本發(fā)明涉及一種生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種可降解鎂合金與可降解聚合物復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
骨科植入材料目前已成為骨移植、骨缺損的填充和修復(fù)手術(shù)所不可缺少的材料，不銹鋼、鈷鉻合金及鈦合金是目前使用最廣泛的人體骨組織替代材料，這些金屬材料強度高、易于保存、加工工藝成熟，容易加工成各種形狀以適應(yīng)骨的外形輪廓。研究表明，生物材料的彈性模量對于骨植入至關(guān)重要。由于這些金屬植入材料與人骨頭在彈性模量方面存在較大差異，即其彈性模量(110～220GPa)與人骨頭的模量(10～40GPa)不匹配，因此生物材料與人骨力學(xué)性能的不匹配會導(dǎo)致“應(yīng)力屏蔽”現(xiàn)象，長期使用時可能引起骨質(zhì)疏松或植入體的提前失效。此外，作為短期植入材料如骨固定材料，由于這些金屬材料在人體內(nèi)無法降解，當(dāng)骨組織愈合后，需要通過二次手術(shù)取出，因此增加了患者痛苦及醫(yī)療費用負(fù)擔(dān)。為了解決這一問題，需要獲得低彈性模量的醫(yī)用金屬材料，實體材料的多孔化可以顯著降低材料的彈性模量，達(dá)到與人骨頭在彈性模量上的匹配。
多孔鈦或鈦合金在彈性模量方面與人骨頭很接近，力學(xué)性能可調(diào)，具有較好的骨科應(yīng)用潛力，但是由于其彈性模量和強度較低，無法滿足對力學(xué)性能要求高的骨植入需要，但主要是通過改變鈦絲直徑和孔隙率來調(diào)節(jié)復(fù)合材料的強度，繞制成大孔徑和大孔隙率的骨架時，其強度低，導(dǎo)致其制成的復(fù)合材料強度有限。
目前臨床使用的可降解聚合物力學(xué)性能低，只能適用于松質(zhì)骨和非承載骨的骨折或切骨術(shù)中的內(nèi)固定，還不能滿足人體皮質(zhì)骨或完全負(fù)重骨固定的臨床需要，因此應(yīng)用范圍窄。
針對上述材料及臨床應(yīng)用存在的問題，我們在大量研究工作的基礎(chǔ)上，制備出了可降解鎂合金與可降解聚合物的復(fù)合材料料。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種可降解鎂合金與可降解聚合物復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種可降解鎂合金與可降解聚合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
1)將可降解金屬鎂或鎂合金作為金屬基板，并對可降解鎂或鎂合金的金屬基板進(jìn)行處理，使可降解金屬鎂或鎂合金的金屬基板上布滿不同形狀和孔隙率的三維貫通的孔隙；
2)將布滿三維貫穿的孔隙的金屬基板放入封閉的模具中，在溫度為80～250℃條件下將熔融的可降解聚合物壓入可降解鎂或鎂合金的三維貫穿的孔隙中；
3)、在溫度為80～250℃，壓力為10～150MPa的條件下保持0.3～15分鐘，脫模冷卻后，切除鎂或鎂合金的金屬基板孔隙外的殘留的聚合物，得到可降解鎂或鎂合金與可降解聚合物的復(fù)合材料。
所述的可降解鎂或鎂合金與可降解聚合物的復(fù)合材料的壓縮強度為80～250MPa，彈性模量10～40GPa，并且該復(fù)合材料在人體體液腐蝕下隨著骨組織的康復(fù)逐步降解，最終被人體吸收并排除體外，不需要二次手術(shù)取出。
上述技術(shù)方案中，步驟2)中可降解聚合物為聚乳酸(PLA)、左旋聚乳酸(PLLA)、聚羥基乙酸(PGA)、聚已內(nèi)脂(PCL)、聚乳酸共聚物(PLGA)、聚對二氧環(huán)已酮(PDO)中的任意一種或幾種的混合。
所述可降解金屬鎂或鎂合金的金屬基板的孔徑為0.2～5mm，孔隙率為21％～70％。
上述技術(shù)方案中，步驟1)中，通過激光打孔或3D打印成孔或數(shù)控鉆孔的方式對金屬基板進(jìn)行處理，得到充滿三維貫通的孔隙的金屬基板。
本發(fā)明的有益效果為：
1、以力學(xué)性能較高的可降解金屬鎂或鎂合金作為基體材料，且可降解鎂或鎂合金與可降解聚合物之間通過交叉貫通的三維孔網(wǎng)結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合在一起，二者之間的結(jié)合力較強，因此其整體力學(xué)性能遠(yuǎn)高于單一的可降解聚合物，可滿足人體皮質(zhì)骨或完全負(fù)重骨固定的臨床需要；
2、由于鎂及鎂合金與聚合物各自降解速度不同，在人體體液腐蝕環(huán)境下醫(yī)用鎂或鎂合金實現(xiàn)降解、析出鎂離子，能夠促進(jìn)鈣的沉積和骨細(xì)胞的形成、加速骨的愈合，增加了生物活性，通過聚合物滿足皮質(zhì)骨或完全負(fù)重骨固定的臨床需要，最終被人體吸收并排除體外，不需要二次手術(shù)取出；
3、復(fù)合材料在降解過程中還能夠自動形成多孔組織，有利于新骨組織的長入和骨細(xì)胞的增值繁衍，縮短骨組織的康復(fù)時間；
