專利名稱：醫(yī)用鎂合金表面植酸微弧陽(yáng)極氧化膜及聚乳酸涂層及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到ー種醫(yī)用鎂合金表面植酸陽(yáng)極氧化膜及聚乳酸涂層及エ藝。
背景技術(shù)：
骨修復(fù)和心血管支架材料具有巨大的市場(chǎng)需求。據(jù)估計(jì)，我國(guó)接受骨缺損修復(fù)治療的病人毎年多達(dá)數(shù)百萬(wàn)例。我國(guó)在40歲以上的人口中，冠心病發(fā)病率達(dá)4-7%，需要接受心血管手術(shù)的病人超過400萬(wàn)人。醫(yī)用鎂合金具有良好的生物相容性和生物可降解性；是人體內(nèi)僅次于鉀、鈉、鈣的細(xì)胞內(nèi)正離子，參與蛋白質(zhì)合成，能激活體內(nèi)多種酶，調(diào)節(jié)神經(jīng)肌肉和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)，保障心肌正常收縮。鎂幾乎參與人體內(nèi)所有新陳代謝過程。金屬鎂可以促進(jìn)骨細(xì)胞的形成，加速骨的愈合。因此，鎂合金作為新一代醫(yī)用植入材料具有廣泛的發(fā)展前景。然而，醫(yī)用鎂合金過快的腐蝕降解速度嚴(yán)重制約著其推廣應(yīng)用，是亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。鎂合金作為骨植入材料在動(dòng)物體內(nèi)僅存在較短時(shí)間(2 3個(gè)月)就會(huì)降解消失，不能滿足骨骼生長(zhǎng)對(duì)力學(xué)性能的要求。醫(yī)用鎂合金表面改性可提高鎂合金在人體體液中的耐蝕性能，減緩體內(nèi)降解速率，并使材料具備優(yōu)良的生物相容性。與HA或Ca-P涂層比較，陽(yáng)極氧化膜的結(jié)合力和耐蝕性能均優(yōu)于Ca-P涂層。鎂合金陽(yáng)極氧化膜還具有良好的生物相容性研究表明。陽(yáng)極氧化膜對(duì)成骨細(xì)胞的增值和成骨活性無(wú)毒性作用。鎂合金AZ31B(3wt. %Al，lwt. %Zn)陽(yáng)極氧化膜浸提液的微核率為O. 44%，與生理鹽水陰性對(duì)照組無(wú)顯著差異，且低于O. 5%的國(guó)際藥典陽(yáng)性標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)致突變反應(yīng)，溶血率為4. 3%。AZ31B有、無(wú)陽(yáng)極氧化膜的成骨細(xì)胞合成堿性磷酸酶(ALP)的活性與正常組無(wú)顯著性差異。鄭玉峰教授的工作也表明，Mg-Ca合金在氫氧化鈉和硅酸鈉溶液中獲得的微弧陽(yáng)極氧化膜具有較好的生物相容性。植酸(C6H18O24P6)是從糧食等作物中提取的天然無(wú)毒有機(jī)磷酸化合物，易溶于水，具有良好導(dǎo)電性，可迅速與Mg2+，Ca2+等金屬離子結(jié)合形成植酸鹽沉淀。植酸具有很多生理活性和保健功能，以植酸鈣鎂鉀鹽的形式廣泛存在于植物種子內(nèi)，也存在于動(dòng)物有核紅細(xì)胞內(nèi)，可促進(jìn)氧合血紅蛋白中氧的釋放，改善血紅細(xì)胞功能，延長(zhǎng)血紅細(xì)胞的生存期。植酸不僅具有對(duì)金屬的緩蝕作用，還具有重要的醫(yī)用價(jià)值一、螯合作用。植酸在一定pH值范圍內(nèi)能迅速與金屬離子絡(luò)合，形成螯合物。與金屬離子迅速形成絡(luò)合物覆蓋在金屬表面減緩金屬的腐蝕；ニ、植酸與蛋白質(zhì)結(jié)合。在pH值較低時(shí)，植酸與蛋白質(zhì)結(jié)合抑制蛋白質(zhì)的水解；三、抗氧化作用。