一种长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料及其制备方法，属于医用材料领域，制备方法包括以下步骤：步骤一、对锌合金丝进行表面改性处理；步骤二、将聚乳酸与含有特征官能团的MXene熔融共混、挤出得到改性聚乳酸丝材；步骤三、将表面改性处理后的锌合金丝定向排列，逐层打印改性聚乳酸丝材，得到夹丝复合片层；步骤四、将若干夹丝复合片层叠加排列或者将若干夹丝复合片与聚乳酸片层交替叠加排列，然后进行热压成型。本发明专利技术通过改变锌丝表面微结构改善界面结合效果，实现对复合材料力学衰减和降解性能的有效调控，降解释放的Zn

【技术实现步骤摘要】
一种长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于医用材料领域，涉及一种骨科内固定材料，尤其涉及一种长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，以镁、锌、铁及相关合金为代表的可降解金属现已成为生物医用金属材料领域中的研究热点。其中镁合金的弹性模量(40
‑
45GPa)和密度(1.7
‑
2.0g/cm3)更接近人体骨骼。镁及镁合金在骨愈合治疗器械方面的研究较为广泛。然而，生物可降解镁合金最大的问题在于腐蚀速率过快，降解产生的碱性产物容易导致植入部位体液pH值升高，一定程度上干扰骨骼的正常愈合过程，进而导致愈合组织受损。
[0003]锌作为人体内必须的微量元素之一，在促进人体生长发育、合成人体多种必须酶、增强人体免疫力、维持人体正常食欲等方面发挥着重大作用。锌的标准电极电位(
‑
0.763V)介于Mg(
‑
2.372V)和Fe(
‑
0.447V)之间，降解速率也介于二者之间，可以避免Mg降解产物碱性过强或大量产氢对周围组织带来的不良影响，也可以避免铁因降解太慢，具有和永久植入材料同样的缺陷。研究表明，锌及其合金植入人体后可以促进人体组织修复，没有明显的慢性炎症反应、坏死或增生反应。据报道，锌丝(直径0.25mm，纯度>99.99％)在鼠腹部主动脉中20个月内的降解速率仅为0.02mm/y且未表现出毒性。锌合金用于犬下颌骨骨折内固定，在其体内24周时的降解速率仅为0.095
±
0.009mm/y，显示出良好的骨折内固定效果和促进新骨组织形成的功能。锌及其合金良好的生物降解性和对组织再生的适应性使其在骨科和心血管科具有很大的应用潜力。
[0004]然而，人体细胞对于锌离子的耐受性有限，如何调控锌离子的释放速率，使其处于人体能够耐受的安全范围内成为一个需要解决的问题。此外，在骨科创伤中最常见的开放性骨折治疗中，有效控制感染是决定成功的关键。锌虽然具有一定的抗菌性，但其抗菌强度仅为银离子的千分之一，无法达到手术抗菌所需效果，因此，有必要寻找抗菌效果更好的材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料及其制备方法，以克服现有技术的缺陷。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料的制备方法，具有这样的特征：包括以下步骤：
[0007]步骤一、对锌合金丝进行表面改性处理，增大锌合金丝表面粗糙度或在锌合金丝表面形成含有可与聚乳酸进行化学反应的官能团的膜层；
[0008]步骤二、将聚乳酸与含有特征官能团的MXene熔融共混、挤出得到3D打印用改性聚乳酸丝材，其中MXene含有的特征官能团为可改善与聚乳酸相容性的官能团；
[0009]步骤三、将步骤一得到的表面改性处理后的锌合金丝在3D打印机的载物平台上定向排列并固定，采用3D打印机在定向排列的锌合金丝上逐层打印步骤二得到的改性聚乳酸丝材，得到夹丝复合片层；
[0010]步骤四、将若干步骤三得到的夹丝复合片层叠加排列或者将若干步骤三得到的夹丝复合片与改性聚乳酸丝材直接3D打印出的聚乳酸片层交替叠加排列(通过调节夹丝复合片层之间的距离调节锌合金丝在复合材料中的分布状态)，然后进行热压成型，得到长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料。
[0011]进一步，本专利技术提供一种长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料中，锌合金丝的体积分数为5
‑
40％，MXene的质量分数为0.05
‑
5％，聚乳酸的质量分数为60
‑
95％。
[0012]进一步，本专利技术提供一种长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述锌合金丝的成分选自Zn
‑
Cu、Zn
‑
Cu
