[发明专利]一种Zn-Mn系锌合金及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种Zn‑Mn系锌合金及其制备方法与应用。本发明Zn‑Mn系锌合金包括Zn和Mn；以重量百分比计，所述锌合金中Mn的质量百分含量为0～30％，但不包括0。它的制备方法，包括如下步骤：(1)将所述Zn和所述Mn混合，得到混合物；(2)将所述混合物按照下述a)或b)步骤进行处理，然后冷却，即得到所述锌合金；a)在CO₂和SF₆气氛保护下，将所述混合物进行熔炼或烧结；b)在真空气氛保护下，将氢气溶于所述混合物进行所述熔炼。本发明制备的Zn‑Mn系锌合金力学性能优异，能够在体内提供长期有效的力学支持，具有优异的细胞相容性、血液相容性和组织、器官相容性，能用于生物医用植入材料的制备。

技术领域

本发明涉及一种Zn-Mn系锌合金及其制备方法与应用，属于医用金属材料制备及技术领域。

背景技术

目前用于临床的生物医用材料主要有生物医用金属材料、无机材料、高分子材料、复合材料及仿生材料等。生物医用金属材料是用做生物医用材料的金属或合金，这类材料具有高的机械强度和抗疲劳性能，是临床应用最广泛的承力植入材料。该类材料的应用非常广泛，遍及硬组织、软组织、人工器官和外壳辅助器材等各个方面。除了要求这类材料具有良好的力学性能及相关的物理性能外，优良的抗生理腐蚀性和生物相容性也是其必须具备的条件。医用金属材料应用中的主要问题是由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散及植入材料自身性质的退变，前者可能导致毒副作用，后者常常导致植入的失败。已经用于临床的医用金属材料主要有纯金属(钛、钽、铌、锆等)，以及不锈钢、钴基合金和钛基合金等。这些材料在人体内不可降解，为永久性植入，当植入体在人体内的服役期满后，必须通过二次手术取出，从而给患者带来不必要的生理痛苦及经济负担。

可降解金属是本世纪初开始迅速发展的以镁合金和铁为代表的新一类医用金属材料，这类新型医用金属材料摒弃了人们通常将金属植入物作为生物惰性材料使用的传统思想，而巧妙地利用镁和铁在人体环境(含氯离子)中容易发生腐蚀(降解)的特性，期待能以可控方式实现金属植入物在体内的修复功能，并最终在人体组织完成重建/功能修复之后完全降解为对人体无害的金属离子和其他产物。鉴于铁基合金在人体内降解过慢，且降解产物会对人体产生一定的毒副作用，近年来的研究医用可降解金属的研究热点主要在医用可降解镁合金上，如AZ31、WE43、Mg-Ca等，尽管镁合金作为生物材料有着诱人的应用前景，然而研究发现镁合金存在腐蚀速度过快，在组织器官没有充分愈合之前，植入物便很快会丧失它的机械完整性，因而有必要开发新型可降解合金已满足临床需求。

锌是人体内最丰富的微量营养元素之一，人体内85％的锌存在于肌肉和骨骼，11％存在于皮肤和肝脏，剩余的锌存在于组织各处。人体内血清和尿液中正常锌含量(24h)分别是800±200μg/dL和109-130μg/dL。在多细胞组织中，几乎所有的锌存在于细胞内，30％-40％存在于细胞核，50％存在于细胞质，细胞器和囊泡中，剩余的存在于细胞膜中。对于人体来说，每日的锌摄入量约为15mg/d。锌对于众多大分子的结构和超过300多种酶促反应起到关键的作用。许多蛋白质的亚结构与DNA或者其他蛋白质反应时需依附于锌指结构提供的支架平台来进行。锌离子在体内主要以与蛋白质和核酸的复合物形式存在并参与各种中间代谢，传播以及基因信息的表达，储存和合成，同时，还起到稳定染色质和生物膜结构的作用。在骨环境中，成骨细胞内的锌通过激活tRNA合成酶和刺激基因表达来促进蛋白质的合成，同时也增加细胞内DNA数量，从而促进成骨细胞新骨生成和矿化。同时，锌通过调控钙离子信号通路，促进破骨细胞的的凋亡。锌通过促成骨和抑制骨吸收最终使骨质量增加，与其他微量元素相比，锌在骨的新陈代谢中的毒性最小。在心血管环境中，通过补充锌能够保护心肌细胞不受急性氧化还原应激损伤，同时预防心肌损伤引发的炎症反应。锌在血压调控中也起到了至关重要的作用，高血压患者的血清，淋巴细胞和骨的锌含量会降低而心脏，肝，肾等组织中锌含量升高。锌支架的体内实验表明，锌在长期植入中(6.5个月)能够抑制局部的平滑肌细胞增殖从而有效抑制内膜增生。缺锌会引起表皮，肠道，中枢神经，免疫系统，骨骼和生殖系统产生一系列的相关问题。