一種可控降解的鎂基金屬材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)用生物材料領(lǐng)域，涉及一種可控降解的鎂基金屬材料，本發(fā)明可控 降解的鎂基金屬材料表面涂覆有單寧酸改性的生物活性玻璃成分，其中單寧酸改性的生物 活性玻璃成分是納米生物活性玻璃顆粒通過接枝單寧酸形成，通過控制單寧酸的用量、添 加氨基結(jié)構(gòu)化合物及單寧酸改性的生物活性玻璃的涂覆厚度，可以有效的控制鎂基金屬材 料的降解時(shí)間和抗腐蝕性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎂是人體代謝必需的元素，在人體內(nèi)的含量僅次于鉀、鈉、鈣，骨組織中大約占體 內(nèi)所有鎂的一半。研究認(rèn)為鎂是許多酶的輔助因子，具有穩(wěn)定DNA和RNA結(jié)構(gòu)；在體內(nèi)鎂通 過腎臟和腸道保持在0. 7和1. 05mmol/L之間；鎂可刺激新骨生長，組織相容性好。鎂的主 要缺點(diǎn)是低耐蝕性，在pH(7. 4-7. 6)的生理環(huán)境中，鎂具有很強(qiáng)的還原作用從而在組織充 分愈合前丟失力學(xué)完整性，并產(chǎn)生機(jī)體無法及時(shí)吸收的氫氣。早期應(yīng)用于人體中的鎂基材 料植入體內(nèi)后產(chǎn)生大量的氣體導(dǎo)致鎂無法應(yīng)用于人體，所以制備可控降解的鎂基合金，使 鎂降解過程中產(chǎn)生的氫氣被組織液代謝掉具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。
[0003] 生理環(huán)境下鎂快速腐蝕是作為于骨科植入的最大限制，為此，研究者們通過各種 方法對(duì)鎂進(jìn)行表面改性，以期得到可控降解的鎂合金材料；也有的研究者在鎂中添加Zn、 Ca等金屬成分，期望能得到加工和降解性能更好的鎂合金材料。
[0004] 生物活性玻璃（BAG)是一種質(zhì)硬、固態(tài)透明的生物活性材料。它由Si02、Na20、Ca0、 和P205等物質(zhì)組成。生物活性玻璃的主要成分是硅酸鹽，植入體內(nèi)后其表面可形成一種高 反應(yīng)性的富硅凝膠層。它具有良好的生物相容性和力學(xué)性能，其特點(diǎn)是具有迅速的成骨作 用，多數(shù)生物活性玻璃是A類生物活性材料，既有骨生成性（osteoproductive)，又有骨引 導(dǎo)（osteoconductive)，與骨和軟組織都有良好的結(jié)合性。因此，BAG被認(rèn)為是可應(yīng)用在修 復(fù)領(lǐng)域的良好生物材料。
[0005]BAG與生理溶液接觸后，其中的Na等離子與溶液中的H+迅速交換，導(dǎo)致局部環(huán)境 pH值升高；Si02&Si(0H) 4的形式溶于溶液中，在界面處形成Si-ΟΗ，并在粒子表面形成富 含硅溶膠的凝膠層。該層為鈣磷的沉積提供了場所。開始鈣磷層呈無定形狀態(tài)，隨著厚度和 結(jié)晶尺寸的增加而轉(zhuǎn)變成為羥基磷灰石（HA)晶體，其表面反應(yīng)釋放的可溶性硅、鈣、磷和 鈉離子，可以增強(qiáng)材料界面細(xì)胞的胞內(nèi)和胞外反應(yīng)，促進(jìn)成骨細(xì)胞或其前體的增殖和分化， 調(diào)節(jié)成骨基因的表達(dá)以及生長因子的產(chǎn)生，因此，BAG具有很強(qiáng)的生物誘導(dǎo)活性，其誘導(dǎo)成 骨的能力優(yōu)于HA。由于BAG表面存在大量的硅羥基，因此可將其作為改性的橋梁，將改性分 子引入到其表面，從而改善其界面相容性。金屬鎂和聚乳酸等可降解材料復(fù)合制備醫(yī)用植 入材料的研究得到了廣泛的報(bào)道，研究鎂基合金表面涂覆不同厚度的聚乳酸材料，實(shí)驗(yàn)發(fā) 現(xiàn)，聚乳酸直接涂覆的厚度與鎂絲的降解之間沒有出現(xiàn)線性關(guān)系，其中有一組材料中涂覆 后的反而比涂覆薄的，其中的高純鎂絲降解的更快，可能是聚乳酸涂層越厚，降解過程中形 成的酸性環(huán)境使包覆在內(nèi)部的鎂降解的速度越快，因此很難制備出可控降解的鎂基合金聚 乳酸醫(yī)用材料。
