一种用于生物医用支架的可降解锌基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及复合材料的技术领域，具体涉及一种用于生物医用支架的可降解锌基复合材料及其制备方法，包括以下步骤：取表面清洁后的锌片，将羟基磷灰石涂覆于表面清洁后的锌片表面，将已涂覆羟基磷灰石的锌片和未涂覆羟基磷灰石的锌片叠放、且羟基磷灰石位于叠层内部进行轧制；每一道次轧制后将锌片进行对折，然后继续进行轧制；重复对折

【技术实现步骤摘要】
一种用于生物医用支架的可降解锌基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料的
，具体涉及一种用于生物医用支架的可降解锌基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，用于骨固定的生物医用可降解植入金属材料主要包括三种合金体系：镁基、锌基和铁基材料。大量研究结果表明，基体金属的标准电极电位与降解速率成反比，金属的标准电极电位越低，腐蚀速率越快。镁的标准电极电位为
‑
2.372V，铁的标准电极电位为
‑
0.447V，故镁基合金或复合材料降解速度过快，无法长时间保持机械功能；铁基合金的降解速率较慢，其降解产物虽然也能起到保护基体、支撑组织的作用，从而降低铁基合金医用植入物的降解速率，但会严重阻碍组织自身功能的恢复过程。而锌的标准电极电位为
‑
0.763V，介于镁和铁之间，因此其降解速率相对来说比较适中，且降解时产生的锌离子是人体的必需元素之一，这使得锌基合金或复合材料医用植入物能在生物体内以适当的速率降解，匹配人体组织器官的正常恢复和发展，可以充分发挥了医用可降解合金的特性和功能。然而，锌的缺点是作为植入物应用所需的机械强度较差，制约了其在人体内的使用。
[0003]羟基磷灰石相较于石墨烯，碳纳米管等增强相的优势在于(1)其是人体骨骼组织的主要无机组成成份，可人工合成并应用于人体骨组织修复。(2)在人体中羟基磷灰石的钙和磷会游离出材料的表面，人体吸收这些物质后可生长出新的组织。但是，羟基磷灰石也具有以下缺点：(1)机械性能较差导致无法单一地用其来制作生物器械(2)在与其他材料结合时自身也会发生团聚现象，导致材料的结构发生改变从而影响到机械性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于提供一种用于生物医用支架的可降解锌基复合材料的制备方法，通过采用累积叠轧制备工艺，能有效改善羟基磷灰石和锌的结合性，并提高羟基磷灰石在锌中的分散性，同时能够有效细化晶粒、强化基体，最终获得结构均匀性能优异的锌/羟基磷灰石复合材料。
[0005]本专利技术的目的之二在于提供一种用于生物医用支架的可降解锌基复合材料，分散性较好，缺陷密度低，在实现了良好可降解性、生物相容性的同时兼具高强韧性。
[0006]本专利技术实现目的之一所采用的方案是：一种用于生物医用支架的可降解锌基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)取表面清洁后的锌片，将羟基磷灰石涂覆于表面清洁后的锌片表面，将已涂覆羟基磷灰石的锌片和未涂覆羟基磷灰石的锌片叠放、且羟基磷灰石位于叠层内部进行轧制；每一道次轧制后将锌片进行对折，然后继续进行轧制；重复对折
‑
轧制至所需道次；
[0008](2)将步骤(1)得到的样品压制成块之后进行多道次热轧，即得所述用于生物医用支架的可降解锌基复合材料。
[0009]优选地，所述步骤(1)中，清洁过程包括用喷丸处理去除锌片表面的氧化物。
[0010]优选地，所述步骤(1)中，每道次轧制控制样品在厚度方向上的变形量为50％～70％，累积轧制30～40道次。
[0011]优选地，所述步骤(1)中，锌片为至少两片，当锌片大于两片时，羟基磷灰石层为至少一层，当羟基磷灰石层为多层时，羟基磷灰石层均匀分布于叠层中。
[0012]优选地，所述步骤(2)中，压制成块的压力为30～40kN。
[0013]优选地，所述步骤(2)中，热轧温度为200～300℃。
[0014]优选地，所述步骤(2)中，热轧道次为6～8道次，最终累积厚度方向上的形变形量为50％～80％。
[0015]优选地，所述步骤(2)中，复合材料中羟基磷灰石的质量百分数为大于0且小于等于20％。
[0016]优选地，所述步骤(2)中，复合材料中锌基体的晶粒尺寸为400～500nm。
[0017]本专利技术实现目的之二所采用的方案是：一种用于生物医用支架的可降解锌基复合材料，采用所述的制备方法制得。
