CN106075600A - 一种医用可降解磷酸钙涂层镁合金的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医用可降解磷酸钙涂层镁合金的制备方法，属于医用合金制备领域。本发明首先将猪骨蒸煮后自然发霉，再经粉碎后与霉菌混合，再以霉菌体内酶为催化剂，催化橙皮和柠檬皮中酸性物质溶解猪骨中的钙质，与磷酸铵溶液在弱碱性和加热条件下反应，再以备用下层沉淀物促进陈化过程中的结晶行为，再将所得结晶煅烧得到涂层粉体材料，通过电泳沉积于用氢氟酸活化后的镁合金表面，制得医用可降解磷酸钙涂层镁合金。本发明辅以猪骨中钙质为涂层材料，与人体组织相容性好，不发生免疫排斥反应，且经涂层处理后，镁合金在人体内降解速度减缓，降解产物为钙盐，可作为组织重生的营养成分被人体吸收，使患者提前康复。

Description

一种医用可降解磷酸钙涂层镁合金的制备方法

技术领域

本发明公开了一种医用可降解磷酸钙涂层镁合金的制备方法，属于医用合金制备领域。

背景技术

随着社会人口急剧增加，生活水平不断提高，交通工具大量涌现，生活节奏加快，交通事故和运动创伤等意外伤害频发，骨折和骨缺损常有发生。在骨组织修复过程中，有时需要在人体内植入组织修复材料辅助受伤组织的生长和愈合。金属材料、陶瓷材料和有机高分子材料等都在人工硬组织材料中得到了应用。其中金属材料包括不锈钢、钛基合金和钴基合金等，由于具有较高的强度、良好的韧性和化学稳定性等优点，广泛应用于硬组织替换和修复植入体等方面。但是，上述金属材料在临床应用过程中也存在弊端，例如在人体内非常稳定，无法自发讲解，其作为硬组织修复植入材料植入人体后，在受损组织完全愈合后，需要通过进行二次手术将植入体取出，而二次手术既增加了患者的痛苦，又增加了其经济负担。此外，目前常用的金属硬组织修复材料的力学性能与人骨存在较大的差异，容易造成应力遮挡效应，降低了植入材料和组织结合的稳定性。

另外，这些金属材料大多含有毒性金属元素，作为植入体植入人体后，在人体组织中腐蚀和磨损会释放出对人体有害的金属离子和磨屑，诱发炎症的产生，从而对人体产生不利的副作用。目前临床上也有一些可降解聚合物用作硬组织替代材料，但是这类高分子材料仍然有明显的缺陷，其力学性能通常较低，不能满足承重部位组织的修复，限制了其应用范围。且其降解产生的酸性环境容易导致炎症的发生。因此开发新型的具有良好生物相容性和良好力学性能的可降解生物金属材料成为当前研究的一个热点问题。

金属纯镁的化学性质十分活泼，其标准电极电位为-2.37V，在含有氯离子的人体生理环境中耐蚀性更差。由于镁及其合金可在生理电解质环境中通过腐蚀而发生降解，在可降解硬组织修复材料领域显示了巨大的潜在应用前景。镁也是人体组织生长所必须的微量元素之一，镁元素在人体内含量仅次于钙、钠、钾，可参与人体内许多重要的新陈代谢过程。镁合金具有优异的力学性能，其抗拉和抗压强度与人骨接近，因而镁合金作为硬组织替代材料能够有效的降低应力遮挡效应。由此可见，镁及其合金作为新型的生物可降解金属，修复和替代受损硬组织具有明显的优势。

