[发明专利]医用可降解吸收Mg-Sr-Ca系镁合金植入体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可降解吸收性Mg-Sr-Ca系合金医用植入体及其制备方法。可降解吸收性Mg-Sr-Ca系合金的设计，无毒且具备良好的组织相容性，力学性能和降解速度可调，适合作为可降解骨科植入器械。

背景技术

目前医用的生物可降解材料主要为可降解高分子材料和可降解陶瓷材料，可降解高分子材料包括聚羟基乙酸(PGA)、聚乳酸(PLA) 、聚乙酸内酯(PCL) 及其共聚物、天然多糖类材料(纤维素、甲壳素)和天然蛋白质材料(胶原、纤维蛋白)等；广泛应用的可降解陶瓷包括羟基磷灰石、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙和磷酸氧四钙。可降解高分子材料虽能够完全被人体吸收，但强度低，很难提供结构支撑的功能，且其体内降解产物易引发炎症反应等问题；可降解陶瓷的缺点是韧性差，无法协调变形。

生物医用金属材料因其优良的力学性能、生物相容性和耐腐蚀性，在医疗器械领域广泛使用。广泛使用的生物金属材料主要为316L、317L、304V不锈钢、Co-Cr-Mo合金、纯钛、Ti-6Al-4V、TiNi合金。但是生物医用金属材料的缺点是不可降解，在体内将永久性以“异体”形式存在。同时，不锈钢、Co-Cr-Mo合金和钛合金的力学性能与骨组织不匹配，尤其是他们的弹性模量，如不锈钢的弹性模量约为200GPa，钛合金约为100GPa，而骨组织的弹性模量只有10-40GPa。因此导致金属植入体植入后将承载几乎全部载荷，造成骨组织的应力遮挡现象，即植入体周围骨组织萎缩或疏松。

从生物相容性的角度来看，镁是人体的必需元素，是体内第二重要的阳离子(K第一)，在人体中正常含量为25克，且半数存在于骨骼中。镁具有多种生理功能，与生命的维持、身体的健康有着极其密切的关系。并且，人体对镁的每日需要量大约300-700mg，超过生理需求量的镁可经肾随尿液排出体外，故肾功能正常者，每天用4~6g镁，一般不会引起毒副作用。从材料学角度来看，镁合金密度(1.75~1.85g/cm³)与人体密致组织(1.75g/cm³)相近，弹性模量约为45GPa，不到医用钛合金弹性模量(109-112GPa)的1/2，能有效缓解骨科植入物的应力遮挡效应，且具备良好的综合力学性能和机械加工性能。镁合金化学性质活泼，在溶液中尤其是含有Cl^-的人体体液环境中可腐蚀降解，被认为将成为新一代的可降解植入材料。综上所述，若采用镁合金制造骨科植入物，将同时兼具“生物医用金属材料”的力学性能优势和“可降解高分子材料”的降解吸收的特点，具有良好医用前景。

锶普遍存在于食物和水中，是人体的微量元素，99%存在于骨和牙齿，其中骨中Sr含量大约为100-120mg/kg，在牙釉质中含量300mg/kg。Sr与Ca在元素周期表中同属于第II族，在体液中都以二价离子的形式存在，有非常类似的性质，其吸收途径、载体相同，Ca与载体结合的能力大于Sr，两者在骨中的含量成反比，在新骨形成的初期Sr离子的浓度较高，随着骨基质的成熟，Sr离子逐渐被Ca离子替换，Sr离子在骨基质中保持一定的比例可以维持骨质的正常功能。至今没有关于过量Sr导致的毒性病症的报道。

目前研究表明，口服Sr盐可以促进骨组织形成，抑制骨吸收，从而增加骨量和提高骨强度，治疗骨质疏松。由法国施维雅药厂原创研制的雷奈酸锶（欧思美）经临床实验表明对绝经后妇女的骨质疏松症是一个可靠的治疗药物。由于Sr对骨组织生长的促进作用，Sr也被用于制备Sr-HA骨水泥以及在生物医用金属材料表面制备含Sr涂层。利用Sr部分替代HA中的Ca，导致晶格畸变从而影响HA的结晶性和溶解性。研究表明，Sr-HA骨水泥有利于骨生长和整合，减少由于骨质疏松造成的二次骨折的危险。在生物医用金属材料表面制备含Sr涂层，可通过缓慢释放Sr²⁺，诱导骨组织生成，提高植入体的生物活性。

从材料学角度来看，Sr也是镁合金中的一个重要合金元素。Sr能够在固液界面前沿富集，产生成分过冷，阻碍晶粒长大，从而细化晶粒，改善浇铸性能。同时，Sr可以提高镁合金中H的溶解度，并与H生成SrH₂新相, 减少凝固过程中气孔的产生。由于其晶粒细化作用以及形成的含Sr相具有高的熔点和与镁基体之间较小的电位差，适量添加Sr可以提高镁合金的室温和高温强度，改善镁合金的高温蠕变性能和抗热裂性，提高镁合金的耐腐蚀性能。例如在AZ91D中添加0.6%的Sr，其在3.5% NaCl溶液中的自腐蚀电流密度由16.85A/cm²降低到2.01 A/cm²。