一種生物醫(yī)用鎂合金微弧電泳改性方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種生物醫(yī)用鎂合金微弧電泳改性方法，包括以下步驟：以不銹鋼板為陰極，預處理的鎂合金為陽極進行微弧電泳處理，微弧電泳處理時間為30-65min；其中陰陽兩極的主平面之間距離為0.5-2cm，微弧電泳處理液由以下成分組成：磷酸鹽30~60g/L、氫氧化合物0.5~6.0g/L、氟化物4.0~8.0g/L、羥基磷灰石0.3~4.0g/L，其余為純凈水。本發(fā)明將微弧氧化與后處理的多步工藝步驟簡化為微弧電泳一步法，工藝步驟簡單，易于操作。HA粒子的加入可以得到致密均勻、孔隙率低且與基體結合強度高的涂層，有利于提高涂層作為骨植入材料在人體內的耐腐蝕性能和生物相容性。
【專利說明】一種生物醫(yī)用鎂合金微弧電泳改性方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于生物醫(yī)用骨植入金屬材料表面處理【技術領域】，具體涉及一種生物醫(yī)用鎂合金微弧電泳改性方法。
【背景技術】
[0002]鎂及其合金具有與人骨相似的密度和楊氏彈性模量，并具有良好的生物相容性和在人體環(huán)境內可降解的特性，被認為是極具開發(fā)潛力的新型可降解生物醫(yī)用金屬。
[0003]但鎂及其合金在生理環(huán)境下的過快腐蝕會導致植入體的失效，阻礙其在臨床上的實際應用。在目前用于改善鎂及其合金耐腐蝕性能的方法中，表面改性是在不改變基體本體性質的基礎上，既可控制生物鎂合金材料在生理環(huán)境中的降解速率，又可改善其表面生物活性和生物相容性的有效途徑之一。
[0004]常用的改性方法有等離子噴涂、電化學法、溶膠一凝膠法、化學轉化法、仿生法、微弧氧化法等。但是等離子噴涂難以形成均勻的涂層；電化學法、溶膠一凝膠法、化學轉化法、仿生法等制備的涂層與基體的結合強度低，易發(fā)生脫離剝落；微弧氧化法可以在任意形狀的合金表面生成致密均勻、結合強度高的氧化層，但是微弧氧化生成的涂層具備多孔的性質，另外需要封孔工藝才能提高涂層的耐腐蝕性能。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種生物醫(yī)用鎂合金微弧電泳改性方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案: 一種生物醫(yī)用鎂合金微弧電泳改性方法，包括以下步驟:以不銹鋼板為陰極、預處理的鎂合金為陽極和鎂絲做成的導線進行微弧電泳處理，在微弧電泳反應的過程中磁力攪拌機要始終處于攪拌狀態(tài)，以保證電解液中的成分不存在濃差極化，微弧電泳處理時間為30-65min ;其中陰陽兩極的主平面之間距離為0.5_2cm。
[0007]微弧電泳處理液由以下成分組成:磷酸鹽3(T60g/L、氫氧化合物0.5飛.0 g/L、氟化物4.(T8.0 g/L、羥基磷灰石0.3^4.0 g/L,其余為純凈水。所述鎂合金為Mg-Zn-Ca鎂合金；所述磷酸鹽為磷酸鈉、磷酸氫鈉或磷酸氫銨；所述氫氧化合物為氫氧化鈉或氫氧化鉀；所述氟化物為氟化鈉或氟化鉀。以上試劑均為分析純，羥基磷灰石為納米級顆粒。微弧電泳處理液制備時依次溶解相應含量的溶劑于工業(yè)用純凈水中，并置于磁力攪拌機上攪拌均勻。
[0008]其中，將待處理的鎂合金試樣打磨、超聲清洗、干燥即得預處理的鎂合金。
[0009]其中，微弧電泳中所用電源為直流電源，所述微弧電泳處理時間包括升壓時間、保壓時間和電泳反應時間，升壓時間為5-10min，電壓由OV升至140-200V，然后保持電壓恒定，保壓時間為20-40min，保壓結束后，降低電壓至80-100V，電泳反應時間為5_15min，反應結束用清水沖洗、烘干即得改性鎂合金。
[0010]本發(fā)明所用微弧電泳技 術將微弧氧化與電泳兩種方法結合為一步，省去了一般微弧氧化后所需的后處理程序，因此縮短了涂層制備的工藝步驟，同時也節(jié)約了制備涂層所需的時間和原材料。
