本发明涉及医用材料领域，具体涉及医用金属材料的制备，尤其是涉及一种耐久性医用生物金属材料及制备方法。
背景技术：
生物医用材料是指用于医疗上能够植入生物体或与生物组织相结合的材料，可用于诊断、治疗，以及替换生物机体中的组织、器官或增进其功能。目前用于临床的生物医用材料主要包括生物医用金属材料、生物医用有机材料(主要指有机高分子材料)、生物医用无机非金属材料(主要指生物陶瓷)、生物玻璃和碳素材料以及生物医用复合材料等。与生物陶瓷及生物高分子材料相比，生物医用金属材料，如不锈钢、钴基合金、钛和钛合金以及贵金属等具有高的强度、良好的韧性及抗弯曲疲劳强度、优异的加工性能等许多其他医用材料不可替代的优良性能。
生物医用金属材料在应用中面临的主要问题，是由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散以及植入材料自身性质的退变，前者可能导致毒副作用，后者可能导致植入失败。医用金属材料作为生物材料的一类，其研究和发展要严格满足如下从的生物学要求：良好的组织相容性，包括无毒性、无热源反应、不致畸、不致癌、不引起过敏反应或干扰机体的免疫机理、不破坏临近组织，也不发生材料表面的钙化沉着等；良好的物理、化学稳定性，包括强度、弹性、尺寸稳定性、耐腐蚀性、耐磨性以及界面稳定性等；易于加工成型，材料易于制造。
专利申请号201410521965.5公开了一种医用钛金属材料及其制备方法，其具有抗细菌粘附和促成骨细胞生长功能，其包括：钛金属纳米管基体、第一附着层和第二附着层。此发明所述第一附着层为3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层，第二附着层为聚乙二醇类化合物附着层，引入这两个附着层既提高聚乙二醇类化合物在钛金属表面的附着能力，又利用聚乙二醇类化合物提高钛金属抗细菌粘附能力，避免细菌在钛金属表面粘附繁殖。本发明在引入聚乙二醇类化合物附着层的过程中利用分子印迹方法，使钛金属材料具有对成骨细胞分子有效识别的功能，有利于成骨细胞在该材料表面固定生长。
专利申请号201210300218.x公开了一种医用金属表面的生物医用磷酸钙/氧化锌纳米棒阵列复合涂层及其制备方法。复合涂层是由生物医用磷酸钙和生长在医用金属表面的氧化锌纳米棒阵列复合而成，复合涂层的一部分为暴露的氧化锌纳米棒尖端，其余部份为包裹氧化锌纳米棒的磷酸钙；所述的复合涂层兼具光致可调的表面亲水特性和锌离子缓释特性。首先通过水热法在已制备好氧化锌晶种层的医用金属基体表面生长氧化锌纳米棒阵列，然后通过溶胶凝胶旋涂法或浸渍提拉法制备磷酸钙涂层，使氧化锌纳米棒部分暴露，同时磷酸钙起到包裹强化氧化锌纳米棒的作用。
专利申请号201610202141.0公开了一种生物医用金属材料的制备方法，先将氧化锌细粉、氧化镁细粉、六偏磷酸钠、聚甲基丙烯酸、松油醇、醋酸丁酯、蓖麻油、硅烷偶联剂和松香甘油酯混合，在70~90℃条件下反应，再将明胶、大豆卵磷脂、聚丙烯和淀粉钠加至所得反应物中，在8~15℃条件下滴加高锰酸钾溶液，滴加完毕后，搅拌均，升温反应，降至室温，最后反应物滤出，用水清洗，烘干后，即得。
专利申请号201710988994.6公开了一种生物医用金属材料，涉及生物医用材料技术领域，为了解决现有骨修复材料抗菌性能差、不耐腐蚀、与骨的生物力学相容性不好的技术的问题，本发明提供了一种生物医用金属材料。此发明通过细胞外基质蛋白的特性来设计的仿生生物金属材料，通过模拟细胞间相互连接的微环境，诱导骨组织黏附在钛合金表面，分泌大量细胞生长因子，促进炎性细胞的清退；通过骨组织细胞迁移、增殖和分化，最终形成新的有功能的组织，具有与骨的生物力学相容性较好的特点，而且本发明制备的生物医用金属材料还具有硬度高、耐腐蚀性强、抗菌能力强的特点。
