一種醫(yī)用鎂合金的表面改性方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物材料技術(shù)領(lǐng)域，特別適用于生物醫(yī)用材料的表面改性領(lǐng)域，具體為一種醫(yī)用鎂合金的表面改性方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在所有的醫(yī)用骨植入金屬生物材料中，鎂合金具有較高的比強(qiáng)度和比剛度，且其密度與人骨接近，彈性模量和屈服強(qiáng)度與人骨相差不大，因此能夠有效緩解應(yīng)力遮擋效應(yīng)。由于上述優(yōu)點(diǎn)，鎂合金作為潛在的理想生物移植材料受到廣泛關(guān)注。
[0003]但是在復(fù)雜的人體生理環(huán)境下，鎂合金極易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，尤其是在含氯離子的體液中，材料腐蝕更為嚴(yán)重。過(guò)快的降解速度不但使得鎂制品的力學(xué)性能在組織完全愈合之前就遭到破壞，而且其降解所產(chǎn)生的氫氣在植入體周?chē)e累致使皮下氣腫，阻礙了組織的愈合。同時(shí)，鎂合金在植入人體后，無(wú)法與骨組織形成良好的生物結(jié)合，上述缺點(diǎn)限制了鎂合金的臨床應(yīng)用。為了降低鎂合金的降解速率，提高材料的生物相容性能，需要對(duì)鎂合金進(jìn)行表面處理。
[0004]羥基磷灰石與人體骨組織的無(wú)機(jī)成分相同，并且具有良好的生物相容性和化學(xué)穩(wěn)定性，安全無(wú)毒，是典型的生物活性材料。更重要的是由于羥基磷灰石具有骨誘導(dǎo)作用，利于成骨細(xì)胞的分化，促使植入體與骨組織間形成直接的化學(xué)鍵結(jié)合，有利于植入體的早期穩(wěn)定，縮短術(shù)后的愈合期，同時(shí)還可以延緩合金在體液中的降解速率，因此常被用于骨移植材料的表面改性。羥基磷灰石涂層的制備方法很多，其中脈沖電沉積方法由于沉積效率高，所得涂層性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)獲得了廣泛的關(guān)注。但是采用上述方法所制備的涂層與鎂合金的結(jié)合強(qiáng)度低，容易產(chǎn)生開(kāi)裂或者剝落而導(dǎo)致失效。同時(shí)，鎂合金在植入人體后，表面的羥基磷灰石涂層在體液的作用下被慢慢降解，使得鎂合金在植入后期仍然面臨產(chǎn)生腐蝕過(guò)快的問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題，現(xiàn)急需一種改善和提高鎂合金材料使用性能的技術(shù)方案。
[0005]強(qiáng)流脈沖電子束技術(shù)是近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的一種材料表面處理工藝，該技術(shù)采用加速的電子束輻照材料表面，不但能夠細(xì)化材料的晶粒，而且能夠使材料中的第二相粒子溶解，進(jìn)而提高材料的耐腐蝕性能。同時(shí)，材料經(jīng)過(guò)輻照處理后可以在表層形成粗糙度可控的表面，不但能夠提高涂層與基體之間的結(jié)合力，而且材料表面均勻一致的粗糙度有利于誘導(dǎo)細(xì)胞的定向生長(zhǎng)，促進(jìn)傷口的愈合，提高材料的生物相容性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是要解決鎂合金基體與涂層之間結(jié)合力小、容易脫落，且在鎂合金植入后期降解速率過(guò)大的問(wèn)題，而提供一種醫(yī)用鎂合金的表面改性方法。
[0007]本發(fā)明醫(yī)用鎂合金的表面改性方法按下列步驟實(shí)現(xiàn):
[0008]一、使用金相砂紙對(duì)醫(yī)用鎂合金材料進(jìn)行打磨，然后置于無(wú)水乙醇中在室溫下超聲清洗4?6min，再使用去離子水在室溫下超聲清洗5?8min，取出后自然風(fēng)干，得到清洗后的醫(yī)用鎂合金材料；
[0009]二、將步驟一得到的清洗后的醫(yī)用鎂合金材料放入強(qiáng)流脈沖電子束裝置的真空室中，抽真空后向真空室內(nèi)通入氬氣，打開(kāi)電子槍?zhuān)刂齐娮訕尲铀匐妷簽?0?20kV，脈沖寬度2?5 μ s，輻照間隔時(shí)間10?15s，輻照次數(shù)為5?15次，得到帶有重熔層的醫(yī)用鎂合金材料；
[0010]三、將CaCO#P NH4H2PO4用蒸餾水溶解均勻，得到鈣磷溶液，然后通過(guò)氨水調(diào)節(jié)鈣磷溶液的PH = 3?5，得到鈣磷電解液，采用脈沖電沉積的方法在帶有重熔層的醫(yī)用鎂合金材料的表面制備羥基磷灰石涂層，完成醫(yī)用鎂合金表面的改性。
[0011]本發(fā)明首先采用強(qiáng)流脈沖電子束對(duì)醫(yī)用鎂合金基體表面進(jìn)行輻照，然后采用脈沖電沉積方法在表面沉積羥基磷灰石涂層，利用強(qiáng)流脈沖電子束輻照過(guò)程中產(chǎn)生的粗糙表面使羥基磷灰石涂層形成機(jī)械鎖合結(jié)構(gòu)，提高了涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度和生物相容性。