尽管镁及镁合金具有上述诸多优点，但是其作为硬组织替代材料在临床上应用还存在许多问题。首先，在生理环境中，镁合金降解速度过快，在组织还没有愈合的时候，其已经失去了固有的力学性能，不能对损伤组织形成很好的固定和保护。由于降解速度过快，降解产物氢气会在皮下形成气泡，降解产物OH^-会改变周围组织的pH值，影响周围组织细胞的生长。镁合金是没有生物活性的惰性材料，不能与骨直接结合，不具有骨诱导效应，在作为植入材料和固定材料时，不能对骨组织的生长形成刺激，难以促进骨组织生长，因此需要对其表面进行特定的处理，提高医用镁合金在人体内的耐腐蚀性和生物活性。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对传统医用镁合金在使用过程中出现的，作为硬组织替代材料在生理环境中降解速度过快，且降解产物会改变组织周围的pH值，影响周围组织细胞的生长的问题，提供了一种医用可降解磷酸钙涂层镁合金的制备方法，本发明首先将猪骨蒸煮后自然发霉，再经粉碎后与霉菌混合，再以霉菌体内酶为催化剂，催化橙皮和柠檬皮中酸性物质溶解猪骨中的钙质，与磷酸铵溶液在弱碱性和加热条件下反应，再以备用下层沉淀物促进陈化过程中的结晶行为，再将所得结晶煅烧得到涂层粉体材料，通过电泳沉积于用氢氟酸活化后的镁合金表面，制得医用可降解磷酸钙涂层镁合金。本发明辅以猪骨中钙质为涂层材料，与人体组织相容性好，不发生免疫排斥反应，且经涂层处理后，镁合金在人体内降解速度减缓，降解产物为钙盐，可作为组织重生的营养成分被人体吸收，使患者提前康复。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）称取猪骨1～2kg，人工清洗剔除表面猪肉后，放入盛有2～3L清水的蒸锅中，加热升温至95～98℃，蒸煮2～4h，取出，将其平铺于菠萝筛中，在20～25℃气温条件下，静置5～8天，使其表面自然发霉；

（2）将上述所得发霉猪骨转入万能粉碎机中，粉碎后出料，得发霉猪骨粉，称取200～300g所得发霉猪骨粉，20～30g碳酸钙粉末，加入盛有600～800mL去离子水的反应釜中，再加入200～250g新鲜橙皮，150～180g新鲜柠檬皮，启动搅拌器，以1500～1800r/min转速搅拌反应1～2h，随后停止搅拌，静置24～36h，离心分离，将下层沉淀物分离备用，将上清液转入烧杯中；

（3）在带搅拌的三口烧瓶中，依次加入200～300mL上述所得上清液，120～180mL质量浓度为20～28%磷酸铵溶液，16～28g步骤（2）备用下层沉淀物，用质量浓度为8～10%氨水调节pH至8.2～8.8，随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，设定搅拌转速至600～680r/min，加热升温至75～85℃，恒温搅拌反应6～8h；

（4）待反应结束，将三口烧瓶中物料转入烧杯中，静置，自然冷却至室温，随后陈化12～18h，过滤，除去滤液，用去离子水洗涤滤渣3～5次，再用无水乙醇洗涤滤渣2～4次，将滤渣转入95～105℃烘箱中，干燥至恒重，再将所得干燥滤渣转入800～850℃马弗炉中，煅烧30～36min，随炉冷却至室温，再将粉末置于研钵中研磨，得涂层粉体原料，备用；

（5）将AZ31压轧镁合金板材切割成10mm×20mm×2mm的长方形薄片，用金相砂纸打磨至表面均匀光滑为止，随后将其置于质量浓度为6～8%氢氟酸溶液中浸泡6～8min，取出，用去离子水洗涤3～5次，再将样件置于盛有100～120mL质量浓度为75～80%乙醇溶液的烧杯中浸泡3～6min，取出，用去离子水洗涤至中性，得活化镁合金薄片，备用；

（6）在烧杯中，依次加入12～18g步骤（4）备用涂层粉体材料，160～180mL无水乙醇，60～80mL去离子水，用质量浓度为6～8%氨水调节pH至8.6～9.0，再将烧杯置于超声振荡仪中，以15～25kHz功率，超声处理10～18min，得电泳沉积悬浮液；