[0018]本专利技术的原理主要为：通过室温的多道次轧制变形，由于轧制道次提升带来的累积变形量的增加，锌基体会发生塑性应变作用，纳米羟基磷灰石颗粒会随着锌基体的塑性应变从而发生移动。当达到足够轧制道次时，能够获得在锌基体中均匀分散效果。并且通过压制，能够使得样品的致密度得到进一步提升。最后通过高温轧制，可以使得样品中锌基体与羟基磷灰石颗粒的结合更加紧密，从而得到性能优异的复合材料。同时羟基磷灰石的颗粒越细，活性越高，纳米级的羟基磷灰石毫无疑问是制作生物医用器械的好材料，其生物相容性和组织相容性都没问题。
[0019]本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0020]1、本专利技术的制备方法采用累积叠轧制备工艺，该工艺可在室温环境中进行，能有效改善羟基磷灰石和锌的结合性，并提高羟基磷灰石在锌中的分散性，同时能够有效细化晶粒、强化基体，最终获得结构均匀性能优异的锌/羟基磷灰石复合材料。
[0021]2、本专利技术的制备方法可通过改变羟基磷灰石的含量和分布来调节复合材料的腐蚀性能和生物相容性，优化金属基复合材料与周围人体组织的相互作用。
[0022]3、本专利技术的制备方法仅使用工业轧机、液压机、盐浴锅，设备简单、成本低廉，适合工业化生产。
[0023]4、本专利技术的制备方法可得到高质量分数、强硬度极高且兼具较好降解性、生物相容性及热稳定性的复合材料。
[0024]5、本专利技术的制备方法制备的锌基复合材料，相比于纯锌基体硬度提升率为最高达3倍，拉伸强度提升率最高达1.7倍，腐蚀电流密度提升率最高达2.2倍，因此复合材料具备良好强度、可降解性、生物相容性。
附图说明
[0025]图1(a)为本专利技术实施例1中最终得到的1wt％羟基磷灰石颗粒增强锌基复合材料的光镜照片。图1(b)为其高倍数扫描电镜图，晶粒尺寸约为400
‑
500nm；
[0026]图2(a)为本专利技术实施例2中最终得到的3wt％羟基磷灰石颗粒增强锌基复合材料的光镜照片。图2(b)为其高倍数扫描电镜图，晶粒尺寸约为400
‑
500nm；
[0027]图3为本专利技术实施例3中最终得到的5wt％羟基磷灰石颗粒增强锌基复合材料的光镜照片；
[0028]图4为本专利技术实施例4中最终得到的10wt％羟基磷灰石颗粒增强锌基复合材料的光镜照片；
[0029]图5为本专利技术实施例5中最终得到的20wt％羟基磷灰石颗粒增强锌基复合材料的光镜照片。
具体实施方式
[0030]为更好的理解本专利技术，下面的实施例是对本专利技术的进一步说明，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0031]实施例1
[0032](1)切取75
×
50
×
0.3mm大小的纯锌片，取4片作为原始基体，并对样品表面进行喷丸处理。按照复合材料中1wt％羟基磷灰石称量相应的羟基磷灰石质量，将称量粉末后的烧杯中倒入适量酒精，使用超声波清洗仪振荡5mi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于生物医用支架的可降解锌基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取表面清洁后的锌片，将羟基磷灰石涂覆于表面清洁后的锌片表面，将已涂覆羟基磷灰石的锌片和未涂覆羟基磷灰石的锌片叠放、且羟基磷灰石位于叠层内部进行轧制；每一道次轧制后将锌片进行对折，然后继续进行轧制；重复对折
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轧制至所需道次；(2)将步骤(1)得到的样品压制成块之后进行多道次热轧，即得所述用于生物医用支架的可降解锌基复合材料。2.如权利要求1所述的用于生物医用支架的可降解锌基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，清洁过程包括用喷丸处理去除锌片表面的氧化物。3.如权利要求1所述的用于生物医用支架的可降解锌基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，每道次轧制控制样品在厚度方向上的变形量为50％～70％，累积轧制30～40道次。4.如权利要求1所述的用于生物医用支架的可降解锌基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，锌片为至少两片，当锌片大于两片时，羟基磷灰石层为至少一层，当羟基...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅青松，王一晨，陈子豪，徐涛，彭宇琦，谭媛媛，李成林，张国栋，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：