植酸作為天然無(wú)毒的抗氧化劑，對(duì)于改善羥基造成的心肌缺血有一定的治療作用；四、抗血小板活性。植酸可有效地降低平滑肌對(duì)ATP釋放的感應(yīng)，它對(duì)于降低心血管疾病的發(fā)生有一定的作用；五、抗癌活性。植酸可以抑制乳腺癌細(xì)胞和胃癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，王路等研究了植酸對(duì)胃癌細(xì)胞惡性增值的抑制作用。結(jié)果顯示，植酸對(duì)人胃癌(SGC-7901)細(xì)胞具有生長(zhǎng)抑制作用。六、植酸亦可延緩衰老。趙永煥等研究了植酸對(duì)衰老模型小鼠MDA、SOD和GSH-PX的影響。研究表明，植酸在體內(nèi)具有顯著的延緩衰老和抗氧化作用，且抗氧化活性高于維生素C。研究業(yè)已表明，鎂合金植酸陽(yáng)極氧化膜顯著提高鎂合金的耐蝕性。張榮發(fā)的研究表明，植酸微弧陽(yáng)極氧化膜比硅酸鹽微弧陽(yáng)極氧化膜的耐蝕性提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。鎂合金及其氧化膜在人體環(huán)境中的腐蝕降解機(jī)理為
Mg+2H20 — Mg (OH) 2+H2 (I)Mg0+H20 — Mg (OH) 2 (2)由此可見，鎂合金及其氧化膜的腐蝕導(dǎo)致局部環(huán)境呈現(xiàn)堿性。研究表明，pH值可高達(dá)11左右。溶液PH值的快速升高，將對(duì)成骨組織產(chǎn)生重要影響。一般來看，単一涂層的功能性難于滿足人體復(fù)雜環(huán)境的要求。如果尋找到ー種在降解過程中能中和堿性的涂層，則可減低PH的變化對(duì)細(xì)胞組織的不良影響。當(dāng)pH < 7或pH > 10吋，紅細(xì)胞會(huì)被嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致溶血現(xiàn)象，井隨pH值的增加，溶血率増大。醫(yī)用聚乳酸(PLA)可在人體內(nèi)降解，最終產(chǎn)物為ニ氧化碳和水，參與人體代謝循環(huán)排出，具有較好的生物相容性。采用浸涂法、提拉法在鎂合金表面獲得致密的PLA和PLGA (聚乳酸-羥基こ酸共聚物)涂層能有效地提高鎂合金的耐蝕性。但醫(yī)用PLA或PLGA的酸性降解產(chǎn)物會(huì)降低組織周圍的PH值，對(duì)人體產(chǎn)生ー種非炎癥性抗宿主反應(yīng)，加之其親水性和機(jī)械強(qiáng)度較低，對(duì)組織和細(xì)胞的黏附生長(zhǎng)將產(chǎn)生一定影響。楊柯教授課題組的研究表明，鎂合金AZ31在血漿中浸泡I個(gè)月，pH值在9. 82-11. I范圍內(nèi)變化；而帶有聚PLA-PTMC (三亞甲基碳酸酯)涂層的AZ31的pH值降低到8. 5-9. I。顯然，鎂合金表面植酸陽(yáng)極氧化膜與聚乳酸復(fù)合涂層將具有更為優(yōu)良的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用植酸的生物學(xué)特性、陽(yáng)極氧化膜和聚乳酸良好的生物相容性，通過微弧陽(yáng)極氧化技術(shù)和熱致相分離技術(shù)，在鎂合金表面制備具有微米級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極氧化膜和微觀形貌呈納米纖維網(wǎng)絡(luò)形態(tài)的聚合物層復(fù)合膜層(見圖I)，提高膜層與基體的結(jié)合力以及膜層與細(xì)胞和蛋白質(zhì)黏附的接觸面積；利用鎂合金基體及氧化膜腐蝕降解時(shí)堿化、聚乳酸酸化的特點(diǎn)，以調(diào)控鎂合金的腐蝕降解速率和周圍溶液的PH值，并且使涂層具有一定耐磨、耐蝕和生理活性等功能，滿足醫(yī)用鎂合金使用壽命的需要。