一种腐蚀速率低的纯镁表面生物功能化涂层的制备方法与流程

本发明涉及一种纯镁表面生物功能化涂层的制备方法。

背景技术：

镁极易腐蚀、在生物体内可降解，降解生成的镁离子能够被人体组织所吸收或通过新陈代谢排除体外。同时，镁离子可作为能量代谢相关的辅助因子参与生理活动，且镁弹性模量与人体骨骼的弹性模量接近，具有较好的力学相容性。因此，镁作为生物植入材料在骨组织修复领域得到了广泛应用，并在血管支架应用材料方面有良好的应用前景。但是，由于镁化学活性较高，当作为植入材料植入到人体后极易被周围的生理环境腐蚀，使其过早的失去作为支撑材料的机械性能。因此，作为植入材料时，其腐蚀的控制就显得尤为重要。同时，作为异物的植入物，在人体内的服役过程中，不可避免地产生生物学排异反应。因此，其生物功能化(生物相容性)也同等重要。

采用复合涂层技术或在具有抑制镁的腐蚀涂层中添加具有生物活性的分子，可以降低镁的腐蚀速率，同时提高涂层的生物相容性。但现有的这些涂层技术均存在着操作复杂、要求严苛或改性后结构不稳定，生物活性分子容易流失等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种腐蚀速率低的纯镁表面生物功能化涂层的制备方法，该方法制得的生物功能化涂层，具有良好的生物相容性，且腐蚀速率低。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种腐蚀速率低的纯镁表面生物功能化涂层的制备方法，其步骤是：

A、将1mol/L的NaOH溶液加入到浓度为2.5‐10mmol/L的氨基三甲叉膦酸溶液中，得到pH值为5‐9的改性溶液；

B、将纯镁在温度为55‐65℃、浓度为1‐6mol/L的NaOH溶液中浸泡12‐24小时，得到碱活化的纯镁；

C、将碱活化后的纯镁浸泡在改性溶液中，升温至50‐80℃，保温12-24个小时；得到表面具有氨基三亚甲基叉膦酸涂层的纯镁；

D、将C步制得的表面具有氨基三亚甲基叉膦酸涂层的纯镁，放入浓度为0.5mol/L的硫酸镁溶液中浸泡1-2小时，即在纯镁表面得到一层腐蚀速率低的纯镁表面生物功能化涂层。

本发明的机理是：

通过将纯镁碱活化，在纯镁的表面获得氢氧化镁涂层。随后在pH值为5-9的氨基三甲叉膦酸的改性溶液中，氨基三甲叉膦酸能够与纯镁表面的氢氧化镁发生反应，从而将氨基三甲叉膦酸固定在纯镁表面。随后，在硫酸镁溶液中，氨基三亚甲基叉磷酸与镁离子发生螯合反应，加固了氨基三亚甲基叉磷酸分子在镁片上的固定，从而在纯镁表面形成一层牢固的氨基三亚甲基叉磷酸生物功能化涂层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、通过碱活化在纯镁的表面获得氢氧化镁涂层，通过氢氧化镁涂层与氨基三甲叉膦酸的结合，既加强了氨基三甲叉膦酸在纯镁表面的固定，同时也避免了氨基三甲叉膦酸溶液对纯镁基体的腐蚀作用，保护了纯镁的基体。再通过外加镁离子使其与氨基三甲叉磷酸发生螯合反应，在表面形成致密的螯合产物层；致密的螯合产物层在植入体内的初期，对腐蚀介质能起到良好的保护作用；其腐蚀速率低，避免了作为植入材料的镁过早的失去其机械性能。

二、氨基三亚甲基叉磷酸是一种有机膦酸分子，可以捕获Ca²⁺促进可降解的羟基磷灰石的形成，有利于诱导骨组织的修复。或者联接其他药物分子、诱导因子实现治疗性材料的多功能化。同时，氨基三亚甲基叉磷酸分子结构类似于磷脂双分子层中的膦酸，其生物相容性好，使得材料的生物相容性高。

三、可通过调节制备过程中改性溶液浸泡时间等，可以得到不同厚度的涂层，从而调节腐蚀速率以满足不同的治疗、康复要求。

四、整个制备操作在常温或中温液相中进行，条件温和、操作方便、制备成本低、适合用于大规模工业化生产。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是实例1的制得物(Mg-OH@Mg-ATMP-2.5)与纯镁(Mg)的动电位极化曲线图。

