[发明专利]一种人体可降解的耐蚀高强韧Zn‐Fe‐X系锌合金及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种人体可降解的耐蚀高强韧Zn-Fe-X系锌合金，属于医用植入材料技术领域。

背景技术

锌离子是人体必需的营养元素，参与人体很多的新陈代谢活动。美国临床创新机构（ACI）推荐人体每天必需摄入2.5到6.4毫克的锌，成年人每天摄入大约300毫克锌才可能会有一定毒性反应。一枚锌基可降解骨钉每天释放的锌大约为0.2~0.3毫克，即使这些锌离子全部释放到血管里，也远远低于人体必需的摄入量。也就是说，锌基可降解骨科植入器械降解释放的锌离子不会引起全身毒性。研究还发现，锌离子在人体组织中的运输非常迅速，因此锌基可降解骨科植入器械附近不会出现锌富集、细胞毒性或坏死。

锌离子在人体内的功能很多，对人体非常重要，其中很重要的一个功能就是促进骨组织生长。研究人员发现由于锌离子可以激活成骨细胞中的氨酰tRNA合成酶，并可有效抑制破骨细胞的分化与生长，因此锌离子的存在不仅促进了骨钙盐含量的增加，还有利于骨胶原蛋白含量的提高，这说明锌离子有直接的促成骨功能。另外，研究还发现锌离子促进软骨低聚基质蛋白与胶原的结合，是软骨成长与再生的催化元素。

传统的血管支架一般采用不可降解的金属制成，其缺点是金属不可降解、无法取出，滞留在血管内容易引发晚期血栓。大量的临床病例证实病人植入这类支架1～5年后血栓形成率高达3%～9%，血栓形成后死亡率高达30%。骨钉和骨板是常用的固定骨折和韧带损伤的医疗植入器械，传统骨钉和骨板由不可降解的金属无法取出，必须进行二次手术，对患者带来极大的创伤。同时，传统金属材料强度过高，容易带来应力屏蔽，导致受伤的骨组织难以再生和愈合。

人体内可降解医用材料正在成为研究和开发的重点，其中可降解高分子材料、纯铁及铁基合金、纯镁及镁基合金是近年研究最为深入的材料。可降解高分子材料强度过低，在临床使用过程中经常会发生断裂事故，临床适用性收到极大限制。纯铁及铁基合金的强度和韧性远高于高分子材料，但铁的降解速度太慢，完全降解时间可能长达数年。更为严重的是，铁降解过程中生成的铁锈状物质体积膨胀了数倍，并有明显的迁移趋势。纯镁及镁基合金的降解产物无毒、可降解，但其耐蚀性非常差，在人体内很快就会被降解，无法提供足够的力学支撑时间。

纯锌及其合金也是一种人体环境下可降解的材料，但应用在医用材料方面仍然存在力学强度低、降解速率不可控的缺点，目前都是通过向其添加其它物质来达到改善力学性能和调控降解速率，如申请号201310756776.1公开的锌中添加Ce、Mg、Cu、Ca，但该申请制备的锌合金材料塑性较低，而目前还未发现将价格低廉的铁作为锌的添加材料，作为生物医用材料来使用。

发明内容

本发明的目的是针对现有医用植入材料存在的不足，提供一种添加材料成本低，强度高、塑性好，降解速率可控，降解产物不膨胀、不迁移，同时可被人体降解的Zn-Fe-X系锌合金及其应用。

本发明提供一种人体可降解的耐蚀高强韧Zn-Fe-X系锌合金，所述的锌合金中包括Zn、Fe和X元素，所述的X元素为Mg、Ca、Sr中至少一种；其中Zn元素的质量百分含量为：89.92～99.997%，Fe元素的质量百分含量为：0.002～10%，X元素的质量百分含量为：0.001～0.08%。

基于以上合金材料的组成，为了优化力学性能和生物腐蚀性能，我们对合金材料进优化为，所述锌合金中Zn元素的质量百分含量为：91.95～99.993%，Fe元素的质量百分含量为：0.005～8%，X元素的质量百分含量为：0.002～0.05%。

更优选地，所述合金材料的元素组成还包括微量元素，所述微量元素为Li、Si、Mn、稀土元素中至少一种，所述微量元素与Zn的质量比为0～0.056：1。

基于以上合金材料的组成，为了优化力学性能和生物腐蚀性能，我们对合金材料优化为，所述锌合金中微量元素与Zn元素的质量比为0～0.023：1。

上述发明所制备的人体可降解的耐蚀高强韧Zn-Fe-X系锌合金，使用本领域常规的方法制备成可降解医疗植入体。

因此，本发明还提供一种人体可降解的耐蚀高强韧Zn-Fe-X系锌合金在制备可降解医疗器械材料中的应用。

所述可降解医疗器械为植入支架、骨科植入器械、齿科植入器械、手术缝合线或吻合器。其中植入支架包括血管支架、气管支架、尿道支架、食道支架、肠道支架或胆道支架；骨科植入器械包括固定螺丝、固定铆钉、骨板、骨套、髓内针或骨组织修复支架；吻合器包括肠道吻合器、血管吻合器或神经吻合器。

本发明具有如下有益效果：