[0006] 將改性生物活性玻璃均勻涂覆在高純鎂的表面，改性生物活性玻璃不但可降低聚 乳酸降解形成的酸性環(huán)境，而且可以通過控制改性生物活性玻璃接枝聚乳酸的分子量以 及涂層的厚度，可以有效的控制鎂絲的降解時(shí)間；改性生物活性玻璃，還可以作為一種新型 成核劑，在可吸收骨科植入材料加工過程中能提高聚乳酸材料的結(jié)晶度，從而提高材料的 機(jī)械強(qiáng)度。專利CN104415403A公開了一種可控降解的鎂基金屬材料，該可控降解的鎂基 金屬材料表面涂覆有改性生物活性玻璃成分，其中改性生物活性玻璃成分是納米生物活性 玻璃顆粒通過接枝聚乳酸形成，通過控制改性生物活性玻璃成分中接枝聚乳酸的分子量以 及添加的高分子材料的種類及涂覆厚度，可以有效的控制鎂基金屬材料的降解時(shí)間。雖然 其所制備的鎂基金屬材料的降解時(shí)間得以延長，但是還未能達(dá)到理想水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種可控降解的鎂基金屬材料，其中 該鎂基金屬材料表面涂覆有單寧酸改性的生物活性玻璃成分，單寧酸改性的生物活性玻璃 成分是納米生物活性玻璃顆粒通過接枝單寧酸形成，控制改性生物活性玻璃成分中接枝單 寧酸的用量、添加氨基結(jié)構(gòu)化合物及單寧酸改性的生物活性玻璃的涂層厚度，可以控制鎂 基金屬材料的降解時(shí)間，其中改性生物活性玻璃成分中單寧酸在材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為含量 范圍為30-50%，例如30%、35%、40%、45%或50%等；優(yōu)選改性生物活性玻璃成分中單寧 酸在材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為含量范圍為35-40%。
[0008] 其中，本發(fā)明中將具有酚羥基結(jié)構(gòu)的單寧酸接枝到生物活性玻璃上，不僅可以引 入有效官能團(tuán)，同時(shí)單寧酸可以與金屬離子發(fā)生反應(yīng)，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，覆蓋在金屬表 面，起到屏蔽和鈍化作用，進(jìn)而延長降解時(shí)間。
[0009] 本發(fā)明中，所述氨基結(jié)構(gòu)化合物為精氨酸、賴氨酸、丁二胺、己二胺或胱氨酸中任 意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有：精氨酸和賴氨酸的組合，賴氨 酸和丁二胺的組合，己二胺和胱氨酸的組合，精氨酸、賴氨酸、丁二胺、己二胺和胱氨酸的組 合等。本發(fā)明所添加的氨基結(jié)構(gòu)化合物可以與單寧酸和生物活性玻璃發(fā)生反應(yīng)，形成交聯(lián) 聚合涂層。
[0010] 本發(fā)明中，所述氨基結(jié)構(gòu)化合物為精氨酸和賴氨酸的組合物。
[0011] 本發(fā)明中，上述可控降解的鎂基金屬材料，該材料的準(zhǔn)備方法如下：
[0012] A、采用文獻(xiàn)公開的溶膠凝膠技術(shù)（具體見實(shí)施例）制備富含Si02的納米生物活 性玻璃顆粒，其中納米生物活性玻璃中Si02質(zhì)量百分比范圍為35% -60%，其它成分分別 為Na20、CaO與P205,優(yōu)選比例為：Si02-45 . 0% ;Na20-24. 5% ;Ca〇-24. 5% ;Ρ205-6· 0% ;