[0011]本發(fā)明選用納米級別的羥基磷灰石(Caltl(PO4)6(OH)2,HA)作為電泳粒子，主要是因為HA是人體骨組織的主要無機成分，具有良好的生物活性和相容性。早期的細胞實驗證明HA具有提高人體干細胞粘附、增值、分化和活性的性能，初期的體內動物實驗證明HA植入人體后對組織無刺激和排斥作用，不會引起任何的炎癥反應，并且HA為新骨的形成提供支架，具有骨傳導的作用，可以與骨形成很強的化學結合，促進新骨的生成。電泳粒子的參與，可以在減少微弧形成的微孔，同時進一步提高涂層與基體之間的結合強度，劃痕法測試顯示涂層的結合強度10 MPa -40MPa;HA電泳粒子參與到涂層的形成中，并不僅限于吸附在涂層的表面，而且以參與化學反應的形式均勻融入于整個涂層中，因此提高涂層的生物相容性。
[0012]本發(fā)明改性后的鎂合金微孔數量減少，電化學測試表明微弧電泳涂層的自腐蝕電位得到提高，自腐蝕電流密度得到降低；在模擬體液中的長期浸泡實驗表明涂層在浸泡兩周后依然保持平整均勻的表面，并且對鈣磷鹽的沉積有促進的作用，表明微弧電泳技術提高了涂層的耐腐蝕性能和生物相容性；微弧電泳所形成的涂層厚度保持在IOym以內，不會嚴重影響試樣的尺寸精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為實施例3微弧電泳涂層的掃描形貌圖；
圖2為實施例3微弧電泳涂層浸泡后的掃描形貌圖；
圖3為試樣a-c的極化曲線圖；
圖4為實施例3微弧電泳涂層浸泡后的極化曲線圖。`【具體實施方式】
[0014]下面結合實施例對本發(fā)明做進一步的解釋說明，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此。
[0015]實施例1
(I)將待處理的Mg-Zn-Ca鎂合金線切割為25mmX 15mmX5mm的試樣,然后采用砂紙由100#打磨至800#，在酒精與丙酮的體積比為1:1的混合液中進行超聲清洗，再用純凈水清洗后干燥處理。
[0016](2)配置微弧電泳處理液，微弧電泳處理液的組成為:磷酸鈉:30g/L、氫氧化鉀:
6.0 g/L、氟化鉀:4.0g/L、羥基磷灰石:0.3g/L，其余為工業(yè)用純凈水。
[0017](3)采用不銹鋼板作為陰極與電路的負極相連，干燥后的鎂合金與鎂絲做成的導線相連接后作為電路的陽極，與正極連接。將陰陽兩極的主平面置于平行的位置，并保持
0.5cm的距離，然后浸入配置好的微弧電泳處理液中。
[0018](4)接通電路，5min內由OV開始逐漸調節(jié)電壓至140V，保持電壓反應20min，之后調節(jié)電壓至80V，此時不再發(fā)生微弧反應，而是電泳反應為主導，歷時5min后停止反應，取出成品。
[0019](5)用純凈水清洗成品，然后在烘干箱中烘干即可。[0020]實施例2
(I)將待處理的Mg-Zn-Ca鎂合金線切割為25mmX 15mmX5mm的試樣,然后采用砂紙由100#打磨至800#，在酒精與丙酮的比例為1:1的混合液中進行超聲清洗，再用純凈水清洗后干燥處理。
[0021](2)配置微弧電泳處理液，微弧電泳處理液的組成為:磷酸氫銨:60g/L、氫氧化鈉:0.5g/L、氟化鈉:8.0g/L、羥基磷灰石:4.0g/L，其余為工業(yè)用純凈水。
[0022](3)采用不銹鋼板作為陰極與電路的負極相連，干燥后的鎂合金與鎂絲做成的導線相連接后作為電路的陽極，與正極連接。將陰陽兩極的主平面置于平行的位置，并保持2cm的距離，然后浸入配置好的微弧電泳處理液中。
[0023](4)接通電路，在IOmin內由OV開始逐漸調節(jié)電壓至200V，保持電壓反應40min，之后調節(jié)電壓至100V，此時不再發(fā)生微弧反應，而是電泳反應為主導，歷時15min后停止反應，取出成品。
[0024](5)用純凈水清洗成品，然后在烘干箱中烘干即可。
[0025]實施例3
(I)將待處理的Mg-Zn-Y-Nd鎂合金線切割為25mmX 15mmX5mm的試樣，然后采用砂紙由100#打磨至800#，在酒精與丙酮的體積比為1:1的混合液中進行超聲清洗，再用純凈水清洗后干燥處理。