本發(fā)明的鎂合金表面植酸陽(yáng)極氧化膜與聚乳酸復(fù)合涂層エ藝為(a)微弧陽(yáng)極氧化工藝電解液組成8 12g/L NaOH, (0-30) g/L植酸(C6H18O24P6)(純度> 70% )，溶劑為水；電壓350-390V ;頻率1000_3000Hz ;電流密度30-60mA/cm2 ;占空比15-25% ;時(shí)間3 5min。(b)聚乳酸膜制備エ藝(I)在50_60°C將左旋聚乳酸(PLLA)溶于四氫呋喃(THF)形成6-12%的聚合物溶液；(2)在200-2000rpm的轉(zhuǎn)速下將聚合物溶液旋轉(zhuǎn)涂覆在鎂合金陽(yáng)極氧化膜表面；⑶降溫至_40°C，待聚合物溶液充分凝膠化后，用4°C水將THF充分置換后，于液氮中淬火，隨后冷凍干燥，最后形成多孔的、納米纖維堆積而成的聚合物薄膜。
用本發(fā)明的所述的植酸陽(yáng)極氧化溶液進(jìn)行鎂合金表面陽(yáng)極氧化處理的エ藝方法，其エ藝流程為堿洗脫脂一水洗一酸性活化一水洗一烘干；該エ藝的具體步驟為將經(jīng)過預(yù)處理后的鎂合金器件浸潰于上述鎂合金氧化溶液中進(jìn)行氧化處理，其工作溫度室溫，時(shí)間為3 5分鐘。采用本發(fā)明的陽(yáng)極氧化處理工藝及聚乳酸復(fù)合涂層エ藝，醫(yī)用鎂合金器件在氫氧化鈉、植酸組成的氧化溶液中微弧氧化處理，在其表面可獲得結(jié)合力良好、孔隙均勻細(xì)小，耐蝕性良好的氧化膜。然后將聚乳酸聚合物溶液旋涂在氧化膜表面，這種復(fù)合膜質(zhì)量穩(wěn)定、附著力強(qiáng)、生物相容性好，能夠有效提高醫(yī)用鎂合金的抗腐蝕性。本發(fā)明的轉(zhuǎn)化工藝操作簡(jiǎn)單易控制，成本較低。


圖I為本發(fā)明實(shí)施案例的植酸氧化膜與聚乳酸復(fù)合膜結(jié)構(gòu)圖。圖中，I-鎂合金基體，2-植酸陽(yáng)極氧化膜，3-聚乳酸膜。圖2為本發(fā)明實(shí)施案例的植酸微弧陽(yáng)極氧化膜SEM照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I首先，將鎂合金表面進(jìn)行預(yù)處理，然后微弧陽(yáng)極氧化，最后制備聚乳酸涂層，整個(gè)エ藝過程為堿洗脫脂一水洗一酸洗一水洗一烘干一微弧陽(yáng)極氧化一聚乳酸制備圖2表示Mg-0. 79Ca合金在8g/L NaOH, 15g/L植酸(C6H18O24P6)溶液中陽(yáng)極氧 化獲得植酸陽(yáng)極氧化膜。與采用18g/LNa2Si03和8g/L NaOH溶液微弧氧化工藝在擠壓態(tài)Mg-0. 79Ca合金表面制得的陽(yáng)極氧化膜比較，植酸氧化膜膜耐蝕性高ー個(gè)數(shù)量級(jí)。實(shí)施例2在60°C將左旋聚乳酸(PLLA)溶于四氫呋喃(THF)形成10%的聚合物溶液；在200-2000rpm的轉(zhuǎn)速下將聚合物溶液旋轉(zhuǎn)涂覆在Mg-0. 79Ca陽(yáng)極氧化膜表面；降溫至-40°C，待聚合物溶液充分凝膠化后，用4°C水將THF充分置換后，于液氮中淬火，隨后冷凍干燥，最后形成多孔的、納米纖維堆積而成的聚合物薄膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的創(chuàng)新主要是利用微弧陽(yáng)極氧化技術(shù)和熱致相分離技術(shù)，在鎂合金表面制備了具有良好生物相容性的植酸陽(yáng)極氧化膜和多孔的、納米纖維網(wǎng)絡(luò)形態(tài)的聚乳酸聚合物薄膜復(fù)合涂層。該復(fù)合涂層可調(diào)控鎂合金的腐蝕降解速率和周圍溶液的pH值，并且使涂層具有一定耐磨、耐蝕和生物相容性。
