[发明专利]医用可降解Fe-Mn-Ag合金材料及制备与应用

说明书

本发明涉及一种医用可降解Fe‑Mn‑Ag合金材料及其制备方法。Fe‑Mn‑Ag合金材料的各种组元化学成分按照重量百分比为：Mn：30%，Ag：2‑10%，其余为铁。本发明利用Fe30Mn合金在人体环境中可发生腐蚀而进行生物降解的特性，在合金中加入正电位抗菌元素Ag，通过真空电弧熔炼、铜模冷却快速凝固技术制备出新型的可降解铁基合金。该合金的降解速率得到极大提高，有利于植入人体后缩短降解的时间，减小植入物对生物体的刺激作用，后期通过Ag+的释放使植入物兼具一定的抗菌性能，提高医疗器件的治疗效果；本发明提出了一种材料具有良好的力学性能和生物相容性，具有更加优异的核磁共振兼容性。

技术领域

本发明属于生物医用金属材料技术领域，具体涉及的是医用可降解Fe-Mn-Ag三元铁基合金材料及制备与应用。

背景技术

近几年国内外不断探索，将生物可降解金属材料用作血管介入和骨缝合术中的临时植入材料。以不锈钢、钛基合金和钴基合金为代表传统合金生物材料在人体内具有优异的耐腐蚀性，然而，作为长期植入这些金属物会引发一些并发症，事实上，在某些情况下，已经不再需要永久性生物惰性材料。而可生物降解金属是新一代生物医学材料，这些金属植入物预期会在体内以适当的修复功能腐蚀并逐渐降解直至最终消失以达到临床目的。因此，可生物降解金属的化学成分应该是人体能够代谢的重要金属元素。在这种情况下，可生物降解的镁和铁合金非常有希望应用于这种应用。虽然镁合金表现出优异的性能引起广大关注，但在生理溶液中表现出快速的降解率并伴随着大量氢气的产生，且溶血率相对较高，用于可降解心血管支架尚存在一些问题。

铁基合金作为支架有很大的优势，其中纯铁本身是一种易腐蚀材料，铁元素同样为人体不可或缺的微量元素之一，是血液中氧的良好载体。亚铁离子与血红蛋白的形成密不可分，对血红蛋白的形成起着关键性作用，在成年男性体内铁含量约为45mg/Kg，女性体内含量约为35mg/Kg，所有铁拥有良好的生物相容性。而且铁支架具有良好的塑韧性，有利于支架植入过程中的塑性成形。另外由于铁支架具有光不可穿透性，方便在手术中观察支架在人体中的位置。

但作为可降解血管支架材料，铁基合金仍然存在着降解速率过低的问题。德国罗斯托克大学 Matthias Peuster（ Heart. 2001;86:563-9.） 等人通过动物实验表明了可降解纯铁应用于血管支架是安全的，但 12 个月后支架仍然保持了较好的完整性，降解速度缓慢。为此，加拿大拉瓦尔大学 Diego Mantovani 等人通过粉末冶金法合成了 Fe-35Mn(wt.%)合金（Powder Metall. 2008;51:38-45.），苏黎世联邦理工学院 Peter J.Uggowitzer 等人发展了 FeMnPd 合金（Acta Biomater. 2009;6:1705-13.），进一步提升铁基合金的降解速率。Xu等人的一项研究Fe-30Mn-C明显改善了合金的磁化率和力学性能（Acta Metallurgica Sinica 47 (2011) 1342–1347）。最近，J. Hufenbach等人开发出Fe-30Mn-1C-0.025S可降解合金，进一步提高了铁基合金的机械性能和降解速率（MaterialsLetters, 2017, 186 330-333）。

然而，当前铁基合金的降解速率仍然不能满足可降解支架材料的要求，其磁兼容性上也有待提高。当然相对于其他相关生物可降解医用材料的专利，如Zn-Li-X系合金材料（专利申请号：201610729020.1）、Fe-Mn-C合金材料（专利申请号：201110123689.3）、Mg-Cu-Al合金材料（专利申请号：201510517794.3）、Mg-Cu合金抗菌材料（专利申请号：201310598693.4）、Zn-Cu-X合金材料（专利申请号：201510785360.1），可降解医用铁基合金开发相对较少，因而开发前景还需发掘。因此，开发新的铁基合金以加速降解过程并具有良好的磁兼容性是非常必要的。

发明内容