由此可见，现有技术中医用生物金属材料容易腐蚀产生毒副作用，存在生物性能较差，对人体危害性大，并且存在耐久性差，使用寿命短等问题。
技术实现要素：
为有效解决上述技术问题，本发明提出了一种耐久性医用生物金属材料及制备方法，可有效提高金属材料的生物相容性，并且耐久性能好。
本发明的具体技术方案如下：
一种耐久性医用生物金属材料的制备方法，所述医用生物金属材料是由表面含多孔磷酸钙涂层的金属材料，浸泡于碱性缓冲溶液、金属盐溶液、生长因子及有机药物组成的复合溶液中，并加热晶化形成紧密保护膜而制得，具体的制备步骤为：
a、利用激光快熔技术使医用金属材料的表面粗化；
b、将磷酸钙和水注入到等离子体火焰中，并喷涂至步骤a得到的表面粗化的金属材料表面，生成多孔的含磷酸钙涂层的金属材料；
c、将氨水与氯化铵配制成ph值为9~10的缓冲溶液，将金属盐溶液滴入处于搅拌状态的缓冲溶液中，加入适合骨修复的生长因子及有机药物，制得复合溶液；
d、将步骤b制得的含磷酸钙涂层的金属材料浸入步骤c制得的复合溶液中，加热进行晶化，再取出金属并干燥，使水滑石在涂层微孔内生长形成紧密的保护膜，制得耐久性医用生物金属材料。
优选的，所述步骤a中，激光的功率为3000~4000w，光斑直径为2~4mm，熔化效率为0.2~0.3m2/h。
优选的，所述步骤a中，医用金属材料为钛金属、钛合金、钴合金、镁合金中的一种。
优选的，所述步骤b中，等离子体火焰的焰流速度为120~150m/s，中心温度为20000~28000°k，喷嘴出口温度为14000~16000°k。
优选的，所述步骤c中，金属盐溶液为含有镁离子与铝离子的溶液，其中，镁离子的质量浓度为4~8%，铝离子的质量浓度为10~15%。
优选的，所述步骤c中，生长因子为sgf、bmp9、tgf-β1、osx、vegf中的至少一种。
优选的，所述步骤c中，有机药物为阿仑膦酸钠、氯膦酸二钠、羟乙膦酸钠、依替膦酸二钠、唑来膦酸中的至少一种。
优选的，所述步骤c中，缓冲溶液47~69重量份、金属盐溶液22~25重量份、生长因子4~8重量份、有机药物5~20重量份。
优选的，所述步骤d中，晶化的加热温度为50~80℃，时间为1~5h。
本发明的创新点在于通过激光处理使金属材料的表面粗化后，利用等离子体火焰的喷涂在粗化的金属表面形成多孔的磷酸钙涂层，进一步浸入可生成水滑石的复合溶液中，使水滑石在涂层微孔内生长，形成致密的保护膜，即可得对金属材料进行良好的保护。同时，将用于骨修复的药物和生长因子加入复合溶液中，在水滑石形成过程中，将药物和生长因子固定在致密的保护膜内，药物可起到缓释作用，并且具有良好的生物性能。
本发明上述内容还提出一种耐久性医用生物金属材料，由以下步骤制得：a、将医用金属材料的表面粗化；b、将磷酸钙和水注入到等离子体火焰后喷涂至金属材料表面，生成多孔的磷酸钙涂层；c、将金属盐溶液滴入氨水与氯化铵的缓冲溶液，加入生长因子及有机药物，制得复合溶液；d、将金属材料浸入复合溶液中，加热后取出干燥，制得耐久性医用生物金属材料。
本发明的有益效果为：
1.提出了通过在金属件表面形成多孔磷酸钙涂层制备耐久性医用生物金属材料的方法。
2.本发明通过在金属件表面形成多孔磷酸钙涂层，并在微孔生长水滑石，形成致密的保护层，提高了金属材料的耐久性。
3.本发明制备中，通过在水滑石形成的过程，将各种促进骨生长的药物、生长因子固定在致密的保护膜，不仅赋予良好的保护性，而且具有显著的生物性能。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