‑
Mg、Zn
‑
Cu
‑
Ca、Zn
‑
Ag、Zn
‑
Mg中的至少一种，优选Zn
‑
0.2Cu
‑
0.1Mg合金(Zn 99.7wt.％，Cu 0.2wt.％，Mg 0.1wt.％)。
[0013]进一步，本专利技术提供一种长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述锌合金丝材的直径为0.2
‑
0.5mm，优选0.3mm。锌合金丝通过熔炼、挤压、拉拔、退火、清洗等工序制得。
[0014]进一步，本专利技术提供一种长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤一中，所述锌合金丝进行表面改性处理为采用微弧氧化、磷化或硅烷偶联剂进行表面改性处理。
[0015]其中，磷化处理的方法为将锌合金丝浸泡在磷化液中，于20
‑
30℃条件下磷化处理30
‑
60min；磷化液为磷酸二氢钾和磷酸锌的混合溶液，磷酸二氢钾的浓度为5
‑
10g/L，磷酸锌20
‑
30g/L；锌合金丝与磷化液的比例为10
‑
30cm2/mL。
[0016]微弧氧化处理中，微弧氧化电解液的配方为Na2SiO
3 10
‑
20g/L，Na3PO
41‑
10g/L，NaOH 1
‑
5g/L，NaF 1
‑
10g/L。
[0017]硅烷偶联剂表面改性处理(硅烷化处理)的方法为：将锌合金丝浸泡在1
‑
5mol/L的碱性溶液1
‑
5h，锌合金丝与碱性溶液的比例为10
‑
30cm2/mL；同时，使用无水乙醇稀释KH560，制备5
‑
15wt.％的硅烷偶联剂的醇溶液，于50
‑
70℃机械搅拌1
‑
3h，以确保硅氧烷基团完全水解。之后，将碱性溶液预处理过的锌合金丝在室温下浸入水解后的KH560溶液中0.5
‑
1h，取出后于100
‑
150℃的烘箱中下陈化1
‑
2h。
[0018]进一步，本专利技术提供一种长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤二中，所述MXene含有的特征官能团为羟基、羧基、胺基中的一种或几种。
[0019]进一步，本专利技术提供一种长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述MXene选自Ti3C2T
x
、Ti2CT
x...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、对锌合金丝进行表面改性处理，增大锌合金丝表面粗糙度或在锌合金丝表面形成含有可与聚乳酸进行化学反应的官能团的膜层；步骤二、将聚乳酸与含有特征官能团的MXene熔融共混、挤出得到3D打印用改性聚乳酸丝材，其中MXene含有的特征官能团为可改善与聚乳酸相容性的官能团；步骤三、将步骤一得到的表面改性处理后的锌合金丝在3D打印机的载物平台上定向排列并固定，采用3D打印机在定向排列的锌合金丝上逐层打印步骤二得到的改性聚乳酸丝材，得到夹丝复合片层；步骤四、将若干步骤三得到的夹丝复合片层叠加排列或者将若干步骤三得到的夹丝复合片与改性聚乳酸丝材3D打印出的聚乳酸片层交替叠加排列，然后进行热压成型，得到长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料。2.根据权利要求1所述的长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：其中，所述长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料中，锌合金丝的体积分数为5
‑
40％，MXene的质量分数为0.05
‑
5％，聚乳酸的质量分数为60
‑
95％。3.根据权利要求1所述的长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：其中，所述锌合金丝的成分选自Zn
‑
Cu、Zn
‑
Cu
‑
Mg、Zn
‑
Cu
‑
Ca、Zn
‑
Ag、Zn
‑
Mg中的至少一种。4.根据权利要求1所述的长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：其中，所述锌合金丝材的直径为0.2
‑
0.5mm。5.根据权利要求1所述的长时高效抗菌全降解医用锌合金/聚乳酸复合材料的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁天乐，陈云欣，蔡湘莲，崔雨欣，李明泽，狄聪屹，蔡洪，韩冰，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：