一种医用植入材料用镁-锶涂层及其制备方法技术

为了提高现有骨植入材料的骨整合能力，本发明专利技术提供了一种医用植入材料用镁‑锶涂层及其制备方法，采用多弧离子镀技术，在钛、钛合金、不锈钢、高分子材料实体或多孔材料上制备金属镁‑锶涂层，该涂层的厚度为0.1‑200μm，涂层中锶元素的质量百分比为：0％＜Sr≤10％。本发明专利技术能够解决现有植入材料组织相容性欠佳的问题，该方法所得涂层具极佳的生物相容性和骨生物活性。

A Magnesium-Strontium Coating for Medical Implantation Materials and Its Preparation Method

In order to improve the osseointegration ability of existing bone implant materials, the present invention provides a magnesium strontium coating for medical implant materials and its preparation method. The magnesium strontium coating is prepared on titanium, titanium alloy, stainless steel, macromolecule material or porous material by multi-arc ion plating technology. The thickness of the coating is 0.1 200 um, and the mass percentage of strontium in the coating is 0%. Sr < 10%. The invention can solve the problem of poor tissue compatibility of existing implant materials, and the coating obtained by the method has excellent biocompatibility and bone bioactivity.

【技术实现步骤摘要】
一种医用植入材料用镁-锶涂层及其制备方法
本专利技术属于医用材料领域，特别涉及齿科植入物、关节置换和人体组织缺损的填充材料及植入材料抗菌
；具体为在植入物表面涂覆的镁-锶涂层材料及其制备方法。
技术介绍
由于植入假体松动和磨蚀引发的不良细胞反应使人工关节等植入体的骨整合能力差，只有10-15年的寿命，不能满足长期使用要求。金属材料一直以来被认为具有生物稳定性，虽然人们对其表面进行了各种表面改性的工作以提高金属材料的生物相容性及生物活性，但是骨细胞的粘附生长仍不理想。而金属镁(Mg)，因为其具有较高的负电极电位，与水发生化学反应而降解，被人体吸收及代谢。同时，镁具有生物活性，可诱导细胞分化、生长和血管的长入，其作为植入器件植入生物体后，骨细胞向镁降解而减少的空间增殖、繁殖，随着镁逐步降解，形成新的具有原来特殊功能和形态的相应组织和器官，达到修复创伤和重建功能的目的。此外，由于镁降解而形成的碱性环境能达到抑制细菌生长的目的。镁由于其力学性能的限制只能用于非承力的部位，如手指、脚趾等。目前德国Syntellix公司制造的MAGNEZIX镁合金压缩螺钉通过了CE认证，韩国U&I公司制造的镁合金螺钉也通过了KFDA的批准，用于指关节的骨折固定。国内的中国科学院金属研究所等，正在与东莞宜安、江苏创生等医疗器械厂商进行镁合金产品申报。然而，上述产品均以实体块材形式应用，且用于非承力部位。目前未见将镁基材料以薄膜的形式复合于现有医用植入材料表面的相关报道，镁基材料以薄膜形式可应用于需承力部位，如人工关节等，这种新的使用形式将在医用植入材料领域发挥重要作用。金属锶(Sr)是人体骨中必须的元素之一，骨中锶含量约为骨质量的0.01％。在新骨形成初期，锶离子的浓度较高，随着骨基质的成熟，锶离子才逐渐被钙离子替代，锶元素能促进骨的形成，增加骨的强度，影响骨的再生能力，抑制骨吸收的同时刺激新骨的形成，因此锶对骨骼系统具有重要作用。
技术实现思路
为了提高现有骨植入材料的骨整合能力，本专利技术提供了一种医用植入材料用镁-锶涂层及其制备方法，采用多弧离子镀蒸镀技术，在钛、钛合金、不锈钢、高分子材料制备的实体及多孔结构基体表面制备镁-锶涂层，以解决现有植入材料组织相容性欠佳的问题，该方法所得涂层具极佳的生物相容性和骨生物活性。本专利技术的技术方案如下：一种医用植入材料用镁-锶涂层，其特征在于：镁-锶涂层的厚度为0.1-200μm，涂层中锶元素的质量百分比为：0％＜Sr≤10％(优选3％＜Sr≤6％)。其中，所用基体为实体或多孔结构，采用钛、钛合金、不锈钢或高分子材料制成。所用实体基体优选为医用材料；所用多孔结构基体的孔隙率≧80％，孔径为200μm-5mm。本专利技术所述材料特别适用于医用植入材料上，突破了镁基材料由于力学性能的不足而只能用于非承力部位的限制，将镁基材料涂覆于人工关节等材料表面，将镁基材料的应用领域拓展到需承力部位。作为优选的技术方案，本专利技术所述涂层中还可引入金属银、锌及铜元素之一种或多种，其质量百分比为0％＜Ag≤10％，0％＜Zn≤3％，0％＜Cu≤2％，以提高其抗菌性能。本专利技术还提供了所述镁-锶涂层的制备方法，其特征在于：采用多弧离子镀技术将镁锶合金激发为离子，并沉积在基体表面形成涂层。