一种可控降解的镁基金属材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于医用生物材料领域，涉及一种可控降解的镁基金属材料，本发明可控 降解的镁基金属材料表面涂覆有单宁酸改性的生物活性玻璃成分，其中单宁酸改性的生物 活性玻璃成分是纳米生物活性玻璃颗粒通过接枝单宁酸形成，通过控制单宁酸的用量、添 加氨基结构化合物及单宁酸改性的生物活性玻璃的涂覆厚度，可以有效的控制镁基金属材 料的降解时间和抗腐蚀性能。
【背景技术】
[0002] 镁是人体代谢必需的元素，在人体内的含量仅次于钾、钠、钙，骨组织中大约占体 内所有镁的一半。研究认为镁是许多酶的辅助因子，具有稳定DNA和RNA结构；在体内镁通 过肾脏和肠道保持在0. 7和1. 05mmol/L之间；镁可刺激新骨生长，组织相容性好。镁的主 要缺点是低耐蚀性，在pH(7. 4-7. 6)的生理环境中，镁具有很强的还原作用从而在组织充 分愈合前丢失力学完整性，并产生机体无法及时吸收的氢气。早期应用于人体中的镁基材 料植入体内后产生大量的气体导致镁无法应用于人体，所以制备可控降解的镁基合金，使 镁降解过程中产生的氢气被组织液代谢掉具有非常现实的意义。
[0003] 生理环境下镁快速腐蚀是作为于骨科植入的最大限制，为此，研究者们通过各种 方法对镁进行表面改性，以期得到可控降解的镁合金材料；也有的研究者在镁中添加Zn、 Ca等金属成分，期望能得到加工和降解性能更好的镁合金材料。
[0004] 生物活性玻璃（BAG)是一种质硬、固态透明的生物活性材料。它由Si02、Na20、Ca0、 和P205等物质组成。生物活性玻璃的主要成分是硅酸盐，植入体内后其表面可形成一种高 反应性的富硅凝胶层。它具有良好的生物相容性和力学性能，其特点是具有迅速的成骨作 用，多数生物活性玻璃是A类生物活性材料，既有骨生成性（osteoproductive)，又有骨引 导（osteoconductive)，与骨和软组织都有良好的结合性。因此，BAG被认为是可应用在修 复领域的良好生物材料。
[0005]BAG与生理溶液接触后，其中的Na等离子与溶液中的H+迅速交换，导致局部环境 pH值升高；Si02&Si(0H) 4的形式溶于溶液中，在界面处形成Si-ΟΗ，并在粒子表面形成富 含硅溶胶的凝胶层。该层为钙磷的沉积提供了场所。开始钙磷层呈无定形状态，随着厚度和 结晶尺寸的增加而转变成为羟基磷灰石（HA)晶体，其表面反应释放的可溶性硅、钙、磷和 钠离子，可以增强材料界面细胞的胞内和胞外反应，促进成骨细胞或其前体的增殖和分化， 调节成骨基因的表达以及生长因子的产生，因此，BAG具有很强的生物诱导活性，其诱导成 骨的能力优于HA。由于BAG表面存在大量的硅羟基，因此可将其作为改性的桥梁，将改性分 子引入到其表面，从而改善其界面相容性。金属镁和聚乳酸等可降解材料复合制备医用植 入材料的研究得到了广泛的报道，研究镁基合金表面涂覆不同厚度的聚乳酸材料，实验发 现，聚乳酸直接涂覆的厚度与镁丝的降解之间没有出现线性关系，其中有一组材料中涂覆 后的反而比涂覆薄的，其中的高纯镁丝降解的更快，可能是聚乳酸涂层越厚，降解过程中形 成的酸性环境使包覆在内部的镁降解的速度越快，因此很难制备出可控降解的镁基合金聚 乳酸医用材料。
[0006] 将改性生物活性玻璃均匀涂覆在高纯镁的表面，改性生物活性玻璃不但可降低聚 乳酸降解形成的酸性环境，而且可以通过控制改性生物活性玻璃接枝聚乳酸的分子量以 及涂层的厚度，可以有效的控制镁丝的降解时间；改性生物活性玻璃，还可以作为一种新型 成核剂，在可吸收骨科植入材料加工过程中能提高聚乳酸材料的结晶度，从而提高材料的 机械强度。专利CN104415403A公开了一种可控降解的镁基金属材料，该可控降解的镁基 金属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纳米生物活性 玻璃颗粒通过接枝聚乳酸形成，通过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种类及涂覆厚度，可以有效的控制镁基金属材料的降解时间。虽然 其所制备的镁基金属材料的降解时间得以延长，但是还未能达到理想水平。
【发明内容】
[0007] 针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种可控降解的镁基金属材料，其中 该镁基金属材料表面涂覆有单宁酸改性的生物活性玻璃成分，单宁酸改性的生物活性玻璃 成分是纳米生物活性玻璃颗粒通过接枝单宁酸形成，控制改性生物活性玻璃成分中接枝单 宁酸的用量、添加氨基结构化合物及单宁酸改性的生物活性玻璃的涂层厚度，可以控制镁 基金属材料的降解时间，其中改性生物活性玻璃成分中单宁酸在材料中的质量分数为含量 范围为30-50%，例如30%、35%、40%、45%或50%等；优选改性生物活性玻璃成分中单宁 酸在材料中的质量分数为含量范围为35-40%。