（7）以步骤（5）备用活化镁合金薄片为阴极，碳棒为阳极，浸入盛有150～200mL上述所得电泳沉积悬浮液的电解池中，调节电场强度为4.8～5.6V/cm，电泳沉积30～45min，待电泳沉积结束后，将阴极材料置于80～90℃烘箱中干燥2～4h，即得医用可降解磷酸钙涂层镁合金。

本发明的具体应用方法：

称取200～300g本发明所得涂层镁合金材料，经人工切割裁剪成指定形状，用质量浓度为75～80%酒精消毒处理，随后作为硬组织替代物植入患者体内，观察患者病情，患者未出现免疫排斥反应，患处组织康复时间较常规硬组织替代物提前了2～4个月，患者康复后，植入物缓慢降解，被人体吸收。

本发明的有益效果：

（1）本发明所得医用可降解磷酸钙涂层镁合金材料作为硬组织替代物植入人体后，相容性好，不发生免疫排斥反应，降解产生的钙盐可作为营养物质被人体吸收，减缓患者痛苦，促使患者早日康复；

（2）本发明的原料廉价易得，制备过程中不需要大型设备投入，生产成本低，减少了患者的经济负担，可作为医用硬组织替代物推广使用。

具体实施方式

称取猪骨1～2kg，人工清洗剔除表面猪肉后，放入盛有2～3L清水的蒸锅中，加热升温至95～98℃，蒸煮2～4h，取出，将其平铺于菠萝筛中，在20～25℃气温条件下，静置5～8天，使其表面自然发霉；将上述所得发霉猪骨转入万能粉碎机中，粉碎后出料，得发霉猪骨粉，称取200～300g所得发霉猪骨粉，20～30g碳酸钙粉末，加入盛有600～800mL去离子水的反应釜中，再加入200～250g新鲜橙皮，150～180g新鲜柠檬皮，启动搅拌器，以1500～1800r/min转速搅拌反应1～2h，随后停止搅拌，静置24～36h，离心分离，将下层沉淀物分离备用，将上清液转入烧杯中；在带搅拌的三口烧瓶中，依次加入200～300mL上述所得上清液，120～180mL质量浓度为20～28%磷酸铵溶液，16～28g备用下层沉淀物，用质量浓度为8～10%氨水调节pH至8.2～8.8，随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，设定搅拌转速至600～680r/min，加热升温至75～85℃，恒温搅拌反应6～8h；待反应结束，将三口烧瓶中物料转入烧杯中，静置，自然冷却至室温，随后陈化12～18h，过滤，除去滤液，用去离子水洗涤滤渣3～5次，再用无水乙醇洗涤滤渣2～4次，将滤渣转入95～105℃烘箱中，干燥至恒重，再将所得干燥滤渣转入800～850℃马弗炉中，煅烧30～36min，随炉冷却至室温，再将粉末置于研钵中研磨，得涂层粉体原料，备用；将AZ31压轧镁合金板材切割成10mm×20mm×2mm的长方形薄片，用金相砂纸打磨至表面均匀光滑为止，随后将其置于质量浓度为6～8%氢氟酸溶液中浸泡6～8min，取出，用去离子水洗涤3～5次，再将样件置于盛有100～120mL质量浓度为75～80%乙醇溶液的烧杯中浸泡3～6min，取出，用去离子水洗涤至中性，得活化镁合金薄片，备用；在烧杯中，依次加入12～18g备用涂层粉体材料，160～180mL无水乙醇，60～80mL去离子水，用质量浓度为6～8%氨水调节pH至8.6～9.0，再将烧杯置于超声振荡仪中，以15～25kHz功率，超声处理10～18min，得电泳沉积悬浮液；以备用活化镁合金薄片为阴极，碳棒为阳极，浸入盛有150～200mL上述所得电泳沉积悬浮液的电解池中，调节电场强度为4.8～5.6V/cm，电泳沉积30～45min，待电泳沉积结束后，将阴极材料置于80～90℃烘箱中干燥2～4h，即得医用可降解磷酸钙涂层镁合金。

