為需要中長期植入的可降解吸收生物鎂材料制造的骨科或齒科等植入醫(yī)療器械 的表面涂層使用。


圖1為實例2得到的氟摻雜磷灰石涂層的微觀形貌圖；
圖2為實例2得到的氟摻雜磷灰石涂層的截面圖； 圖3為AZ91生物醫(yī)用鎂合金沉積氟取代磷灰石涂層前后在模擬體液中的腐蝕速 率對比結(jié)果圖。
具體實施例方式
以下實例將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前 提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。 下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的 條件。 實施例1 步驟一，制備沉積液，1L所述沉積液中的成分為 CaCl20. 002mol， NaH2P042— 0. OOlmol， MgF2 1 X 10—5mol，余量為純水； 步驟二，將生物醫(yī)用鎂稀土合金支架經(jīng)過表面清洗，去油和必要的活化工藝后，浸
泡在步驟一制備的沉積液中，調(diào)整沉積液的pH為7. 4 ; 之后將沉積液置于細胞培養(yǎng)箱中(C02分壓為5% )，溫度設(shè)定為30°C，24小時后， 支架表面得到厚度為0. 1微米厚的涂層，涂層的主要成分為短棒狀的碳酸根_氟混合取代 的磷灰石，結(jié)構(gòu)式為(Ca， Na山。(P04)6—2y(C03)3y(0H)2—A，其中y = 2. 9， z = 0. 1 ;
步驟三，將覆蓋有涂層的支架在15(TC退火24小時即可作為骨科植入材料。
實施例2 步驟一，制備沉積液，1L所述沉積液中的成分為 0. lmol Ca(N03) 4H20，0. 05mol NH4H2P04，0. Olmol NaF，余量為純水；
步驟二，將生物醫(yī)用鎂鋁合金AZ91螺釘置于步驟一制備的沉積液中，調(diào)整沉積液的pH為3. O，溫度為55t:，使得氟取代磷灰石涂層進行自發(fā)沉積； 同時通過電化學輔助沉積控制涂層的結(jié)構(gòu)，具體參數(shù)為以惰性電極銀電極為陽極，以AZ91鎂鋁合金為陰極進行電鍍，控制電流密度為20mA/cm2，整個沉積過程在氮氣或氬氣保護下進行，2小時后得到厚度為2微米的針狀氟取代羥基磷灰石涂層，涂層成份為(Ca，Na2， Mg) 1Q (P04) 6 (OH) 2—XFX，取代度x約為1. 4 ; 步驟三，加熱步驟二所得的表面覆蓋有涂層的鎂鋁合金AZ91，6(TC下熱處理2小時，得到氟取代磷灰石涂層。 本實施例的實施效果得到的涂層結(jié)構(gòu)和形貌分別如圖1和2所示。由圖2可以看出，涂層由致密排列的柱狀晶組成。圖3為AZ91生物醫(yī)用鎂合金沉積氟取代磷灰石涂層前后在模擬體液中的腐蝕速率對比結(jié)果圖，由圖3可以看出涂層涂覆后鎂合金早期腐蝕速率顯著降低。
實施例3 步驟一，制備沉積液，1L所述沉積液中的成分為 Ca(N03)2lmol， NaHP04 0. 5mol， SnF 0. lmol，防沉淀劑NaSi03 12H20 0. Olmol，余量為純水； 步驟二，調(diào)整沉積液的pH為5. O，溫度為90。C;以生物醫(yī)用Mg-1% Zn_% lCa三元鎂合金為陽極，以惰性電極為陰極進行陽極氧化，具體反應(yīng)參數(shù)為陽極電壓95V，電流密度為160mA/cn^，處理時間600分鐘；結(jié)果得到厚度為2毫米厚的涂層，涂層的主要成分為針狀的氟混合取代的磷灰石，(Ca， Mg， Na2、。(P0》e(0H)2—fx，其中x = 1. 9 ;
步驟三，將步驟二所得的覆蓋有涂層的三元鎂合金合金在40(TC退火0. 5小時，可作為醫(yī)用植入合金，其體外降解速率如圖3所示。
權(quán)利要求
一種生物醫(yī)用鎂或其合金表面的氟取代磷灰石涂層，其特征在于，該涂層的組分的分子式如(1)或(2)所示(1)(Ca，M)10(PO4)6(OH)2-xFx，0＜x≤2；其中，M為以下離子組合中的一種或多種的混合Mg2+、Zn2+、Fe2+、H+、K+、Na+、Fe3+和Al3+；(2)(Ca，N)10(PO4)6-2y(CO3)3y(OH)2-zFz，0＜y≤3，0＜z≤2；其中，N為以下離子組合中的一種或多種的混合H+、K+、Na+、Mg2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+和Al3+。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物醫(yī)用鎂或其合金表面的氟取代磷灰石涂層，其特征是， 所述涂層的結(jié)晶形狀為針狀或棒狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物醫(yī)用鎂或其合金表面的氟取代磷灰石涂層，所述涂層的 厚度為0. 1微米 2毫米。
4. 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物醫(yī)用鎂或其合金表面的氟取代磷灰石涂層的制備 方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一，制備沉積液，1L沉積液的組分為:Ca2+為0. 002 lmol， P043-、 HP042-和 H2P04-共0. 001 0. 5mol，氟誘導劑為10_5 0. lmol，余量為純水； 其中，氟誘導劑為不含重金屬離子的氟無機鹽；步驟二，將生物醫(yī)用鎂或其合金浸沒于沉積液中，調(diào)節(jié)沉積液的pH為3. 0 7. 4，溫度 為30 90°C ，使得氟取代磷灰石涂層進行自發(fā)沉積； 步驟三，沉積完成之后，加熱，得氟取代磷灰石涂層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物醫(yī)用鎂或其合金表面的氟取代磷灰石涂層的制備方法， 其特征是，步驟一中，所述氟誘導劑為以下組合中的一種或多種氟化鈣、氟化鎂、氟化硅、 氟化鋁、氟化鈉、氟化鉀和氟化錫。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物醫(yī)用鎂或其合金表面的氟取代磷灰石涂層的制備方法， 其特征是，步驟三中，所述加熱，溫度為60 40(TC，時間0. 5 24小時。
全文摘要
一種醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域的生物醫(yī)用鎂或其合金表面的氟取代磷灰石涂層及制備方法；該涂層的組分為如下(1)或(2)的分子式所示(1)(Ca，M)10(PO4)6(OH)2-xFx，0＜x≤2；(2)(Ca，N)10(PO4)6-2y(CO3)3y(OH)2-zFz，0＜y≤3，0＜z≤2；所述涂層的制備方法，包括如下步驟制備沉積液；將醫(yī)用鎂或其合金浸沒于沉積液中，調(diào)節(jié)沉積液的pH為3.0～7.4，溫度為30～90℃，使得氟取代磷灰石涂層進行自發(fā)沉積；沉積完成之后，加熱，得氟取代磷灰石涂層。本發(fā)明的涂層克服了純羥基磷灰石植入材料脆性大、降解周期短的缺點，具有良好的熱穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性。
文檔編號A61L27/32GK101703797SQ200910310970
公開日2010年5月12日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者宋陽, 張小農(nóng), 張紹翔, 戎虎威, 李佳楠, 趙常利 申請人:上海交通大學