a、利用激光快熔技术使医用金属材料的表面粗化；
b、将磷酸钙和水注入到等离子体火焰中，并喷涂至步骤a得到的表面粗化的金属材料表面，生成多孔的磷酸钙涂层；
c、将氨水与氯化铵配制成ph值为9的缓冲溶液，将金属盐溶液滴入处于搅拌状态的缓冲溶液中，加入适合骨修复的生长因子及有机药物，制得复合溶液；
d、将步骤b制得的含磷酸钙涂层的金属材料浸入步骤c制得的复合溶液中，加热进行晶化，再取出金属并干燥，使水滑石在涂层微孔内生长形成紧密的保护膜，制得耐久性医用生物金属材料。
步骤a中，医用金属材料为钛金属；步骤c中，金属盐溶液为含有镁离子与铝离子的溶液，其中，镁离子的质量浓度为6%，铝离子的质量浓度为12%，生长因子为sgf，有机药物为阿仑膦酸钠；
步骤c中，缓冲溶液58重量份、金属盐溶液24重量份、生长因子6重量份、有机药物12重量份；
步骤a中，激光的功率为3500w，光斑直径为3mm，熔化效率为0.2m2/h；步骤b中，等离子体火焰的焰流速度为135m/s，中心温度为24000°k，喷嘴出口温度为15000°k；步骤d中，晶化的加热温度为65℃，时间为4h。
实施例2
a、利用激光快熔技术使医用金属材料的表面粗化；
b、将磷酸钙和水注入到等离子体火焰中，并喷涂至步骤a得到的表面粗化的金属材料表面，生成多孔的磷酸钙涂层；
c、将氨水与氯化铵配制成ph值为10的缓冲溶液，将金属盐溶液滴入处于搅拌状态的缓冲溶液中，加入适合骨修复的生长因子及有机药物，制得复合溶液；
d、将步骤b制得的含磷酸钙涂层的金属材料浸入步骤c制得的复合溶液中，加热进行晶化，再取出金属并干燥，使水滑石在涂层微孔内生长形成紧密的保护膜，制得耐久性医用生物金属材料。
步骤a中，医用金属材料为钛合金；步骤c中，金属盐溶液为含有镁离子与铝离子的溶液，其中，镁离子的质量浓度为4%，铝离子的质量浓度为10%，生长因子为sgf，有机药物为氯膦酸二钠；
步骤c中，缓冲溶液69重量份、金属盐溶液22重量份、生长因子4重量份、有机药物5重量份；
步骤a中，激光的功率为3000w，光斑直径为2mm，熔化效率为0.2m2/h；步骤b中，等离子体火焰的焰流速度为120m/s，中心温度为20000°k，喷嘴出口温度为14000°k；步骤d中，晶化的加热温度为50℃，时间为5h。
实施例3
a、利用激光快熔技术使医用金属材料的表面粗化；
b、将磷酸钙和水注入到等离子体火焰中，并喷涂至步骤a得到的表面粗化的金属材料表面，生成多孔的磷酸钙涂层；
c、将氨水与氯化铵配制成ph值为9的缓冲溶液，将金属盐溶液滴入处于搅拌状态的缓冲溶液中，加入适合骨修复的生长因子及有机药物，制得复合溶液；
d、将步骤b制得的含磷酸钙涂层的金属材料浸入步骤c制得的复合溶液中，加热进行晶化，再取出金属并干燥，使水滑石在涂层微孔内生长形成紧密的保护膜，制得耐久性医用生物金属材料。
步骤a中，医用金属材料为钴合金；步骤c中，金属盐溶液为含有镁离子与铝离子的溶液，其中，镁离子的质量浓度为5%，铝离子的质量浓度为11%，生长因子为sgf，有机药物为羟乙膦酸钠；
步骤c中，缓冲溶液62重量份、金属盐溶液23重量份、生长因子5重量份、有机药物10重量份；
步骤a中，激光的功率为3200w，光斑直径为4mm，熔化效率为0.m2/h；步骤b中，等离子体火焰的焰流速度为130m/s，中心温度为21000°k，喷嘴出口温度为14500°k；步骤d中，晶化的加热温度为60℃，时间为4h。
实施例4