实例1

称取猪骨1kg，人工清洗剔除表面猪肉后，放入盛有2L清水的蒸锅中，加热升温至95℃，蒸煮2h，取出，将其平铺于菠萝筛中，在20℃气温条件下，静置5天，使其表面自然发霉；将上述所得发霉猪骨转入万能粉碎机中，粉碎后出料，得发霉猪骨粉，称取200g所得发霉猪骨粉，20g碳酸钙粉末，加入盛有600mL去离子水的反应釜中，再加入200g新鲜橙皮，150g新鲜柠檬皮，启动搅拌器，以1500r/min转速搅拌反应1h，随后停止搅拌，静置24h，离心分离，将下层沉淀物分离备用，将上清液转入烧杯中；在带搅拌的三口烧瓶中，依次加入200mL上述所得上清液，120mL质量浓度为20%磷酸铵溶液，16g备用下层沉淀物，用质量浓度为8%氨水调节pH至8.2，随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，设定搅拌转速至600r/min，加热升温至75℃，恒温搅拌反应6h；待反应结束，将三口烧瓶中物料转入烧杯中，静置，自然冷却至室温，随后陈化12h，过滤，除去滤液，用去离子水洗涤滤渣3次，再用无水乙醇洗涤滤渣2次，将滤渣转入95℃烘箱中，干燥至恒重，再将所得干燥滤渣转入800℃马弗炉中，煅烧30min，随炉冷却至室温，再将粉末置于研钵中研磨，得涂层粉体原料，备用；将AZ31压轧镁合金板材切割成10mm×20mm×2mm的长方形薄片，用金相砂纸打磨至表面均匀光滑为止，随后将其置于质量浓度为6%氢氟酸溶液中浸泡6min，取出，用去离子水洗涤3次，再将样件置于盛有100mL质量浓度为75%乙醇溶液的烧杯中浸泡3min，取出，用去离子水洗涤至中性，得活化镁合金薄片，备用；在烧杯中，依次加入12g备用涂层粉体材料，160mL无水乙醇，60mL去离子水，用质量浓度为6%氨水调节pH至8.6，再将烧杯置于超声振荡仪中，以15kHz功率，超声处理10min，得电泳沉积悬浮液；以备用活化镁合金薄片为阴极，碳棒为阳极，浸入盛有150mL上述所得电泳沉积悬浮液的电解池中，调节电场强度为4.8V/cm，电泳沉积30min，待电泳沉积结束后，将阴极材料置于80℃烘箱中干燥2h，即得医用可降解磷酸钙涂层镁合金。

本发明的具体应用方法：

称取200g本发明所得涂层镁合金材料，经人工切割裁剪成指定形状，用质量浓度为75%酒精消毒处理，随后作为硬组织替代物植入患者体内，观察患者病情，患者未出现免疫排斥反应，患处组织康复时间较常规硬组织替代物提前了2个月，患者康复后，植入物缓慢降解，被人体吸收。

