[发明专利]可降解的骨固定用镁合金植入材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种可降解的骨固定用镁合金植入材料及应用和制备方法，特别是采用铸锭冶金及挤压轧制等方法可制备出满足生物体液环境下服役的该合金的板材、棒材和型材，属于生物医用材料技术领域。

背景技术

近年来，随着生物医用植入材料的迅速发展，很多新型的医用植入材料被成功应用到临床中，取得了很好了医疗效果。其中，在骨科医用材料中，传统的钛合金、不锈钢等金属材料虽然已经获得广泛的临床应用，但是也表现出明显的应用局限性。如钛合金的弹性模量比常规天然骨的弹性模量高出数十倍，造成的“应力屏蔽效应”会影响骨愈合和植入材料的稳定性。不锈钢、钴基合金等其他金属植入材料会释放出一些对生物体有害的金属离子，通过腐蚀或磨损造成金属离子溶入体液造成炎症反应。此外，这类医用植入材料属于生物惰性材料，在用于固定骨、关节等部位损坏时，在组织痊愈后，需要进行二次手术拆除，从而造成患者二次损伤。因此，新型的在生物体内可降解的骨固定材料成为植入材料未来应用和发展的方向。

目前临床应用的典型生物体内可降解的医用材料包括高分子材料、无机材料、金属材料和这些材料组成的复合材料。这些材料具有各自的优良特性，但也存在不足之处。例如，聚氨酯、聚乳酸等高分子材料在可降解生物医用材料中应用最广泛，但是其强度很低，甚至很难达到常规金属材料强度的十分之一，很难在需要承受外力的骨科医用材料中获得使用。羟基磷灰石、磷酸三钙等无机物有优良的骨组织相容性，但呈现脆性，成形性能差，很难制成临床需要的不同形状、尺寸的骨固定材料。因此，可降解金属及金属基复合材料成为有明显特色的一类新型骨固定医用材料。金属材料具有优良力学强度和塑性成形性，可以被加工成各种尺寸形状的骨固定材料。通过金属材料中合金元素的选择、调整，可以获得无生物毒性的全营养型医用植入材料，而针对骨固定材料中促进骨组织生长的元素，可以采用具有针对性的合金添加元素，可以满足骨组织生长所需要的生物相容性和力学相容性。

镁合金作为一类典型的可降解生物医用植入材料，具有特殊的优势，镁是一种具有良好生物相容性和骨生长必备的元素，镁合金的弹性模量与人骨的弹性模量吻合，具有作为骨科植入材料所要求的优良强度、塑性和成形加工性能等力学特性。

目前，针对可降解的镁合金医用植入材料，有一些研究和开发，其中，“一种可降解镁基骨科植入生物医用材料及制备方法”(专利申请号：201110199171.8)采用熔炼、浇注、锻打、反向挤压的方法获得Mg-xZn-yCa-zAg的合金(x、y、z为不同含量百分数)，用于骨科植入生物医用材料，该材料的性能是断裂强度180MPa，屈服强度120MPa，弹性模量47GPa，合金的强度低于200MPa，在骨科受力件上的应用会受到限制，主要用于骨组织修复。

“一种骨折内固定用可降解镁合金板、棒材及其制备方法”(专利申请号：201510090292.7)提供了一种高强度的用于骨折固定的镁合金板、棒材，该材料是在Mg-3％Zn-0.5％Zr合金基础上加入Sr、Ca、Ag元素中的一种或两种组成，其中加入的Sr为0～1.5wt％，Ca为0～1.0wt％，Ag为0～1.0wt％。该合金的抗拉强度达到285MPa以上，屈服强度达到234MPa以上，未公开合金的弹性模量数据，适合用于骨质受力固定材料，并且加入的合金元素Ca、Sr等促进骨骼生长。

针对骨科应用的镁合金植入材料而言，需要其具有较高的强度、优良的塑性成形能力、与人骨匹配的弹性模量、合适的腐蚀降解速率等几项综合的物理、力学和化学性能，尤其是镁合金植入材料的细胞毒性需要满足生物相容性要求。

镁合金在生物体液环境中耐腐蚀性能一般较差，降解速率过快，产生氢气和较多腐蚀产物，造成植入材料周边组织坏死或产生炎症，因此，一些针对镁合金耐蚀性能提高的材料和制备方法被应用到医用植入材料上。专利“生物体内可降解高强韧耐蚀镁合金内植入材料”(申请号201010204719.9)、专利“一种高耐蚀性生物可降解镁合金的制备方法”(申请号201410557462.3)和专利“生物可降解Mg-Gd-Zn-Ag-Zr系镁合金及其制备方法”(申请号201310105667.3)等文献都给出通过添加稀土Nd、Gd或者金属Ca等合金元素，提高合金耐腐蚀性能的方法，并且也取得了明显的降低腐蚀速率的效果。