一种在镁植入物表面构建软硬双态涂层的方法技术

本发明专利技术公开了一种在镁植入物表面构建软硬双态涂层的方法，通过碱性溶液对镁植入物表面碱化处理构建硬涂层，在硬涂层表面加工一层水凝胶软涂层，最后形成一层微米级厚度的致密的软硬双态涂层，能够显著提高镁植入物表面抗磨损能力和抗腐蚀能力。磨损能力和抗腐蚀能力。磨损能力和抗腐蚀能力。

【技术实现步骤摘要】
一种在镁植入物表面构建软硬双态涂层的方法


[0001]本专利技术涉及生物医学
，特别涉及一种在镁植入物表面构建软硬双态涂层的方法。

技术介绍

[0002]近年来，可降解金属材料因其可降解性与优于可降解聚合物的力学性能受到广泛关注，其中，镁及其合金被誉为革命性的金属生物材料，受到了广泛研究和临床探索，镁及镁合金良好的生物相容性、 力学相容性、生物可降解性、密度和弹性模量与人体皮质骨相似、一定的抗菌性等优势逐渐被研究人员一一证实，其降解主产物镁离子也作为人体必需的微量元素，参加人体生命活动，并且多余的镁离子能通过人体自主的排泄过程排出体外，不会对人体产生额外的影响。
[0003]镁合金具有如下的优势：首先其力学性能与天然骨相似，因此可以避免弹性模量不匹配造成的应力遮挡效应；其次镁是人体中第四多的金属元素，人体内含有大约30g镁，大约60%储存在人体骨骼中，30%储存在肌肉等软组织中，对新陈代谢至关重要，同时也是人体内多种酶的激活物，参与肌肉的收缩；影响神经肌肉兴奋性的传递，抑制其异常兴奋的传导；成年人推荐日常摄入310mg
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420mg镁元素，通过肠道以及肾脏排出体外。
[0004]镁及合金应用于骨植入材料领域主要面临的问题是：镁及其合金在体内的降解速度过快、力学强度衰减过快等问题导致镁植入体有效力学支撑时间与受损组织修复时间不匹配，受损组织还未修复完全，植入体就已失去力学支撑，这是目前临床应用最主要的难题，制约了镁合金在骨科及其他医学领域的推广应用。
[0005]通过表面处理或者表面涂层对镁及镁合金改性是改善镁及镁合金性能的主要途径之一。生物医用镁合金表面的涂层除需具备对基体的保护作用外，还需具备良好的生物相容性、生物活性或者释药性能等，涂层也要在一定的时间内降解。可降解有机高分子涂层成为镁及镁合金表面改性的一种方法，目前常用的生物可降解聚合物主要有PLA、PLGA、PCL以及壳聚糖等，这些材料本身具有优异的生物相容性，同时还能赋予镁合金基体特殊的功能性。
[0006]CN114404652A公开了一种在医用镁合金表面制备壳聚糖中间层的方法，将预处理镁合金基体放入壳聚糖乙酸溶液；以浸渍
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提拉法制备壳聚糖涂层；首先镁合金基体浸入壳聚糖乙酸溶液，在壳聚糖乙酸溶液中静置4～30s，然后镁合金以0.3～2mm/s的速率提拉出壳聚糖乙酸溶液，在室温静置干燥5～20min；重复1～6次；然后壳聚糖涂层镁合金在50～90℃烘箱中密闭静置干燥30～60min，得到壳聚糖中间层，然而在壳聚糖的乙酸溶液中镁合金会发生剧烈的析氢反应，对镁合金腐蚀严重且难以形成一层致密均匀的壳聚糖薄膜。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种在镁植入物表面构建软硬双态涂层的方法，能够显著提高镁植入物表面抗磨损能力和抗腐蚀能力。
[0008]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种在镁植入物表面构建软硬双态涂层的方法，包括以下步骤：（1）前处理：将镁植入物打磨，清洗，并烘干；本步骤目的是提高镁植入物表面平整度，减小粗糙度，防止不均匀腐蚀，有利于后期碱液处理。
[0009]（2）构建硬涂层：接着将镁植入物放入碱性溶液中碱化处理形成硬涂层，处理完成后取出烘干；碱化处理目的是在镁植入物表面形成均匀致密的硬涂层，减缓其在水凝胶溶液中的腐蚀，防止镁腐蚀产生的氢气在镁植入物表面聚集形成气泡阻隔水凝胶液膜，有利于水凝胶涂层的形成。
[0010]（3）构建软涂层：将步骤（2）处理后的镁植入物浸泡在水凝胶溶液中，超声或抽真空除去气泡，取出放在低温环境中低温固化形成软涂层；（4）后处理：后处理：将步骤（3）处理后的镁植入物在
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50℃~
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60℃条件下冷冻干燥后高温烘干，从而在镁植入物表面形成致密的软硬双态涂层。冷冻干燥可以让水凝胶形成三维多孔结构，孔道互相贯通，有利于吸附镁植入物降解后产生的镁离子和细胞附着、迁移。高温烘干能够使多孔结构暂时收缩，形成高强度致密涂层，提高涂层力学强度，显著提高镁植入物在植入过程中抵抗磨损和抗腐蚀能力。
[0011]作为优选，步骤（2）中，碱性溶液的碱性物质选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸钠、磷酸钠中的一种或多种。
[0012]作为优选，步骤（2）中，所述碱性溶液浓度为0.5~5M。
