鎂合金表面氧化鋯生物活性涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)用金屬材料領(lǐng)域，涉及一種在鎂合金表面構(gòu)筑氧化鋯陶瓷涂層的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金密度低，比強度、比剛度高，與人體自身骨組織力學(xué)性能接近，尤其是其具 有獨特生物可降解性，因而受到廣泛關(guān)注。但是，鎂合金的耐腐蝕性差，在人體內(nèi)的降解速 度與組織愈合速度不匹配，直接影響植入的成功率，進而限制了鎂合金在臨床中的應(yīng)用。為 了提高鎂合金體內(nèi)植入效果，需要改善其耐腐蝕性。表面改性可以有效提高鎂合金耐腐蝕 性能且不影響其本體的機械性能，因此得以廣泛應(yīng)用。近年來，一些等離子體技術(shù)，如等離 子體氣相沉積、等離子體熱噴涂、陰極弧沉積、等離子體注入等，開始應(yīng)用于鎂合金表面改 性。但是，這些等離子體技術(shù)都是基于氣相技術(shù)，往往需要復(fù)雜的設(shè)備和較高的能量消耗， 且樣品處理過程也比較長，進一步增加了實施費用。此外，要提高鎂合金體內(nèi)植入效果，除 了改善其耐腐蝕性，如何促進其與細胞/組織的相互作用，加速機體修復(fù)也十分重要。但目 前應(yīng)用于鎂合金表面改性的這些等離子體技術(shù)從未涉及賦予功能化界面生物活性的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有氣相等離子體處理方法設(shè)備復(fù)雜、處理成 本高以及處理后的鎂合金表面不具有生物活性等缺點，提供一種在鎂合金表面制備兼具耐 腐蝕性和生物活性的氧化鋯陶瓷涂層的方法，操作過程簡單，無需特殊設(shè)備，制備成本低。
[0004] 經(jīng)研究，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0005] 1.鎂合金表面氧化鋯生物活性涂層的制備方法，包括以下步驟：
[0006] A.電極的預(yù)處理：將鎂合金片用砂紙打磨至表面光亮，洗凈，干燥，備用；將石墨 用砂紙打磨光滑，洗凈，干燥，備用；
[0007] B.電解液的配制：以無水乙醇為溶劑，配制濃度為10~100g/L的Zr (NO3)4乙醇 溶液作為電解液；
[0008] C.液相陰極等離子體處理：以步驟A預(yù)處理后的鎂合金片作為陰極、石墨作為陽 極，浸入步驟B配制的電解液中，采用電壓為300~500V、頻率為100~1000Hz、占空比為 10 %~50 %、陰陽間距為3~6cm的直流脈沖電源對鎂合金進行液相陰極等離子體處理，處 理時間為30~90分鐘，即在鎂合金表面形成氧化鋯生物活性涂層。
[0009] 進一步，步驟A是將鎂合金片依次用100目、300目和2000目的砂紙打磨至表面光 亮，用丙酮超聲清洗5分鐘，干燥，備用；將石墨用2000目的砂紙打磨光滑，用水超聲清洗5 分鐘，干燥，備用。
[0010] 進一步，步驟B是以無水乙醇為溶劑，配制濃度為50g/L的Zr (NO3) 4乙醇溶液作為 電解液。
[0011] 進一步，步驟C是采用電壓為400V、頻率為IOOHz、占空比為40 %、陰陽間距為4cm 的直流脈沖電源對鎂合金進行液相陰極等離子體處理，處理時間為60分鐘。
[0012] 2.采用上述制備方法制得的表面具有氧化鋯生物活性涂層的鎂合金。
[0013] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明利用液相陰極等離子體技術(shù)，在鎂合金表面構(gòu)建 了一種兼具耐腐蝕性和生物活性的氧化鋯涂層，該涂層表面粗糙多孔，與鎂合金基體結(jié)合 良好，能夠有效提高鎂合金的耐腐蝕性和細胞相容性，還具有制備工藝簡單，無需特殊設(shè) 備，制備成本低等優(yōu)點，為鎂合金的表面改性提供了一種新途徑，同時為鎂合金作為生物醫(yī) 用材料奠定了基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0014] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行 說明：
[0015] 圖1為實施例1中原始鎂合金的X-射線衍射圖譜。
[0016] 圖2為實施例1中表面具有氧化鋯涂層的鎂合金的X-射線衍射圖譜。
[0017] 圖3為實施例1中原始鎂合金的掃描電鏡圖。
[0018] 圖4為實施例1中表面具有氧化鋯涂層的鎂合金的掃描電鏡圖。
[0019] 圖5為實施例1中鎂合金表面沉積氧化鋯涂層前后的動電位極化曲線圖。
[0020] 圖6為MTT法檢測成骨細胞在實施例1中原始鎂合金和表面具有氧化鋯涂層的鎂 合金提取液（按細胞培養(yǎng)液體積與試樣表面積之比為lml/cm2的標準在37°C、5% CO2、濕度 95%的無菌條件下浸提72小時作為提取液）中分別培養(yǎng)1、4、7天的細胞活性圖。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0022] 實施例1
[0023] A.電極的預(yù)處理
[0024] 將鎂合金片依次用100目、300目和2000目的砂紙打磨至表面光亮，用丙酮超聲 清洗5分鐘，干燥，備用；將石墨用2000目的砂紙打磨光滑，用去離子水超聲清洗5分鐘，干 燥，備用；
[0025] B.電解液的配制
[0026] 以無水乙醇為溶劑，配制濃度為50g/L的Zr (NO3) 4乙醇溶液作為電解液；
[0027] C.液相陰極等離子體處理
[0028] 將步驟A預(yù)處理后的鎂合金片作為陰極、石墨作為陽極，浸入步驟B配制的電解液 中，采用電壓為400V、頻率為IOOHz、占空比為40 %、陰陽間距為4cm的直流脈沖電源對鎂合 金進行液相陰極等離子體處理，處理時間為60分鐘，使鎂合金表面生成ZrO2陶瓷涂層。
[0029] 采用掃描電子顯微鏡觀察鎂合金用液相陰極等離子體處理前后表面形貌的變化， 結(jié)果見圖1和圖2,用液相陰極等離子體處理后，鎂合金表面形成的陶瓷涂層的相組成為 t-Zr02和Hi-ZrO2，說明電解液直接參與了等離子體電解反應(yīng)，對涂層的相組成具有重要影 響。因此，通過調(diào)整電解液的成分、濃度等參數(shù)，可以設(shè)計和控制涂層的組成而不受金屬基 材的限制。
[0030] 采用X-射線衍射儀分析鎂合金用液相陰極等離子體處理前后表面相結(jié)構(gòu)的變 化，結(jié)果見圖3和圖4,與原始鎂合金相比，處理后沉積ZrO2涂層的鎂合金表面更加粗糙。
[0031] 采用動電位極化測試鎂合金用液相陰極等離子體處理前后的表面耐腐蝕性，結(jié)果 見圖5。通過Tafel方法對鎂合金和鎂合金表面沉積ZrO2涂