權(quán)利要求
1.ー種醫(yī)用鎂合金表面植酸微弧陽(yáng)極氧化膜及聚乳酸涂層，其特征在于，在鎂合金基體(I)表面設(shè)置植酸陽(yáng)極氧化膜(2)，在氧化膜(2)上設(shè)置聚乳酸涂層(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的醫(yī)用鎂合金表面植酸微弧陽(yáng)極氧化膜及聚乳酸涂層，其特征在于，該エ藝用鎂合金基體為Mg-Zn、Mg-Mn、Mg-Ca、Mg-Li系合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的醫(yī)用鎂合金表面植酸微弧陽(yáng)極氧化膜及聚乳酸涂層，其特征在于，該エ藝采用的鎂合金表面植酸微弧陽(yáng)極氧化溶液是由以下成分組成的水溶液，即每升該溶液中含有氫氧化鈉8 12克、植酸6 30克。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的醫(yī)用鎂合金表面植酸微弧陽(yáng)極氧化膜及聚乳酸涂層，其特征在干，該微弧陽(yáng)極氧化膜為植酸氧化膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的醫(yī)用鎂合金表面植酸微弧陽(yáng)極氧化膜及聚乳酸涂層，其特征在于，聚乳酸聚合物涂覆在鎂合金植酸微弧陽(yáng)極氧化膜表面上。
6.ー種醫(yī)用鎂合金表面植酸微弧陽(yáng)極氧化膜及聚乳酸涂層エ藝，其エ藝流程為堿洗脫脂一水洗一酸性活化一水洗一烘干一微弧陽(yáng)極氧化處理一聚乳酸涂覆。該エ藝的具體步驟為，首先，將經(jīng)過預(yù)處理的鎂合金置于上述鎂合金植酸陽(yáng)極氧化處理液中進(jìn)行微弧陽(yáng)極氧化處理，エ藝參數(shù)為電壓350-390V ;頻率1000-3000Hz ;電流密度30-60mA/cm2 ;占空比15-25% ;時(shí)間3 5min。然后，進(jìn)行聚乳酸膜層制備，其エ藝為(I)在50_60°C將左旋聚乳酸(PLLA)溶于四氫呋喃(THF)形成6-12%的聚合物溶液；(2)在200-2000rpm的轉(zhuǎn)速下將聚合物溶液旋轉(zhuǎn)涂覆在Mg合金陽(yáng)極氧化膜表面；(3)降溫至-40°C，待聚合物溶液充分凝膠化后，用4°C水將THF充分置換后，于液氮中淬火，隨后冷凍干燥。
全文摘要
本發(fā)明屬于醫(yī)用鎂合金表面防腐技術(shù)，涉及一種植酸微弧陽(yáng)極氧化膜及聚乳酸涂層與工藝。利用微弧陽(yáng)極氧化技術(shù)和熱致相分離技術(shù)，在鎂合金表面制備了植酸陽(yáng)極氧化膜和納米纖維網(wǎng)絡(luò)形態(tài)的聚乳酸涂層。所述鎂合金表面植酸微弧氧化溶液是由以下成分組成的水溶液，即每升溶液中含有氫氧化鈉8～12克、植酸0～30克；工藝參數(shù)為，電壓350-390V；頻率1000-3000Hz；電流密度30-60mA/cm2；占空比15-25％；時(shí)間3～5min。聚乳酸膜制備工藝為(1)將聚乳酸溶于四氫呋喃形成聚合物溶液；(2)將此溶液旋轉(zhuǎn)涂覆在氧化膜表面；(3)冷凍干燥。該植酸微弧陽(yáng)極氧化膜及聚乳酸復(fù)合涂層可調(diào)控鎂合金的腐蝕降解速率和周圍溶液的pH值，并且使涂層具有良好的耐磨、耐蝕和生物相容性。
文檔編號(hào)A61L31/08GK102671241SQ20121018470
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者崔洪芝, 曾榮昌, 楊永欣, 谷向民, 靳濤 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)