实例2

称取猪骨1.2kg，人工清洗剔除表面猪肉后，放入盛有2.3L清水的蒸锅中，加热升温至96℃，蒸煮2.4h，取出，将其平铺于菠萝筛中，在22℃气温条件下，静置6天，使其表面自然发霉；将上述所得发霉猪骨转入万能粉碎机中，粉碎后出料，得发霉猪骨粉，称取260g所得发霉猪骨粉，28g碳酸钙粉末，加入盛有680mL去离子水的反应釜中，再加入220g新鲜橙皮，160g新鲜柠檬皮，启动搅拌器，以1600r/min转速搅拌反应1.2h，随后停止搅拌，静置28h，离心分离，将下层沉淀物分离备用，将上清液转入烧杯中；在带搅拌的三口烧瓶中，依次加入260mL上述所得上清液，160mL质量浓度为26%磷酸铵溶液，24g备用下层沉淀物，用质量浓度为9%氨水调节pH至8.6，随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，设定搅拌转速至660r/min，加热升温至80℃，恒温搅拌反应7h；待反应结束，将三口烧瓶中物料转入烧杯中，静置，自然冷却至室温，随后陈化16h，过滤，除去滤液，用去离子水洗涤滤渣4次，再用无水乙醇洗涤滤渣3次，将滤渣转入100℃烘箱中，干燥至恒重，再将所得干燥滤渣转入820℃马弗炉中，煅烧35min，随炉冷却至室温，再将粉末置于研钵中研磨，得涂层粉体原料，备用；将AZ31压轧镁合金板材切割成10mm×20mm×2mm的长方形薄片，用金相砂纸打磨至表面均匀光滑为止，随后将其置于质量浓度为7%氢氟酸溶液中浸泡7min，取出，用去离子水洗涤4次，再将样件置于盛有110mL质量浓度为78%乙醇溶液的烧杯中浸泡5min，取出，用去离子水洗涤至中性，得活化镁合金薄片，备用；在烧杯中，依次加入16g备用涂层粉体材料，170mL无水乙醇，70mL去离子水，用质量浓度为7%氨水调节pH至8.8，再将烧杯置于超声振荡仪中，以20kHz功率，超声处理16min，得电泳沉积悬浮液；以备用活化镁合金薄片为阴极，碳棒为阳极，浸入盛有180mL上述所得电泳沉积悬浮液的电解池中，调节电场强度为5.2V/cm，电泳沉积40min，待电泳沉积结束后，将阴极材料置于85℃烘箱中干燥3h，即得医用可降解磷酸钙涂层镁合金。

本发明的具体应用方法：

称取260g本发明所得涂层镁合金材料，经人工切割裁剪成指定形状，用质量浓度为78%酒精消毒处理，随后作为硬组织替代物植入患者体内，观察患者病情，患者未出现免疫排斥反应，患处组织康复时间较常规硬组织替代物提前了3个月，患者康复后，植入物缓慢降解，被人体吸收。

实例3

称取猪骨2kg，人工清洗剔除表面猪肉后，放入盛有3L清水的蒸锅中，加热升温至98℃，蒸煮4h，取出，将其平铺于菠萝筛中，在25℃气温条件下，静置8天，使其表面自然发霉；将上述所得发霉猪骨转入万能粉碎机中，粉碎后出料，得发霉猪骨粉，称取300g所得发霉猪骨粉，30g碳酸钙粉末，加入盛有800mL去离子水的反应釜中，再加入250g新鲜橙皮，180g新鲜柠檬皮，启动搅拌器，以1800r/min转速搅拌反应2h，随后停止搅拌，静置36h，离心分离，将下层沉淀物分离备用，将上清液转入烧杯中；在带搅拌的三口烧瓶中，依次加入300mL上述所得上清液，180mL质量浓度为28%磷酸铵溶液，28g备用下层沉淀物，用质量浓度为10%氨水调节pH至8.8，随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，设定搅拌转速至680r/min，加热升温至85℃，恒温搅拌反应8h；待反应结束，将三口烧瓶中物料转入烧杯中，静置，自然冷却至室温，随后陈化18h，过滤，除去滤液，用去离子水洗涤滤渣5次，再用无水乙醇洗涤滤渣4次，将滤渣转入105℃烘箱中，干燥至恒重，再将所得干燥滤渣转入850℃马弗炉中，煅烧36min，随炉冷却至室温，再将粉末置于研钵中研磨，得涂层粉体原料，备用；将AZ31压轧镁合金板材切割成10mm×20mm×2mm的长方形薄片，用金相砂纸打磨至表面均匀光滑为止，随后将其置于质量浓度为8%氢氟酸溶液中浸泡8min，取出，用去离子水洗涤5次，再将样件置于盛有120mL质量浓度为80%乙醇溶液的烧杯中浸泡6min，取出，用去离子水洗涤至中性，得活化镁合金薄片，备用；在烧杯中，依次加入18g备用涂层粉体材料，180mL无水乙醇，80mL去离子水，用质量浓度为6～8%氨水调节pH至9.0，再将烧杯置于超声振荡仪中，以25kHz功率，超声处理18min，得电泳沉积悬浮液；以备用活化镁合金薄片为阴极，碳棒为阳极，浸入盛有200mL上述所得电泳沉积悬浮液的电解池中，调节电场强度为5.6V/cm，电泳沉积45min，待电泳沉积结束后，将阴极材料置于90℃烘箱中干燥4h，即得医用可降解磷酸钙涂层镁合金。