[0012]本發(fā)明醫(yī)用鎂合金的表面改性方法包含以下優(yōu)點(diǎn):
[0013]1、醫(yī)用鎂合金經(jīng)過(guò)強(qiáng)流脈沖電子束輻照處理后能夠在表面形成數(shù)量和深度可控的、均勻分布的火山口狀熔坑，增大了材料的表面粗糙度，不但使鎂合金基體和涂層之間的結(jié)合力由未輻照時(shí)的12MPa上升到22MPa，而且材料表面均勻一致的粗糙度有利于誘導(dǎo)細(xì)胞的定向生長(zhǎng)，具有更好的生物相容性。
[0014]2、采用傳統(tǒng)方法在醫(yī)用鎂合金表面制備的涂層與基體的結(jié)合僅僅是簡(jiǎn)單的物理粘附，在植入材料植入到生物體后，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，涂層會(huì)逐漸被降解、脫落，造成材料的生物活性降低，腐蝕速度加快。本發(fā)明在醫(yī)用鎂合金表面涂覆生物相容性涂層前首先進(jìn)行強(qiáng)流脈沖電子束輻照處理，在表面獲得了晶粒細(xì)小的重熔層，即使在生物涂層降解之后，其自腐蝕電位仍然維持在170mV，而未經(jīng)過(guò)強(qiáng)流脈沖電子束輻照處理的鎂合金，其自腐蝕電位只有-5mV左右。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是實(shí)施例一步驟二經(jīng)過(guò)強(qiáng)流脈沖電子束輻照粗糙度為0.4 μπι的帶有重熔層的醫(yī)用鎂合金材料表面形貌圖；
[0016]圖2是實(shí)施例三步驟二經(jīng)過(guò)強(qiáng)流脈沖電子束輻照粗糙度為0.8 μπι的帶有重熔層的醫(yī)用鎂合金材料表面形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式醫(yī)用鎂合金的表面改性方法按下列步驟實(shí)現(xiàn):
[0018]一、使用金相砂紙對(duì)醫(yī)用鎂合金材料進(jìn)行打磨，然后置于無(wú)水乙醇中在室溫下超聲清洗4?6min，再使用去離子水在室溫下超聲清洗5?8min，取出后自然風(fēng)干，得到清洗后的醫(yī)用鎂合金材料；
[0019]二、將步驟一得到的清洗后的醫(yī)用鎂合金材料放入強(qiáng)流脈沖電子束裝置的真空室中，抽真空后向真空室內(nèi)通入氬氣，打開(kāi)電子槍?zhuān)刂齐娮訕尲铀匐妷簽?0?20kV，脈沖寬度2?5 μ s，輻照間隔時(shí)間10?15s，輻照次數(shù)為5?15次，得到帶有重熔層的醫(yī)用鎂合金材料；
[0020]三、將CaCOjP NH4H2PO4用蒸餾水溶解均勻，得到鈣磷溶液，然后通過(guò)氨水調(diào)節(jié)鈣磷溶液的PH = 3?5，得到鈣磷電解液，采用脈沖電沉積的方法在帶有重熔層的醫(yī)用鎂合金材料的表面制備羥基磷灰石涂層，完成醫(yī)用鎂合金表面的改性。
[0021]本實(shí)施方式步驟二采用強(qiáng)流脈沖電子束進(jìn)行輻照處理，形成晶粒細(xì)小，粗糙度可控的表面結(jié)構(gòu)。然后羥基磷灰石涂層在醫(yī)用鎂合金材料表面均勻生長(zhǎng)，具有一定粗糙度的表面增強(qiáng)了醫(yī)用鎂合金和羥基磷灰石的結(jié)合強(qiáng)度，有利于促進(jìn)人體細(xì)胞的附著生長(zhǎng)。
[0022]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同是步驟一中依次選用320#、600#和1200#金相砂紙對(duì)醫(yī)用鎂合金材料進(jìn)行打磨。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0023]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同是步驟二抽真空至I X 1-3?5X10 -3Pa后向真空室內(nèi)通入氬氣，并使氣壓維持在0.04?0.06Pa。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0024]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同是步驟二控制電子槍加速電壓為15?20kV，脈沖寬度3?5 μ s，輻照間隔時(shí)間12?15s。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0025]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同是步驟二得到的帶有重熔層的醫(yī)用鎂合金材料的表面粗糙度范圍為0.4?0.8 μ m。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0026]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同是步驟二得到的帶有重熔層的醫(yī)用鎂合金材料的重熔層的厚度為4