[发明专利]一种可降解镁合金生物植入材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物医用合金材料，尤其涉及一种可降解镁合金生物植入材料及其制备方法。

背景技术

目前，临床上主要应用的植入材料包括不锈钢、钛及钛合金、Co-Cr合金等，但这些材料在临床上的应用存在以下问题：(1)由于腐蚀造成的毒性金属离子或颗粒的释放引起炎症反应；(2)金属材料的弹性模量远远高于人骨的弹性模量，对局部骨组织产生很大的“应力遮挡”效应，可能导致自然骨功能退化甚至萎缩的可能；(3)不锈钢和钛及钛合金等材料均为生物惰性材料，在体内不可降解，当作为临时性植入材料如血管支架、骨钉、骨板、骨针时，需要进行二次手术取出，增加了患者的痛苦、心理和经济负担。

生物体内可降解吸收材料正成为生物材料的一个研究热点，目前临床应用的生物体内可降解吸收材料主要是聚合物、某些陶瓷材料和金属材料等，其中聚合物如聚乳酸、磷酸钙等，由于强度偏低其应用得到巨大限制，而陶瓷材料的塑韧性较差几乎无法使用。近年来，以生物可降解镁合金为主要代表的新一代医用金属材料的研究受到了人们关注。镁合金具有良好的力学相容性，比重小，其密度约为1.738g/cm³，与人骨密度(约1.75g/cm³)非常接近，是目前所有金属材料中生物力学性能与人体骨最接近的金属材料，镁合金的弹性模量约为45GPa，约为临床用钛合金的1/2，临床用不锈钢的1/4～1/5，而与人体骨弹性模量最为接近，能有效降低“应力遮挡”效应，促进骨的愈合。同时镁作为人体必需的营养元素，其在人体内的含量仅次于Ca，Na，K，是人体内第4位元素，细胞内含量仅次于K⁺。可降解生物镁合金材料巧妙地利用镁合金在人体环境中易发生腐蚀降解的特性，来实现金属植入物在体内逐渐降解直至最终消失的医学临床目的，可避免二次手术给病人带来的痛苦，尤其对小儿外科有着特殊的意义，因为孩子处于人体的生长期，传统医用金属材料的使用必需二次手术取出。鉴于镁合金材料具有上述优势，可降解医用镁合金被誉为“革命性的金属生物材料”而受到全世界的关注。

目前，在医用镁合金材料研发方面，国内外研究人员主要集中在对现有商用镁合金如Mg-Al系、Mg-RE系、Mg-Mn-Zn系等进行生物医学评价，欧洲已经进入人体临床研究的心血管支架主要采用商用稀土镁合金WE43制成。常规商用镁合金直接作为生物材料使用存在风险，主要是因为商用镁合金是作为结构材料使用的，设计时没有考虑材料的生物相容性等问题，如：AZ系列合金中含有的Al元素不属于人体的必需微量元素，被认为具有神经毒性，是导致早老性痴呆的因素，含Al的镁合金在体内试验时已观察到中度排异反应。综合国内外研究成果，尽管个别镁合金材料就人体特殊部位已开始临床应用，但总体来说，已研发的可降解镁合金还是存在以下问题：(1)镁合金的腐蚀速率过快，很容易在植入材料内皮化过程稳定之前开始降解，因此无法达到预期的降解速率；(2)镁合金植入材料存在环境辅助开裂(EAC)问题，也称为应力腐蚀开裂(SCC)或腐蚀疲劳(CF)的EAC，会导致材料突变失效的现象；(3)与不锈钢等材料相比，镁合金脆性大，塑性变形能力差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术而提供一种对人体无任何毒性、耐腐蚀、强度及延展性等综合性能较好的可降解镁合金生物植入材料。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种上述可降解镁合金生物植入材料的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种可降解镁合金生物植入材料，其特征在于：上述镁合金生物植入材料中各成分的质量百分数组成为：Zn 0～12％，Ca0～10.5％，且Zn和Ca的含量和≥1.0％，其余为Mg以及由原材料带入的不可避免的杂质，不可避免杂质的含量之和≤0.005％，该不可避免杂质中Fe≤0.0005％、Ni≤0.0005％、Cu≤0.001％。

作为优选，上述镁合金生物植入材料中：Zn 3.0％～6.5％，Ca 0.8％～1.5％。

作为优选，上述镁合金生物植入材料中：Zn 0.6％～1.5％，Ca 1.2％～4.5％。

上述方案中Mg-Zn或Mg-Ca镁合金生物植入材料的制备方法包括以下步骤：

(1)按上述质量百分数组成进行合金原料配置，其中Zn、Ca、Mg均采用99.99％纯度的原材料，将原材料酸碱清洗、烘干后备用；