本发明的具体应用方法：

称取300g本发明所得涂层镁合金材料，经人工切割裁剪成指定形状，用质量浓度为80%酒精消毒处理，随后作为硬组织替代物植入患者体内，观察患者病情，患者未出现免疫排斥反应，患处组织康复时间较常规硬组织替代物提前了4个月，患者康复后，植入物缓慢降解，被人体吸收。

Claims (1)

1.一种医用可降解磷酸钙涂层镁合金的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）称取猪骨1～2kg，人工清洗剔除表面猪肉后，放入盛有2～3L清水的蒸锅中，加热升温至95～98℃，蒸煮2～4h，取出，将其平铺于菠萝筛中，在20～25℃气温条件下，静置5～8天，使其表面自然发霉；

（2）将上述所得发霉猪骨转入万能粉碎机中，粉碎后出料，得发霉猪骨粉，称取200～300g所得发霉猪骨粉，20～30g碳酸钙粉末，加入盛有600～800mL去离子水的反应釜中，再加入200～250g新鲜橙皮，150～180g新鲜柠檬皮，启动搅拌器，以1500～1800r/min转速搅拌反应1～2h，随后停止搅拌，静置24～36h，离心分离，将下层沉淀物分离备用，将上清液转入烧杯中；

（3）在带搅拌的三口烧瓶中，依次加入200～300mL上述所得上清液，120～180mL质量浓度为20～28%磷酸铵溶液，16～28g步骤（2）备用下层沉淀物，用质量浓度为8～10%氨水调节pH至8.2～8.8，随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，设定搅拌转速至600～680r/min，加热升温至75～85℃，恒温搅拌反应6～8h；

（4）待反应结束，将三口烧瓶中物料转入烧杯中，静置，自然冷却至室温，随后陈化12～18h，过滤，除去滤液，用去离子水洗涤滤渣3～5次，再用无水乙醇洗涤滤渣2～4次，将滤渣转入95～105℃烘箱中，干燥至恒重，再将所得干燥滤渣转入800～850℃马弗炉中，煅烧30～36min，随炉冷却至室温，再将粉末置于研钵中研磨，得涂层粉体原料，备用；

（5）将AZ31压轧镁合金板材切割成10mm×20mm×2mm的长方形薄片，用金相砂纸打磨至表面均匀光滑为止，随后将其置于质量浓度为6～8%氢氟酸溶液中浸泡6～8min，取出，用去离子水洗涤3～5次，再将样件置于盛有100～120mL质量浓度为75～80%乙醇溶液的烧杯中浸泡3～6min，取出，用去离子水洗涤至中性，得活化镁合金薄片，备用；

（6）在烧杯中，依次加入12～18g步骤（4）备用涂层粉体材料，160～180mL无水乙醇，60～80mL去离子水，用质量浓度为6～8%氨水调节pH至8.6～9.0，再将烧杯置于超声振荡仪中，以15～25kHz功率，超声处理10～18min，得电泳沉积悬浮液；

（7）以步骤（5）备用活化镁合金薄片为阴极，碳棒为阳极，浸入盛有150～200mL上述所得电泳沉积悬浮液的电解池中，调节电场强度为4.8～5.6V/cm，电泳沉积30～45min，待电泳沉积结束后，将阴极材料置于80～90℃烘箱中干燥2～4h，即得医用可降解磷酸钙涂层镁合金。