CN113368314A - 一种镁基金属高分子复合骨引导再生膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于齿科植入物填充材料及植入材料抗菌技术领域，尤其涉及一种镁基金属高分子复合骨引导再生膜及其制备方法，采用真空蒸镀技术，在高分子材料上制备金属镁基金属涂层，高分子基体厚度为100‑1000µm，涂层的厚度为0.1‑1000µm。本发明能够解决现有植入材料骨生物活性及感染问题，该方法所得永久植入材料适合多种植入部位力学性能要求，且具极佳的生物相容性，同时具备杀菌功能。

Description

一种镁基金属高分子复合骨引导再生膜及其制备方法

技术领域

本发明属于医用材料领域，特别涉及齿科植入物填充材料及植入材料抗菌技术领域；具体是一种镁基金属高分子复合骨引导再生膜及其制备方法。

背景技术

由于外伤和骨肿瘤引起的骨缺损及牙齿缺失均需要大量的义齿种植，然而，种植牙仍然需要丰富的牙床骨量，常用的方法是将骨填充材料植入牙床骨缺失部位，待骨量足够后再进行义齿种植。口腔中的骨组织和结缔组织共同生长，结缔组织生长更快，优先占据了骨组织本应该占据的空间，导致骨量不足。这就需要用骨引导膜包裹在骨植入材料外面，让人骨有足够的空间与骨植入材料相融合，结蹄组织被骨引导膜隔绝在外侧。现有的骨引导膜有两种：可降解的骨胶原膜和不可降解的钛合金网。降解膜没有生物活性，钛合金网有需要取出，均存在弊端，如果有一种材料既可以降解有具有生物活性，将有望替代现有材料。

植入体内的金属异物是导致此类感染发生的危险因素，所引发的一系列体内反应包括巨噬细胞功能的减弱，局部免疫系统的钝化等都为病原体的增殖创造了便利的条件。此外，植入物表面吸附的蛋白还能促进细菌黏附到植入物表面引发感染。过去人们大多关注对环境和个人污染的清除及手术期全身抗生素的应用，而新的方法是针对该类感染发病的特殊机制通过植入物表面修饰改性来降低感染的风险。

金属材料一直以来被认为具有生物稳定性，虽然人们对其表面进行了各种表面改性的工作，骨细胞的粘附生长仍不理想。而金属材料中的镁（Mg），因为其具有较高的负电极电位，与水发生化学反应而降解，被人体吸收及代谢。同时，镁具有生物活性，可诱导细胞分化、生长和血管的长入，其作为植入器件植入生物体后，骨细胞向镁降解而减少的空间增殖、繁殖，随着镁逐步降解，形成新的具有原来特殊功能和形态的相应组织和器官，达到修复创伤和重建功能的目的。此外，由于镁降解而形成的碱性环境能达到抑制细菌生长的目的。利用铜（Cu）离子来杀菌的历史十分悠久，自1761年Schulthees采用硫酸铜防治小麦腥黑病起至今已有二百多年的历史。有研究报道通过在纯钛中加入1%或5%的Cu元素，形成的Ti-Cu合金有明显的杀菌功能，并在动物体内植入实验中表现出了较强的抗炎症作用及一定的促进成骨的生物医学功能。

发明内容

为了解决骨引导膜的骨结合及感染问题，本发明提供了一种镁基金属高分子复合骨引导再生膜及其制备方法，采用蒸镀技术，在可降解高分子材料上制备镁基础金属涂层，以解决现有骨引导膜的活性不足，无抗菌性问题，该方法所得可降解的再生膜，具极佳的生物相容性和生物活性同时具备杀菌功能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

技术方案之一：一种镁基金属高分子复合骨引导再生膜，其特征在于：其由镁基金属层和可降解高分子材料层间隔排列组成，其中所述镁基金属层的厚度为0.1-1000µm，所述可降解高分子材料层的厚度为100-1000µm；所述镁基金属以蒸镀方式附着于可降解高分子材料表面。

所述镁基金属中的成分按质量百分比为：0%≤Ca≤0.5%，0%≤Zn≤5%，0%≤Sr≤3%，0%≤Re≤2%，0%≤Cu≤1%，余量为Mg。

所述高分子材料层的材料为聚乙烯醇、聚乳酸、聚丙烯酸或聚三亚甲基碳酸酯中的任一种。

技术方案之二：一种镁基金属高分子复合骨引导再生膜的制备方法，其特征在于，镁基金属以蒸镀方式附着于可降解高分子材料表面，可降解高分子材料以旋涂法附着于镁基金属表面，其具体制备步骤如下：