[0013] Β、將干燥的納米生物玻璃顆粒放入圓底燒瓶中，分散在無水甲苯溶液中，在氮?dú)?保護(hù)下加入單寧酸，開環(huán)聚合，反應(yīng)30-40h，例如30h、32h、34h、36h、38h或40h等，反應(yīng)產(chǎn)物 用有機(jī)溶劑洗滌多次，得到接枝單寧酸的生物玻璃；
[0014] C、將接枝單寧酸的生物玻璃與氨基結(jié)構(gòu)化合物用溶劑溶解混合均勻制成復(fù)合材 料；
[0015] D、將鎂基金屬材料表面打磨清洗后，采用文獻(xiàn)公開的溶膠-凝膠法將本發(fā)明C步 驟制備的復(fù)合材料均勻噴涂在鎂基金屬材料表面，噴涂的厚度根據(jù)產(chǎn)品的降解要求決定， 揮干溶劑即得本發(fā)明權(quán)利要求1所述的可控降解的鎂基金屬材料；
[0016]E、將本發(fā)明D步驟得到的可控降解的鎂基金屬材料，采用不同的模具成型及加工 技術(shù)可以制造成腔道支架、骨釘、骨板和骨粒。
[0017] 本發(fā)明制備涂層的方法選擇了溶膠-凝膠法，該方法是將涂層配料制成溶膠，使 之均勻覆蓋于基體的表面，由于溶劑迅速揮發(fā)，配料發(fā)生縮聚反應(yīng)而膠化，再經(jīng)干燥和熱處 理，即可獲得涂層。與等離子噴涂技術(shù)相比，用溶膠-凝膠法制備生物陶瓷薄膜具有以下優(yōu) 占.
[0018] (1)制備溫度低，從而避免了高溫分解和熱應(yīng)力過大；
[0019] (2)雖然溶膠凝膠法的產(chǎn)物可以是無定形，也可以是結(jié)晶態(tài)，但由于反應(yīng)在原子、 分子水平上進(jìn)行，因此可在最大程度上提高其化學(xué)各向同性；
[0020] (3)材料制備過程易于控制，產(chǎn)物純度高；
[0021] (4)可以在形態(tài)復(fù)雜的種植體表面形成均勻的涂層；
[0022] (5)涂層厚度薄且可以控制，可以形成數(shù)微米厚的涂層，幾乎不改變?cè)N植體表面 形態(tài)，為保證改性生物玻璃不發(fā)生分解，本發(fā)明采用該方法完成噴涂。
[0023] 本發(fā)明中，所述鎂基金屬包括純鎂及鎂基合金，其中鎂基合金為純鎂中添加鐵、 鈣、鋅、銅和鈷中任意一種或至少兩種的組合，純鎂中鎂的含量大于99%，鎂基合金中鎂的 純度大于95. 0%。
[0024] 本發(fā)明中，所述鎂基金屬形狀可以是帶狀、絲狀或粉末狀。
[0025] 優(yōu)選地，所述鎂基金屬為鎂絲、鎂帶或鎂粉粒中任意一種，根據(jù)實(shí)際需要其鎂絲直 徑或鎂帶的厚度范圍為0. 1-2. 0mm，鎂粉粒度范圍為80-1000目。
[0026] 本發(fā)明可控降解的鎂基金屬材料，可以制造成腔道支架、骨釘、骨板和骨粒，應(yīng)用 于腔道支撐、骨創(chuàng)傷外科、骨缺損修復(fù)材料、整形美容。
[0027] 本發(fā)明提到的有機(jī)溶劑選自常見可溶解塑料（PVC、PC、PE、ABS、PET、PP)的溶劑， 包括：苯、甲苯、對(duì)二甲苯、三氯苯、丙酮、乙醚、癸烷、十氫化萘、低級(jí)醇、乙酸異戊酯、乙酸甲 酯、乙酸乙酯、丙醇、己烷、苯、四氧化碳、甲醇、苯乙烯、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸丁酯、二硫 化碳、低級(jí)醇、環(huán)己酮、甲酮、二甲基甲酰胺、庚烷、二甲氨基甲酰胺、四氫呋喃、石油醚、二 甲亞砜、對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、間甲酚、鄰氯酚、硝基苯等，優(yōu)選低毒溶劑，比如：甲苯、對(duì)二 甲苯、癸烷、乙酸異戊酯、己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、環(huán)己酮、甲酮、二甲基甲酰胺、庚