[0013]进一步地，步骤（2）中，所述碱性溶液浓度为1 M、2 M或3M。
[0014]作为优选，步骤（2）中，碱化处理的次数为1~10次，碱化处理的温度在
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20~120℃，碱化处理具体操作为：先在
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20~10℃进行低温碱化处理6~24小时，然后再在60~120℃进行高温碱化处理6~24小时。本步操作是为了调整硬涂层的均匀性和厚度。
[0015]作为优选，步骤（3）中，水凝胶溶液的凝胶成分为聚乙烯醇、聚乙二醇、壳聚糖、壳聚糖衍生物、透明质酸钠、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。壳聚糖衍生物优选季铵盐壳聚糖、羧甲基壳聚糖等水溶性壳聚糖衍生物。
[0016]作为优选，步骤（3）中，水凝胶溶液的总质量浓度为1~20%。在此质量浓度范围区间，溶液具有合适的粘度，有利于溶液在镁植入物表面铺展和附着。
[0017]作为优选，步骤（3）中，低温固化次数1~10次，低温固化的温度在
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80~0℃。多次固化有利于水凝胶涂层与硬涂层紧密结合，提高结合力，同时有利于水凝胶涂层更加平整。
[0018]进一步地，低温固化具体操作为：先在
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20℃低温固化2~6小时，再在
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80℃低温固化6~22小时，总固化时间在8~24小时。低温固化可以保留水凝胶材料的本征特性，保留对细胞和组织有益的官能团和链结构。
[0019]作为优选，步骤（4）中，高温烘干的温度在60~100℃，高温烘干的次数为1~5次；高温烘干具体操作为：先60~75℃烘2~6小时，再在80~100℃烘4~12小时，总烘干时间在8~18小时。多次烘干能够提高软硬涂层间结合力，同时减小长时间高温对水凝胶软涂层的老化影响。
[0020]软硬双态涂层，由于其具有优异的润滑性能、生物相容性和灵活性，为改善固体表面的润滑性、生物相容性和柔韧性，开辟了新道路。通过碱性溶液对镁植入物表面预处理后，将水凝胶溶液均匀的在镁植入物表面形成一层液膜，再通过低温固化和冷冻干燥方法，
分别促进水凝胶溶液固化和溶剂挥发，最后形成一层微米级厚度的致密的软硬双态涂层，能够显著提高镁植入物表面抗磨损能力和抗腐蚀能力。
[0021]本专利技术通过碱性溶液对镁植入物表面碱化处理，处理后的镁植入物表面缺陷减少，同时形成一层均匀致密的硬涂层，减缓水凝胶溶液对镁植入物的腐蚀作用，将形成硬涂层的镁植入物浸泡在水凝胶溶液中，去除气泡，然后取出置于低温促进水凝胶固化，固化后在硬涂层表面形成一层水凝胶软涂层，为提高水凝胶软涂层与硬涂层的结合力，将软硬涂层冷冻干燥后高温烘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在镁植入物表面构建软硬双态涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）前处理：将镁植入物打磨，清洗，并烘干；（2）构建硬涂层：接着将镁植入物放入碱性溶液中碱化处理形成硬涂层，处理完成后取出烘干；（3）构建软涂层：将步骤（2）处理后的镁植入物浸泡在水凝胶溶液中，超声或抽真空除去气泡，取出放在低温环境中低温固化形成软涂层；（4）后处理：将步骤（3）处理后的镁植入物在
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50℃~
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60℃条件下冷冻干燥后高温烘干，从而在镁植入物表面形成致密的软硬双态涂层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，碱性溶液的碱性物质选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸钠、磷酸钠中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述碱性溶液浓度为0.5~5 M。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述碱性溶液浓度为1 M、2 M或3M。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，碱化处理的次数为1~10次，碱化处理的温度在
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20~120...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭兆祥，郝明明，柯春海，柳伯韬，陈宇炯，胡晓东，钟家麒，张哲伟，
申请(专利权)人：宁波市医疗中心李惠利医院，
类型：发明
国别省市：