图2是实例2制得物(Mg-OH@Mg-ATMP-5)与纯镁(Mg)的动电位极化曲线图。

图3是实例3制得物(Mg-OH@Mg-ATMP-10)与纯镁(Mg)的动电位极化曲线图。

具体实施方式

实施例一

一种腐蚀速率低的纯镁表面生物功能化涂层的制备方法，其步骤是：

A、将1mol/L的NaOH溶液加入到浓度为2.5mmol/L的氨基三甲叉膦酸溶液中，得到pH值为7的改性溶液；

B、将纯镁在温度为60℃、浓度为3mol/L的NaOH溶液中浸泡24小时，得到碱活化的纯镁；

C、将碱活化后的纯镁浸泡在A步的改性溶液中，升温至60℃，保温12个小时；得到表面具有氨基三亚甲基叉膦酸涂层的纯镁；

D、将C步制得的表面具有氨基三亚甲基叉膦酸涂层的纯镁，放入浓度为0.5mol/L的硫酸镁溶液中浸泡2小时，即在纯镁表面得到一层腐蚀速率低的纯镁表面生物功能化涂层。

图1是实施例1的制得物(Mg-OH@Mg-ATMP-2.5)与纯镁(Mg)的动电位极化曲线图。从图1可以看出，本例的制得物的自腐蚀电位(E_corr)由-1.7V提高到-1.5V，自腐蚀电流(i_corr)有数量级的降低，说明在动力学上，本例制得物的化学活性显著降低，表面更加稳定；腐蚀电流大幅降低，也表明腐蚀速率明显降低。

本例制得物(Mg-OH@Mg-ATMP-2.5)的溶血实验结果为溶血率为1.77％符合临床实际应用低于5％的要求，说明其生物相容性好。

实施例2

一种腐蚀速率低的纯镁表面生物功能化涂层的制备方法，其步骤是：

A、将1mol/L的NaOH溶液加入到浓度为5mmol/L的氨基三甲叉膦酸溶液中，得到pH值为9的改性溶液；

B、将纯镁在温度为65℃、浓度为3mol/L的NaOH溶液中浸泡18小时，得到碱活化的纯镁；

C、将碱活化后的纯镁浸泡在改性溶液中，升温至80℃，保温17个小时；得到表面具有氨基三亚甲基叉膦酸涂层的纯镁；

D、将C步制得的表面具有氨基三亚甲基叉膦酸涂层的纯镁，放入浓度为0.5mol/L的硫酸镁溶液中浸泡1.5小时，即在纯镁表面得到一层腐蚀速率低的纯镁表面生物功能化涂层。

图2是实施例2的制得物(Mg-OH@Mg-ATMP-5)与纯镁(Mg)的动电位极化曲线图。从图2可以看出，本例的制得物的自腐蚀电位(E_corr)由-1.7V提高到-1.49V，自腐蚀电流(i_corr)有明显的降低，说明在动力学上，本例制得物的化学活性有所降低，表面更加稳定；腐蚀电流大幅降低，也表明腐蚀速率明显降低。

本例制得物(Mg-OH@Mg-ATMP-5)的溶血实验结果为溶血率为2.14％，也符合临床实际应用低于5％的要求；说明其生物相容性好。。

实施例3

一种腐蚀速率低的纯镁表面生物功能化涂层的制备方法，其步骤是：

A、将1mol/L的NaOH溶液加入到浓度为10mmol/L的氨基三甲叉膦酸溶液中，得到pH值为5的改性溶液；

B、将纯镁在温度为55℃、浓度为3mol/L的NaOH溶液中浸泡12小时，得到碱活化的纯镁；

C、将碱活化后的纯镁浸泡在改性溶液中，升温至50℃，保温24个小时；得到表面具有氨基三亚甲基叉膦酸涂层的纯镁；

D、将C步制得的表面具有氨基三亚甲基叉膦酸涂层的纯镁，放入浓度为0.5mol/L的硫酸镁溶液中浸泡1小时，即在纯镁表面得到一层腐蚀速率低的纯镁表面生物功能化涂层。

图3是实施例3的制得物(Mg-OH@Mg-ATMP-10)与纯镁(Mg)的动电位极化曲线图。从图3可以看出，本例的制得物的自腐蚀电位(E_corr)由-1.7V提高到-1.6V，自腐蚀电流(i_corr)也有明显的降低，说明在动力学上，本例制得物的化学活性有所降低，表面更加稳定；腐蚀电流大幅降低，也表明腐蚀速率明显降低。

本例制得物(Mg-OH@Mg-ATMP-10)的溶血实验结果为溶血率为3.45％，符合临床实际应用低于5％的要求；说明其生物相容性好。

实施例4

一种腐蚀速率低的纯镁表面生物功能化涂层的制备方法，其步骤是：

A、将1mol/L的NaOH溶液加入到浓度为7mmol/L的氨基三甲叉膦酸溶液中，得到pH值为8的改性溶液；

B、将纯镁在温度为55℃、浓度为3mol/L的NaOH溶液中浸泡12小时，得到碱活化的纯镁；

C、将碱活化后的纯镁浸泡在改性溶液中，升温至60℃，保温20个小时；得到表面具有氨基三亚甲基叉膦酸涂层的纯镁；

D、将C步制得的表面具有氨基三亚甲基叉膦酸涂层的纯镁，放入浓度为0.5mol/L的硫酸镁溶液中浸泡1.5小时，即在纯镁表面得到一层腐蚀速率低的纯镁表面生物功能化涂层。