4、在制作過程中不使用任何粘接劑或有機溶劑等輔助材料，復(fù)合材料保持了固有的良好生物相容性，通過3D打印等方式對金屬基板進(jìn)行處理，使得金屬基板上的三維貫穿的孔隙率及形狀準(zhǔn)確控制，從而進(jìn)一步提高了復(fù)合材料的強度。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的布滿三維貫穿的孔隙的金屬基板的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面對結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步說明：
如圖1所示，通過激光打孔或3D打印成孔或數(shù)控鉆孔的方式使可降解鎂或鎂合金金屬基板上充滿三維貫穿的孔隙，其孔隙大小和空間構(gòu)型可根據(jù)需求可調(diào)，調(diào)節(jié)方式簡單，孔隙大小準(zhǔn)確，通過擠出或注塑或模壓方式將聚合物壓入孔隙中，從而準(zhǔn)確控制復(fù)合材料的強度，以滿足各類骨植入的要求。
實施例1
一種可降解鎂合金與可降解聚合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
1)、將可降解金屬鎂作為金屬基板，并對可降解金屬鎂進(jìn)行3D打孔處理，使可降解金屬鎂金屬基板上布滿孔徑為0.3mm、孔隙率為35％的三維貫通的孔隙；
2)、將布滿了三維貫穿的孔隙的金屬基板放入封閉的注塑模具中，在溫度為180℃條件下將熔融的可降解聚合物聚乳酸(PLA)通過注塑方式壓入可降解鎂的金屬基板的三維貫穿的孔隙中；
3)、在溫度為180℃，壓力為20MPa的條件下放置3～10分鐘，脫模冷卻后，切除金屬鎂基板孔外的聚乳酸(PLA)，得到可降解金屬鎂與可降解聚合物的復(fù)合材料。
本實施例得到的可降解金屬鎂與可降解聚合物的復(fù)合材料的壓縮強度可達(dá)100MPa、彈性模量25GPa。
實施例2
一種可降解鎂合金與可降解高聚物的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
1)、將可降解鎂合金Mg-0.5Zr-1Ca作為金屬基板，并對可降解鎂合金進(jìn)行處理，使可降解鎂合金的金屬基板上布滿孔徑為0.35mm、孔隙率為45％的三維貫通的孔隙；
2)、將布滿了三維貫穿的孔隙的可降解鎂合金Mg-0.5Zr-1Ca的金屬基板放入封閉的注塑模具中，在溫度為240℃條件下將熔融的可降解聚合物聚羥基乙酸(PGA)通過擠壓方式壓入可降解鎂合金Mg-0.5Zr-1Ca的金屬基板的三維貫穿的孔隙中；
3)、在溫度為240℃，壓力為20MPa的條件下放置3～10分鐘，脫模冷卻后，切除鎂合金基板孔外的聚合物聚羥基乙酸(PGA)，得到可降解鎂合金與可降解聚合物的復(fù)合材料。
本實施例得到的可降解鎂合金與可降解聚合物的復(fù)合材料的壓縮強度為130MPa、彈性模量為30GPa。
實施例3
一種可降解鎂合金與可降解聚合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
1)、將可降解鎂合金Mg-1Mn-2Zn-1Nd合金作為金屬基板，并對可降解鎂合金進(jìn)行3D打孔處理，使可降解鎂合金的金屬基板上布滿孔徑為0.2mm、孔隙率為21％的三維貫通的孔隙；
2)、將布滿了三維貫穿的孔隙的金屬基板放入封閉的注射模具中，在溫度為200℃條件下將熔融的可降解聚合物左旋聚乳酸(PLLA)，通過注射方式壓入可降解鎂合金的三維貫穿的孔隙中；
3)、在溫度為200℃，100MPa壓力為的條件下放置0.3～1分鐘，脫模冷卻后，切除鎂合金基板孔外的聚合物左旋聚乳酸(PLLA)，得到可降解鎂合金與可降解聚合物的復(fù)合材料。
本實施例得到的可降解鎂合金與可降解聚合物的復(fù)合材料的壓縮強度為220MPa、彈性模量為40GPa。
實施例4
一種可降解鎂合金與可降解高聚物的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
1)、將可降解鎂合金作為金屬基板，并對可降解鎂合金進(jìn)行處理，使可降解鎂合金的金屬基板上布滿孔徑為0.5mm、孔隙率為55％的三維貫通的孔隙；
2)、將布滿了三維貫穿的孔隙的金屬基板放入封閉的注塑模具中，在溫度為80℃條件下將熔融的可降解聚合物聚乳酸共聚物(PLGA)，通過注塑方式壓入可降解鎂合金的三維貫穿的孔隙中；
3)、在溫度為80℃，壓力為10MPa的條件下放置3～10分鐘，脫模冷卻后，切除金屬基板孔外的多余聚合物，就形成所述可降解鎂合金與可降解聚合物的復(fù)合材料。
本實施例得到的可降解鎂合金與可降解聚合物的復(fù)合材料的壓縮強度為85MPa、彈性模量為10GPa。
上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理和最佳實施例，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。