a、利用激光快熔技术使医用金属材料的表面粗化；
b、将磷酸钙和水注入到等离子体火焰中，并喷涂至步骤a得到的表面粗化的金属材料表面，生成多孔的磷酸钙涂层；
c、将氨水与氯化铵配制成ph值为10的缓冲溶液，将金属盐溶液滴入处于搅拌状态的缓冲溶液中，加入适合骨修复的生长因子及有机药物，制得复合溶液；
d、将步骤b制得的含磷酸钙涂层的金属材料浸入步骤c制得的复合溶液中，加热进行晶化，再取出金属并干燥，使水滑石在涂层微孔内生长形成紧密的保护膜，制得耐久性医用生物金属材料。
步骤a中，医用金属材料为镁合金；步骤c中，金属盐溶液为含有镁离子与铝离子的溶液，其中，镁离子的质量浓度为8%，铝离子的质量浓度为15%，生长因子为sgf，有机药物为依替膦酸二钠；
步骤c中，缓冲溶液47重量份、金属盐溶液25重量份、生长因子8重量份、有机药物20重量份；
步骤a中，激光的功率为4000w，光斑直径为4mm，熔化效率为0.3m2/h；步骤b中，等离子体火焰的焰流速度为150m/s，中心温度为28000°k，喷嘴出口温度为16000°k；步骤d中，晶化的加热温度为80℃，时间为1h。
实施例5
a、利用激光快熔技术使医用金属材料的表面粗化；
b、将磷酸钙和水注入到等离子体火焰中，并喷涂至步骤a得到的表面粗化的金属材料表面，生成多孔的磷酸钙涂层；
c、将氨水与氯化铵配制成ph值为9的缓冲溶液，将金属盐溶液滴入处于搅拌状态的缓冲溶液中，加入适合骨修复的生长因子及有机药物，制得复合溶液；
d、将步骤b制得的含磷酸钙涂层的金属材料浸入步骤c制得的复合溶液中，加热进行晶化，再取出金属并干燥，使水滑石在涂层微孔内生长形成紧密的保护膜，制得耐久性医用生物金属材料。
步骤a中，医用金属材料为钛金属；步骤c中，金属盐溶液为含有镁离子与铝离子的溶液，其中，镁离子的质量浓度为7%，铝离子的质量浓度为14%，生长因子为sgf，有机药物为唑来膦酸；
步骤c中，缓冲溶液52重量份、金属盐溶液24重量份、生长因子7重量份、有机药物17重量份；
步骤a中，激光的功率为3800w，光斑直径为4mm，熔化效率为0.3m2/h；步骤b中，等离子体火焰的焰流速度为140m/s，中心温度为27000°k，喷嘴出口温度为15500°k；步骤d中，晶化的加热温度为70℃，时间为2h。
对比例1
a、将氨水与氯化铵配制成ph值为9的缓冲溶液，将金属盐溶液滴入处于搅拌状态的缓冲溶液中，加入适合骨修复的生长因子及有机药物，制得复合溶液；
b、将金属材料浸入步骤c制得的复合溶液中，加热进行晶化，再取出金属并干燥，使水滑石在涂层微孔内生长形成紧密的保护膜，制得耐久性医用生物金属材料。
步骤a中，金属盐溶液为含有镁离子与铝离子的溶液，其中，镁离子的质量浓度为6%，铝离子的质量浓度为12%，生长因子为sgf，有机药物为阿仑膦酸钠；步骤b中，医用金属材料为钛金属；
步骤a中，缓冲溶液58重量份、金属盐溶液24重量份、生长因子6重量份、有机药物12重量份；
步骤b中，晶化的加热温度为65℃，时间为4h。
上述实施例1~5及对比例1制得的医用生物金属材料，测试其生物相容性及金属腐蚀率，测试表征的方法或条件如下：
生物相容性及耐久性试验：实验动物选取2~2.5kg的新西兰大白兔，在实验兔的竖脊肌左右侧分别植入直径3mm、长10mm的本发明制得的金属材料，准确称量m0，术后观察兔子的活动、进食、睡眠、创口、皮下气肿及纤维囊情况，术后12周处死动物，取出金属材料，观察金属材料表面腐蚀降解情况，并对肾组织he染色切片，评价肾组织毒性情况，准确称量金属材料质量m1，根据公式（m0-m1）/m0×100%。
结果如表1所示。
表1：