一种镁及镁合金多功能改性涂层制备方法

本发明涉及医用生物材料表面改性，尤其涉及一种镁及镁合金多功能改性涂层制备方法。

背景技术：

1、心血管疾病是近年来导致人类死亡的主要原因之一，我国因心血管疾病死亡的人数逐年增加。自20世纪80年代发明血管支架以来，它已成为治疗冠状动脉和外周血管疾病最有效的医疗干预措施之一。然而，由于惰性材料制成支架的不可降解性以及内皮化延迟等特性，急性血栓形成和支架再狭窄等并发症仍然是一个令人担忧的临床问题。生物可降解支架是目前新一代支架的发展方向，这种自发的、可生物降解支架在完成初期的机械结构支持和血管内膜重塑后实现体内全降解，有望从根本上解决现有支架带来的一些临床并发症问题。

2、镁及镁合金由于其良好的力学性能、可降解性以及生物相容性，被认为是制备生物可降解支架材料的理想选择。比如，镁及镁合金体内降解产生的镁离子(mg2+)是人体不可或缺的元素，在调节血管张力、抑制炎症发生及血栓形成方面具有重要的作用。然而，生物可降解的镁合金血管支架目前仍然面临着巨大的技术挑战，特别是由于其在水系介质(血液)中过快的腐蚀性和降解特性，导致镁合金支架在血管内膜重塑完成之前本体结构降解分离，易引起血管栓塞。同时，局部过量的mg2+和oh-不可控的大量释放也会破坏血管微环境，甚至诱发细胞毒性、溶血以及血栓等不良事件。

3、因此，如何制备镁及镁合金多功能改性涂层，能够兼具可控降解性与促内皮化功能，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对镁及镁合金临床应用面临的问题，本发明提出了一种镁及镁合金多功能改性涂层制备方法，该多功能涂层面向医用可降解镁及镁合金可控降解性与表面促内皮化功能需求，提升镁及镁合金材料的耐腐蚀特性，同时表面功能层缓释多肽小分子实现材料表面快速内皮化，实现材料降解速率与表面内皮化行为相匹配，进而提高镁及镁合金植/介入医疗器械的安全性及功能有效性。

2、本发明提供了一种镁及镁合金多功能改性涂层制备方法，包括以下步骤：

3、(1)表面微织构制备：采用设定的激光器参数及路径在镁或者镁合金试样表面进行激光加工，从而在镁或者镁合金试样表面制备微纳织构；

4、(2)表面熔渣酸蚀清理：配置混合酸蚀溶液，将上述激光加工后的镁或者镁合金试样放入到盛有混合酸蚀溶液的容器中，然后将容器整体放入到超声清洗机里进行超声酸蚀处理，直至微纳织构表面熔渣完全清除，最后将镁或者镁合金试样取出，进行清洗干燥；

5、(3)固溶与时效处理：将上述熔渣清理后的试样放入高温烧结炉中进行热处理，调控升温速率、保温时间及温度和冷却方式，先后对镁或者镁合金试样进行固溶与时效处理，以提升镁或者镁合金的强度、韧性与耐腐蚀特性；

6、(4)强结合层封装:配置包括聚乳酸-羟基乙酸共聚物plga和多巴胺pda的混合封装液，通过混合封装液对上镁或者镁合金试样进行全方位封装，调控封装工艺参数以实现镁或者镁合金试样微纳织构表面均匀覆盖有强结合层，待镁或者镁合金试样表面强结合层封装结束后，进行干燥；

7、(5)缓释功能层包覆：配置包括聚乳酸-羟基乙酸共聚物plga和小分子三肽cag的混合包覆液，通过混合包覆液对上述强结合层封装后的镁或者镁合金试样的强结合层表面包覆缓释功能层，调控包覆的工艺参数实现镁或者镁合金试样的强结合层表面均匀覆盖有缓释功能层；

8、(6)恒温干燥处理：将上述缓释功能层包覆后的镁或者镁合金试样进行恒温干燥处理，得改性后的镁或者镁合金试样。

9、作为本发明的进一步改进，在步骤(1)之前，对镁或者镁合金试样先后进行冷镶嵌、物理抛光和以无水乙醇为清洗介质的超声清洗。

10、作为本发明的进一步改进，步骤(1)中，超声清洗采用无水乙醇为清洗介质，避免试样在水系介质中发生腐蚀。

11、作为本发明的进一步改进，步骤(1)中，激光加工可采用紫外激光器、飞秒激光器等，加工路径可选为“十字”交叉、平行线、点状等多种加工路径。

12、作为本发明的进一步改进，步骤(2)中所述的混合酸溶液包括以下组分：

13、0.1％-2wt％的h3po4和余量的无水乙醇。

14、作为本发明的进一步改进，在步骤(4)中，利用浸泡工艺或者旋涂工艺对镁或者镁合金试样进行全方位封装；在步骤(5)中，再次利用浸泡工艺或者旋涂工艺对镁或者镁合金试样进行缓释功能层包覆。