[0008] 其中，本发明中将具有酚羟基结构的单宁酸接枝到生物活性玻璃上，不仅可以引 入有效官能团，同时单宁酸可以与金属离子发生反应，形成稳定的络合物，覆盖在金属表 面，起到屏蔽和钝化作用，进而延长降解时间。
[0009] 本发明中，所述氨基结构化合物为精氨酸、赖氨酸、丁二胺、己二胺或胱氨酸中任 意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：精氨酸和赖氨酸的组合，赖氨 酸和丁二胺的组合，己二胺和胱氨酸的组合，精氨酸、赖氨酸、丁二胺、己二胺和胱氨酸的组 合等。本发明所添加的氨基结构化合物可以与单宁酸和生物活性玻璃发生反应，形成交联 聚合涂层。
[0010] 本发明中，所述氨基结构化合物为精氨酸和赖氨酸的组合物。
[0011] 本发明中，上述可控降解的镁基金属材料，该材料的准备方法如下：
[0012] A、采用文献公开的溶胶凝胶技术（具体见实施例）制备富含Si02的纳米生物活 性玻璃颗粒，其中纳米生物活性玻璃中Si02质量百分比范围为35% -60%，其它成分分别 为Na20、CaO与P205,优选比例为：Si02-45 . 0% ;Na20-24. 5% ;Ca〇-24. 5% ;Ρ205-6· 0% ;
[0013] Β、将干燥的纳米生物玻璃颗粒放入圆底烧瓶中，分散在无水甲苯溶液中，在氮气 保护下加入单宁酸，开环聚合，反应30-40h，例如30h、32h、34h、36h、38h或40h等，反应产物 用有机溶剂洗涤多次，得到接枝单宁酸的生物玻璃；
[0014] C、将接枝单宁酸的生物玻璃与氨基结构化合物用溶剂溶解混合均匀制成复合材 料；
[0015] D、将镁基金属材料表面打磨清洗后，采用文献公开的溶胶-凝胶法将本发明C步 骤制备的复合材料均匀喷涂在镁基金属材料表面，喷涂的厚度根据产品的降解要求决定， 挥干溶剂即得本发明权利要求1所述的可控降解的镁基金属材料；
[0016]E、将本发明D步骤得到的可控降解的镁基金属材料，采用不同的模具成型及加工 技术可以制造成腔道支架、骨钉、骨板和骨粒。
[0017] 本发明制备涂层的方法选择了溶胶-凝胶法，该方法是将涂层配料制成溶胶，使 之均匀覆盖于基体的表面，由于溶剂迅速挥发，配料发生缩聚反应而胶化，再经干燥和热处 理，即可获得涂层。与等离子喷涂技术相比，用溶胶-凝胶法制备生物陶瓷薄膜具有以下优 占.
[0018] (1)制备温度低，从而避免了高温分解和热应力过大；
[0019] (2)虽然溶胶凝胶法的产物可以是无定形，也可以是结晶态，但由于反应在原子、 分子水平上进行，因此可在最大程度上提高其化学各向同性；
[0020] (3)材料制备过程易于控制，产物纯度高；
[0021] (4)可以在形态复杂的种植体表面形成均匀的涂层；
[0022] (5)涂层厚度薄且可以控制，可以形成数微米厚的涂层，几乎不改变原种植体表面 形态，为保证改性生物玻璃不发生分解，本发明采用该方法完成喷涂。
[0023] 本发明中，所述镁基金属包括纯镁及镁基合金，其中镁基合金为纯镁中添加铁、 钙、锌、铜和钴中任意一种或至少两种的组合，纯镁中镁的含量大于99%，镁基合金中镁的 纯度大于95. 0%。
[0024] 本发明中，所述镁基金属形状可以是带状、丝状或粉末状。
[0025] 优选地，所述镁基金属为镁丝、镁带或镁粉粒中任意一种，根据实际需要其镁丝直 径或镁带的厚度范围为0. 1-2. 0mm，镁粉粒度范围为80-1000目。
[0026] 本发明可控降解的镁基金属材料，可以制造成腔道支架、骨钉、骨板和骨粒，应用 于腔道支撑、骨创伤外科、骨缺损修复材料、整形美容。
[0027] 本发明提到的有机溶剂选自常见可溶解塑料（PVC、PC、PE、ABS、PET、PP)的溶剂， 包括：苯、甲苯、对二甲苯、三氯苯、丙酮、乙醚、癸烷、十氢化萘、低级醇、乙酸异戊酯、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、低级醇、环己酮、甲酮、二甲基甲酰胺、庚烷、二甲氨基甲酰胺、四氢呋喃、石油醚、二 甲亚砜、对苯二甲酸乙二醇酯、间甲酚、邻氯酚、硝基苯等，优选低毒溶剂，比如：甲苯、对二 甲苯、癸烷、乙酸异戊酯、己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、环己酮、甲酮、二甲基甲酰胺、庚