1）将可降解高分子材料基体依次用去离子水、无水乙醇超声清洗后，干燥氮气吹干，送入沉积室；

2）镁基金属颗粒放入蒸发室目标位置，抽极限真空至10^-4Pa，用高纯氩气反复清洗最少3次，以除去空气，保证无氧环境；

3）沉积室升温至沉积温度，蒸发室加热使镁基金属蒸发并沉积在高分子材料基体表面，反应完成后随炉冷却至室温，得到一层镁基金属与一层可降解高分子材料的复合再生膜。

进一步的，在步骤3）的基础上继续按以下步骤制备，可得到更厚的复合膜：

4）重复步骤1）至3）可在高分子材料的另一个表面蒸镀镁基金属层；

5）在步骤4）的任一侧镁基金属表面采用旋涂法制备高分子材料层；

6）直到达到需要的再生膜厚度，制备结束。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：解决了骨引导膜的骨结合及感染问题，采用蒸镀技术，在可降解高分子材料上制备镁基金属层，解决了现有骨引导膜的活性不足，无抗菌性问题，采用该方法得到的可降解的再生膜，具极佳的生物相容性和生物活性同时具备杀菌功能，可广泛用于外伤和骨肿瘤引起的骨缺损的修补，以及牙齿缺失导致的义齿种植治疗中。现有的骨引导再生膜包括：不可降解材料，如钛膜，及可降解材料，如胶原膜、高分子膜。钛质地坚硬，强度远高于胶原膜，易于维持空间，生物相容性好。其缺点是暴露后影响骨再生效果。固定方法通常是小钛钉固定。高分子材料膜，其强度适中，能够维持空间，是常用的膜材料。其缺点是无活性，仅仅起到隔绝的作用。固定方法可采用缝合及小钛钉固定。可降解膜可随创伤愈合降解吸收，而无需二次手术取出，减轻病人痛苦，节约医疗资源。镁基金属可降解、且骨生物活性佳，然而其塑性变形能力不佳，难于适配口腔复杂的结构。将镁基金属涂覆在高分子材料表面获得的复合材料，既利用了高分子的力学性能优势，又发挥了镁基金属的生物活性优势，避免了两者的不足，起到1+1＞2的效果。

附图说明

图1是本发明实施例1镁与高分子复合骨引导再生膜实施例横截面。

图2是本发明实施例2中镁涂层一侧表面电镜表征及元素分析结果展示。

图3是本发明实施例1-6样品降解的pH值曲线。

图4是本发明实施例5与聚乳酸样品动物促成骨实验结果。

图5是本发明实施例6样品和聚三亚甲基碳酸酯中与金黄色葡萄球菌共培养后的抗菌效果对比。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将聚乙烯醇薄片置于沉积室炉体，厚度为0.5mm，长2cm，宽1cm。将镁原料置于蒸发室。Cu含量为0.2%，Zn含量为1%，余量为Mg，抽极限真空（10^-4Pa）。设定镁基金属的升华温度分别为400℃，工作气压为1×10^-3Pa，沉积温度为150℃，沉积时间30min，样品随炉冷却后取出，镁基金属涂层的厚度为100µm，镁基金属涂层的降解速度高于高分子材料层，其降解时间约为25天，高分子材料层完全降解时间≥10周。

实施例2

将聚乳酸薄片置于沉积室炉体，厚度为0.2mm，长4cm，宽2cm。将纯镁原料置于蒸发室。抽极限真空（10^-4Pa）。设定镁基金属的升华温度分别为450℃，工作气压为1×10^-2Pa，沉积温度为200℃，沉积时间60min，样品随炉冷却后取出，镁基金属涂层的厚度为200µm，镁基金属涂层降解时间约为30天，高分子材料层完全降解时间≥10周。

实施例3

将聚丙烯酸薄片置于沉积室炉体，厚度为0.8mm，长3cm，宽1cm，将镁原料置于蒸发室。Cu含量为0.5%，Zn含量为3%，Sr含量为2%，余量为Mg，抽极限真空（10^-4Pa）。设定镁基金属的升华温度分别为450℃，工作气压为1×10^-2Pa，沉积温度为100℃，沉积时间60min，样品随炉冷却后取出，镁基金属涂层的厚度为200µm，镁基金属涂层降解时间约为20天，高分子材料层完全降解时间≥8周。镁降解为碱性，聚丙烯酸降解为酸性，因此两种材料的降解将被加速。

实施例4

将聚三亚甲基碳酸酯置于沉积室炉体，厚度为1mm，长2cm，宽1cm。将镁原料置于蒸发室。Cu含量为0.8%，Zn含量为3%，Sr含量为2%，余量为Mg，抽极限真空（10^-4Pa）。设定镁基金属的升华温度分别为400℃，工作气压为1×10^-3Pa，沉积温度为50℃，沉积时间90min，样品随炉冷却后取出镁厚度为200µm，镁基金属涂层降解时间增加到约为20天，高分子材料层完全降解时间≥9周。

