[发明专利]一种Mg-Ge系镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Mg-Ge系镁合金及其制备方法，属于医用镁合金材料及其制备方法领域。

背景技术

目前，临床上广泛应用的生物医用金属材料主要包括316L、317L、304V不锈钢、Co-Cr-Mo合金、纯钛、Ti-6Al-4V、TiNi合金等。这些材料制备而成的植入体具备良好的机械性能、耐腐蚀性能以及优异的生物相容性，在临床上通常被用来替代体内损伤组织或辅助创伤修复。当其被用来替代体内损伤组织时，要求植入体能够在体内长期保持结构稳定的状态。而在大多数情况下，人们对植入物和支架在体内所提供功能的需求都是暂时的。由于这些材料都是惰性材料，在体内不可自行降解，因此需二次手术取出，增加了治疗费用及患者风险。此外，植入物长期留存体内会带来不可预期的负面影响，例如，长期置入体内的血管支架会引发炎症和血管内膜增生，进而导致血管再狭窄。

与此同时，当前广泛应用的这些生物医用金属材料其弹性模量与骨组织并不十分相称，从而导致“应力遮挡”效应。这样的后果是对新生骨组织产生和塑性的刺激减弱，并使植入体的稳定性下降。

镁是一种特殊的轻金属，其密度为1.74g/cm³，与人骨密度(1.8-2.1g/cm³)接近。与其他金属植入物材料相比，其弹性模量和压缩屈服强度更接近于正常骨组织。镁是人体内第二重要的阳离子，含量仅次于钾。镁在人体中正常含量为25克，且半数存在于骨骼中。此外，镁在人体正常新陈代谢过程中不可或缺。镁离子在细胞外液的浓度波动于0.7-1.05mmol/L之间，由肾脏和小肠保持其浓度稳定。镁在工程应用中的主要缺点是低耐腐蚀性，但这个缺点却成了其作为生物材料应用的优势：镁在体内可以降解成可溶的无毒氧化物并无害的从肠组织中排泄出体外。因此，作为新型的生物医用可降解材料，镁及镁合金具备良好的力学性能、可腐蚀降解性能及生物相容性，具有良好的应用前景。

微量元素锗在人类生命过程中起着重要作用，与人体健康密切相关。锗广泛分布于人体的各组织器官，体内的许多酶如胍氨酸酶、细胞氧化酶、碳酐酶及大脑皮质、灰质成分均含有锗，细胞壁、线粒体、溶酶体等亚细胞组分和细胞间质基质中也含有锗。成年人每天从饮水、食物等平均摄入锗0.4-3.7mg，几乎全部被胃肠道吸收，进入血液循环。锗进入人体后对各组织没有选择性，通常无蓄积作用，大部分经由肾脏在4-7d内从尿中排出，还有部分锗直接从消化道以粪便的形式排出体外。大量实验证明，锗具有抗肿瘤、消炎与免疫调节、抗病毒、抗氧化、抗衰老、降血脂等多重功能，是一种具有良好的营养保健作用的微量元素。从材料学角度，锗在镁基体中以中间相Mg₂Ge的形式存在。锗元素的添加可有效的细化晶粒，提高镁合金的力学性能和耐腐蚀性能。

钙是一种生命必需元素，也是人体中含量最丰富的宏量金属元素，含量仅次于C、H、O、N。正常的情况下成人体内钙含量约为1200g，其中约99%存在于骨骼和牙齿中，主要以羟磷灰石结晶的形式存在，维持骨和牙齿具有坚硬的结构和支架。另外约1%的钙常以游离的或结合的离子状态存在于软组织细胞外液及血液中，统称为混溶钙池。钙在机体各种生理和生化过程中起重要的作用。从材料学角度，钙可以显著细化晶粒，从而提高镁合金的成形性和强度，还可降低镁合金的微电池效应，提高镁合金的耐腐蚀能力。

锌是人体的必需微量元素。机体内的锌几乎全部是以结合到细胞蛋白质的Zn²⁺形式存在，它对电子的高亲和性，使得它极易与氨基酸侧链反应，并在多肽内或多肽间形成交联，改变蛋白质三级结构和功能，锌在细胞生长和分化过程中发挥关键作用，因此锌缺乏的不良影响突出的表现在免疫系统。冶金学上，锌在镁中的最大固溶度为6.2%，是除铝外一种有效的合金化元素，具有固溶强化和时效强化的作用。可显著提高镁合金室温强度，提高镁合金的耐腐蚀性。

发明内容

本发明的目的是提供一种Mg-Ge系镁合金及其制备方法，本发明提供的Mg-Ge系镁合金具有良好的生物相容性和耐腐蚀性能，且能够满足力学性能的要求，可作为医用植入材料。

本发明所提供的一种Mg-Ge系镁合金，所述镁合金包括Mg和Ge；

以重量百分比计，所述镁合金中，Ge的含量可为0~5%，但不为零，本发明提供的镁合金可为致密结构或多孔结构。

上述的镁合金中，所述镁合金还包括Ca，所述Ca的质量百分含量可为0~2%，但不为零。

上述的镁合金中，所述镁合金还包括Zn，所述Zn的质量百分含量可为0~2%，但不为零。