[0026](2)配置微弧電泳處理液，微弧電泳處理液的組成為:磷酸氫鈉:54g/L、氫氧化鉀:0.56 g/L、氟化鈉:5g/L、羥基磷灰石:2g/L，其余為水。
`[0027](3)采用不銹鋼板作為陰極與電路的負極相連，干燥后的鎂合金與鎂絲做成的導線相連接后作為電路的陽極，與正極連接。將陰陽兩極的主平面置于平行的位置，并保持Icm左右的距離，然后浸入配置好的微弧電泳處理液中。
[0028](4)接通電路，8min內由OV開始逐漸調節(jié)電壓至160V，保持電壓反應32min，之后調節(jié)電壓至90V，此時不再發(fā)生微弧反應，而是電泳反應為主導，歷時IOmin后停止反應，取出成品。
[0029](5)用純凈水清洗成品，然后在烘干箱中烘干即可。
[0030]性能測試與對比:
對實施例3中所得鎂合金涂層進行掃描，得微弧電泳涂層的掃面形貌圖1。
[0031]將表面未作處理的裸鎂合金基體試樣a、表面經過微弧氧化的鎂合金試樣b、表面經過微弧電泳處理的鎂合金試樣c的耐腐蝕性能進行比較。所述試樣b微弧氧化處理采用的處理液中沒有HA粒子，電壓160V，反應結束后不經過電泳階段。試樣c為微弧電泳處理過的實施例3中鎂合金試樣。每種試樣的電化學測試均進行3次，測試結果取其平均值。
[0032]測試如下:
一.涂層結合強度測試
采用納米劃痕法測試涂層的結合強度，結果顯示微弧電泳涂層與基體之間的結合強度為30.8MPa，微弧電泳涂層與基體之間的結合較好。
[0033]二.極化曲線測量與對比
極化曲線的測量是在模擬體液中進行的。
[0034]將處理后的三種試樣與銅導線連接，試樣保留Icm2的表面面積，其它部分用硅膠封存以保證密封部分絕緣，在室溫下風干。按照表1配置模擬體液，在37°C下調節(jié)SBF的PH為7.40。采用動電位掃描測量極化曲線，掃描速率為lmV/s。
[0035]表1配置IL模擬體液(SBF)的化學試劑加入順序、用量和純度
【權利要求】
1.一種生物醫(yī)用鎂合金微弧電泳改性方法，其特征在于，包括以下步驟: 以不銹鋼板為陰極，預處理的鎂合金為陽極進行微弧電泳處理，微弧電泳處理時間為30-65min ;其中陰陽兩極的主平面之間距離為0.5-2cm，微弧電泳處理液由以下成分組成:磷酸鹽30~60g/L、氫氧化合物0.5~6.0 g/L、氟化物4.0~8.0 g/L、羥基磷灰石0.3~4.0 g/L,其余為純凈水。
2.如權利要求1所述一種生物醫(yī)用鎂合金微弧電泳改性方法，其特征在于，所述鎂合金為Mg-Zn-Ca鎂合金。
3.如權利要求1所述一種生物醫(yī)用鎂合金微弧電泳改性方法，其特征在于，所述磷酸鹽為磷酸鈉、磷酸氫鈉或磷酸氫銨。
4.如權利要求1所述一種生物醫(yī)用鎂合金微弧電泳改性方法，其特征在于，所述氫氧化合物為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
5.如權利要求1所述一種生物醫(yī)用鎂合金微弧電泳改性方法，其特征在于，所述氟化物為氟化鈉或氟化鉀。
6.如權利要求1-5任一所述生物醫(yī)用鎂合金微弧電泳改性方法，其特征在于，所用羥基磷灰石為納米級顆粒；所用磷酸鹽、氫氧化合物、氟化物、羥基磷灰石為分析純試劑；所述純凈水為工業(yè)用純凈水。
7.如權利要求1所述一種生物醫(yī)用鎂合金微弧電泳改性方法，其特征在于，所述微弧電泳處理時間包括升壓時間、保壓時間和電泳反應時間，升壓時間為5-10min，電壓由OV升至140-200V，然后保持電壓恒定，保壓時間為20-40min，保壓結束后，降低電壓至80-100V進行電泳反應，電泳反應時間 為5-15min，反應結束經后處理即得改性鎂合金。
【文檔編號】C25D13/02GK103498184SQ201310418165
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月15日 優(yōu)先權日:2013年9月15日
【發(fā)明者】關紹康, 馬迅, 朱世杰, 王利國, 謝攀, 任晨星, 季川祥 申請人:鄭州大學