实施例5

将聚乳酸置于沉积室炉体，厚度为2mm，长2cm，宽1cm。将镁原料置于蒸发室。Cu含量为0.4%，Zn含量为2%，Sr含量为2%，余量为Mg，抽极限真空（10^-4Pa）。设定镁基金属的升华温度分别为500℃，工作气压为1×10^-1Pa，沉积温度为150℃，沉积时间120min，样品随炉冷却后取出镁厚度为500µm，镁基金属涂层的降解时间增加到约为35天，高分子材料层完全降解时间≥15周。将本实施例5样品与聚乳酸聚的动物实验结果分析发现，镁-高分子组的新生骨量高于单纯聚乳酸组的结果（见图4），说明本发明的骨引导再生膜具有更佳的骨生物活性，优于现有产品的生物性能。

实施例6

将聚三亚甲基碳酸酯置于沉积室炉体，厚度为0.5mm，长1cm，宽1cm。将镁原料置于蒸发室。Cu含量为1%，Zn含量为5%，Sr含量为3%，余量为Mg，抽极限真空（10^-4Pa）。设定镁基金属的升华温度分别为500℃，工作气压为1×10^-1Pa，沉积温度为100℃，沉积时间60min，样品随炉冷却后取出，将样品浸泡于40%HF的溶液，37℃，48h，在镁涂层表面获得MgF的致密涂层，从而提高了镁基金属的耐蚀性能。镁基金属涂层厚度为400µm，镁基金属涂层降解时间增加到约为50天，高分子材料层完全降解时间≥10周。

将本实施例6样品与聚三亚甲基碳酸酯样品在SBF模拟体液浸泡后的浸提液与金黄色葡萄球菌共培养后的抗菌效果对比如图5所示，含镁基金属具有抗菌性能，对比例聚三亚甲基碳酸酯没有抗菌效果。

选用上述实施例中制得的镁高分子复合骨引导再生膜进行相关检测和实验，参数对比如下表1。

实施例	实验项目	实验项目	实验项目	实验项目
					实施例1	截面如图1	降解实验
实施例2		降解实验	形貌分析
					实施例3		降解实验
实施例4		降解实验
					实施例5		降解实验	生物活性
实施例6		降解实验	抗菌实验	表面处理
					对比例聚乳酸			生物活性
对比例聚三亚甲基碳酸酯			抗菌实验

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种镁基金属高分子复合骨引导再生膜，其特征在于：其由镁基金属层和可降解高分子材料层间隔排列组成，其中所述镁基金属层的厚度为0.1-1000µm，所述可降解高分子材料层的厚度为100-1000µm；所述镁基金属以蒸镀方式附着于可降解高分子材料表面。

2.根据权利要求1所述的一种镁基金属高分子复合骨引导再生膜，其特征在于：所述镁基金属中的成分按质量百分比为：0%≤Ca≤0.5%，0%≤Zn≤5%，0%≤Sr≤3%，0%≤Re≤2%，0%≤Cu≤1%，余量为Mg。

3.根据权利要求1所述一种镁基金属高分子复合骨引导再生膜，其特征在于：所述可降解高分子材料层的材料为聚乙烯醇、聚乳酸、聚丙烯酸或聚三亚甲基碳酸酯中的任一种。

4.一种镁基金属高分子复合骨引导再生膜的制备方法，其特征在于，镁基金属以蒸镀方式附着于可降解高分子材料表面，可降解高分子材料以旋涂法附着于镁基金属表面，其具体制备步骤如下：

1）将可降解高分子材料基体依次用去离子水、无水乙醇超声清洗后，干燥氮气吹干，送入沉积室；

2）镁基金属颗粒放入蒸发室目标位置，抽极限真空至10^-4Pa，用高纯氩气反复清洗最少3次，以除去空气，保证无氧环境；

3）沉积室升温至沉积温度，蒸发室加热使镁基金属蒸发并沉积在高分子材料基体表面，反应完成后随炉冷却至室温，得到一层镁基金属与一层可降解高分子材料的复合再生膜。

5.根据权利要求4所述的一种镁基金属高分子复合骨引导再生膜的制备方法，其特征在于：所述镁基金属的纯度≧99.99%，粒度为0.5~3.5mm；氩气为纯度≧99.99%的高纯氩气。

6.根据权利要求4所述的一种镁基金属高分子复合骨引导再生膜的制备方法，其特征在于：所述沉积室内的温度为50-200℃，真空度为1×10^-3Pa -1×10^-1Pa。

7.根据权利要求4所述的一种镁基金属高分子复合骨引导再生膜的制备方法，其特征在于：所述镁基金属的蒸发温度为400-800℃。

8.根据权利要求4所述的一种镁基金属高分子复合骨引导再生膜的制备方法，其特征在于：在步骤3）的基础上继续按以下步骤制备，可得到更厚的复合膜：

4）重复步骤1）至3）可在高分子材料的另一个表面蒸镀镁基金属层；

5）在步骤4）的任一侧镁基金属表面采用旋涂法制备高分子材料层；

6）直到达到需要的再生膜层数或厚度，制备结束。

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