[发明专利]一种生物可降解的Zn-Mg-Zr合金材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种生物可降解的Zn‑Mg‑Zr合金材料，其特征在于，所述Zn‑Mg‑Zr合金材料的组分质量百分含量为：0.0001～10％的Mg，0.0001～5％的Zr，其余为Zn。该合金材料成本较低且无毒、力学性能优异、降解速率低、生物相容性优异。还公开了一种生物可降解的Zn‑Mg‑Zr合金材料的制备方法，该方法操作简单，且成本低，可以根据需求制备出不同尺寸和截面要求的板状、棒状材料，可用作骨板和骨钉等骨科植入物和心血管支架等医学材料的制备。

技术领域

本发明属于生物可降解金属材料领域，具体涉及一种生物可降解的Zn-Mg-Zr合金材料、制备方法及应用。

背景技术

生物金属材料在临床上应用广泛，目前常见的生物金属材料包括不锈钢、钛合金和钴铬合金等，这些材料具备优良的力学性能和生物相容性，在人体组织环境基本不会降解，被称为永久性植入材料。不过这类材料在植入过程中也会出现一系列诸如应力遮挡效应、炎症反应和重离子析出等问题。为了解决上述材料在临床应用中带来的问题，可降解金属材料应运而生。目前可降解金属材料的研究方向主要包括镁合金、铁合金和锌合金。镁合金中的镁是人体必需元素，参与代谢反应和骨组织的生长，过量的镁可以通过肾脏被排出到体外。不过，镁合金在生理环境中腐蚀速率过快，在植入体周围产生氢气，阻碍愈合过程，还会造成组织里的细胞过早死亡和骨质流失。铁合金同样具有良好的机械性能，在人体组织环境中的降解速率远低于镁。但是铁基合金的降解产物会在体内积累，诱发内腔狭窄等副作用。

锌的腐蚀电位为-0.8V，介于镁的腐蚀电位(-2.4V)和铁的腐蚀电位(-0.4V)之间，即锌合金的降解速率介于镁合金和铁基合金之间。另外，锌是人体必需元素，它参与人体各种细胞代谢过程，对各种酶的正常功能、免疫系统、蛋白质和DNA的合成以及伤口愈合很重要。锌的日常摄入量是15mg/天，人体内缺锌会影响生物系统的平衡和稳定，从生物学角度上锌是相对无毒性的。因此，锌和锌合金凭借其优良的生物相容性、可降解性和耐腐蚀性能而具有良好的发展前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物可降解的Zn-Mg-Zr合金材料。该合金材料成本较低且无毒、力学性能优异、降解速率合适、生物相容性优异。

本发明的另一目的是提供一种生物可降解的Zn-Mg-Zr合金材料的制备方法，该方法操作简单。

本发明的另一目的是提供一种生物可降解的Zn-Mg-Zr合金材料在生物医用可降解金属植入物中的应用。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明的第一实施方式提供了一种生物可降解的Zn-Mg-Zr合金材料，所述Zn-Mg-Zr合金材料的组分质量百分比为：0.0001～10％的Mg，0.0001～5％的Zr，其余为Zn。

镁(Mg)元素在锌合金体系中可以提高强度，镁是人体必需的元素，在锌合金中可以提高生物相容性，而且镁的电极电位高于锌，镁元素的加入还可以调控锌合金的腐蚀速率。但是镁含量大于5％时，会使合金中镁锌中间相MgZn₂含量增加，合金脆性增大，延伸率变低，性能变差。

锆(Zr)元素的添加可以细化晶粒，且Zr均匀弥散分布在锌基体中，使Zn-Mg-Zr合金的力学性能得到提升，另外少量Zr对人体无毒害作用。当Zr的含量高时，Zr对于晶粒的细化作用将会减弱，同时Zr含量高不利于保持合金良好的生物相容性，因此，作为优选，在所述合金材料中，所述Mg的质量百分含量为0.01～3％，所述Zr的质量百分含量为0.01～2％。

进一步优选，在所述合金材料中，所述Mg的质量百分含量为0.01％～2％，所述Zr的质量百分含量为0.01％～1％。

综合镁、锆元素含量的选取，这样制备的Zn-Mg-Zr合金既具有优良的生物相容性和力学性能，也具有合适的降解速率。