15、作为本发明的进一步改进，步骤(3)中的固溶与时效处理方法为：固溶处理温度为300℃-350℃，保温时间10min-30min；时效处理温度为200℃-300℃，保温时间30min-60min。作为本发明的进一步改进，在步骤(3)、(4)之间增加超疏水处理(此步骤为可选择性步骤，可以进一步提高镁或镁合金的耐腐蚀性)：将步骤(3)中的固溶与时效处理后的镁或者镁合金试样放入到低表面能硅烷溶液中浸泡进行表面超疏水改性处理。

16、作为本发明的进一步改进，步骤(4)中的超疏水处理方法为可选择性方案，改步骤的处理可以进一步提高镁或镁合金的耐腐蚀性，具体方案为：将表面具有微纳织构的镁或者镁合金试样放入到含有设定浓度的硅烷溶液中进行修饰处理4h-6h，然后将镁或者镁合金试样放入到高温烘箱中进行脱水缩合反应，在微纳织构表面实现硅烷分子网状嫁接；

17、所述的硅烷溶液包括以下组分：

18、0.5-2wt％的全氟辛基三乙氧基硅烷、5％-10wt％去离子水、88％-94.5wt％无水乙醇和1‰-2wt‰nh3·h2o；

19、所述的高温处理温度为100-130℃，处理时间0.5h-1h。

20、作为本发明的进一步改进，步骤(4)中所述的混合封装液包括以下组分：

21、5％-15wt％的plga、0.5-5mg/ml的pda以及余量的丙酮。

22、作为本发明的进一步改进，步骤(5)中的混合包覆液包括以下组分：

23、5％-15wt％的plga、0.5-3mg/ml的cag以及余量的丙酮。

24、作为本发明的进一步改进，步骤(6)中恒温干燥温度为36℃-40℃，干燥时间为10h-24h。

25、作为本发明的进一步改进，在步骤(4)中，待试样表面强结合层封装结束后，采用室温干燥放置。

26、作为本发明的进一步改进，步骤(2)中，在织构表面熔渣完全清除之后，将镁或者镁合金试样取出放入到无水乙醇中清洗干燥。

27、作为本发明的进一步改进，步骤(1)中所述镁合金试样为az31、zm1等其他镁合金类型材料；所用的镁合金试样先进行冷镶嵌、物理抛光和超声清洗；所述的物理抛光采用2000目的砂纸和1.5μm的金刚石抛光液分别对试样进行抛光；所述的超声清洗采用无水乙醇为清洗介质，避免试样在水系介质中发生腐蚀；所述的激光加工可采用紫外激光器、飞秒激光器等，加工路径可设计为“十字”交叉、平行线、点状等多种加工路径。

28、作为本发明的进一步改进，所述镁合金试样采用az31、zm1、ae21、we43、jdbm等其他多种镁合金类型材料。

29、本发明的有益效果是：

30、1、基于微织构的超疏水改性处理可以显著提高镁合金基体表面的疏水特性，微织构内部的空气层以及表面的硅烷高分子网状层可以提供隔离水分子侵蚀的物理屏障保护，显著提高镁合金的耐腐蚀特性。

31、2、基于多巴胺较强的粘附力和生物相容性特点，plga与多巴胺结合可以产生具有较强粘附力的结合层，能够有效的使高分子plga粘附在镁合金表面。同时微织构的存在可以进一步提高plga的锚定结合面，增强plga高分子层与镁合金基体材料的结合能力，从而进一步提供双重物理屏障阻止水分子的侵蚀，抑制镁合金的腐蚀速率。

32、3、基于小分子三肽cag与内皮细胞的高亲和力和平滑肌细胞低结合位点等优点，plga与cag混合的功能层随着plga的降解，功能层内部的小分子多肽可以逐步缓释，持续募集与锚定血液中的内皮细胞，并且抑制平滑肌细胞的粘附，从而实现材料表面快速的内皮化，进一步提高镁合金表面的血液相容性。