本专利技术所述述镁-锶涂层的制备方法，其特征在于：所述镁锶合金原料为熔化浇铸获得，镁原料为纯度≧99.99％纯镁块材，锶原料为纯度≧99.99％纯锶颗粒。作为优选的工艺，偏压为40-120V，弧流为20-90A，占空比为20％-60％，工作气压为1×10-2-10Pa，轴向磁场为0-100mT。本专利技术制备镁-锶涂层的具体步骤如下：(1)、合金靶的制备：采用纯度为99.99％的镁和锶纯金属进行熔炼，得到合金锭，然后按照多弧离子镀设备所要求的靶材尺寸加工成阴极靶；(2)、将基体依次用去离子水、无水乙醇超声清洗后，干燥氮气吹干送入沉积室；(3)、抽极限真空至10-5Pa，后充入氩气，镀膜室真空度达到1.8×10-1-2.5×10-1Pa，开启弧源，离子轰击清洗5-10分钟，然后在设定条件下进行涂层制备。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术提出一种医用植入材料用镁-锶涂层，金属镁具有良好的生物相容性。镁与体液发生化学反应而降解，降解产物可随人体代谢排出体外。镁还具骨诱导、促血管化以及镁降解的碱性环境具有抗菌等多重生物功能性。金属锶能促进骨的形成，增加骨的强度，抑制骨吸收的同时刺激新骨的形成，对骨骼系统具有重要作用。在植入器件表面制备镁-锶涂层将发挥抗菌、促愈合及促组织生长的多重生物功能。2、本专利技术提出的制备涂层的方法，可在多种骨科植入材料表面涂覆一定厚度的镁-锶涂层，适用于多种表面，不需要对材料表面进行特殊处理，适用范围广。3、本专利技术解决了镁基材料只能用于非承力部位的问题，将镁基材料的应用领域扩展到承力部位，提升了镁基材料应用的可能性。附图说明图1为实施例1中沉积设备示意图。1、沉积室；2、供气系统；3、真空系统；4、靶材；5、基体；6、冷却系统。具体实施方式如图1所示，本专利技术方法所用的多弧离子镀设备的主体部分为沉积室，附属系统包括：真空系统、供电系统和供气系统。将沉积基体放在图中基体5的位置，将镁锶合金靶材放在靶材4的位置。在特定的真空条件及工作条件下，将镁锶合金靶材离子化，在电场及磁场的作用下，金属离子到达基体并沉积形成涂层。实施例1将钛合金(Ti-6Al-4V)原片置入沉积室炉体1中的基体5位置，将镁锶合金靶放在靶材4位置，Sr含量为1％，抽极限真空(10-5Pa)后，氩气反复清洗整个系统3次，以确保氧气含量降到最低。设定偏压为40V，弧流20A，占空比20％，工作气压为1×10-2Pa，沉积时间30min，沉积金属镁-锶层的厚度为1μm。为确定涂层的促成骨作用，进行了碱性磷酸酶(ALP)实验，培养1天，4天及7天后，涂层组颜色比基体组的更深，说明涂层组碱性磷酸酶的活性高于基体组，表明涂层具有促成骨作用。实施例2将多孔钛合金(Ti-6Al-4V)原片置入沉积室炉体1中的基体5位置，将镁锶合金靶放在靶材4位置，Sr含量为2％，抽极限真空(10-5Pa)后，氩气反复清洗整个系统3次，以确保氧气含量降到最低。设定偏压为50V，弧流30A，占空比30％，工作气压为1×10-2Pa，沉积时间1h，沉积金属镁-锶层的厚度为3μm。由于基体直接放置在基体托表面，因此与基体托接触的基体底部不能沉积涂层，可将基体翻转，将底部向上，再次沉积，将涂层完全覆盖于基体表面。也可使用金属丝将多孔基体悬挂起来，尽量减少多孔基体与工装的接触面积，这样单次即可将涂层完全覆盖于基体表面。实施例3将平面纯钛基体置入沉积室炉体1中的基体5位置，将镁锶合金靶放在靶材4位置，Sr含量为3％，抽极限真空(10-5Pa)后，氩气反复清洗整个系统3次，以确保氧气含量降到最低。设定偏压为55V，弧流45A，占空比40％，工作气压为1×10-1Pa，沉积时间1h，沉积金属镁-锶层的厚度为5μm。经过X射线衍射分析，以及扫描电镜能谱分析，确定涂层为镁锶，由于锶含量较少，X射线图谱仅可显示出金属镁的衍射信息。实施例4将平面316L不锈钢薄片置入沉积室炉体1中的基体5位置，将镁锶合金靶放在靶材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种医用植入材料用镁‑锶涂层，其特征在于：镁‑锶涂层的厚度为0.1‑200μm，涂层中锶元素的质量百分比为：0％＜Sr≤10％。

【技术特征摘要】
1.一种医用植入材料用镁-锶涂层，其特征在于：镁-锶涂层的厚度为0.1-200μm，涂层中锶元素的质量百分比为：0％＜Sr≤10％。2.按照权利要求1所述镁-锶涂层，其特征在于：涂层中锶元素的质量百分比为：3％＜Sr≤6％。3.按照权利要求1或2所述镁-锶涂层，其特征在于：所用基体为实体或多孔结构，采用钛、钛合金、不锈钢或高分子材料制成。4.按照权利要求3所述镁-锶涂层，其特征在于：所用实体基体为医用材料；所用多孔结构基体的孔隙率≧80％，孔径为200μm-5mm。5.按照权利要求1或2所述镁-锶涂层，其特征在于：所述涂层中引入金属银、锌及铜元素之一种或多种，其质量百分比为0％＜Ag≤10％，0％＜Zn≤3％，0％＜Cu≤2％。6.一种权利要求1所述述镁-锶涂层的制备方法，其特征在于：采用多弧离子镀技术制备涂层。7.按照权利要求6所述述镁-锶涂层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：于晓明，谭丽丽，杨柯，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21