[发明专利]一种生物医用Zn-Mn-Cu系锌合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生物医用Zn‑Mn‑Cu系合金及其制备方法。属于医用可降解金属材料成分设计和制备技术领域。这种锌合金包括质量百分数为0.1～5％的Mn和0.1～2％的Cu，余量为Zn。经过真空感应熔炼和塑性加工后具有良好的力学性能，满足医用植入体材料的强度和塑性要求。无毒、可体内降解，具备良好的组织相容性和血液相容性，溶出的金属离子能被生物体吸收利用促进组织器官的修复或通过新陈代谢排出体外。

技术领域

本发明涉及一种生物医用Zn-Mn-Cu系锌合金及其制备方法，具体涉及一种Zn-Mn-Cu系锌合金的制备方法及其在可降解医用植入体中的应用，属于医用可降解金属材料成分设计和制备技术领域。

技术背景

金属材料、无机材料、高分子材料、复合材料及仿生材料等是目前应用于临床生物医用的材料，其中医用金属材料因力学性能和加工性能较好而获得了最广泛的应用，如：316L不锈钢、Co-Cr-Mo合金、WE43镁稀土合金、Ti-6Al-4V合金、Zn-Mg合金、纯铁等。这些材料可分为2类，一类为在人体内可降解的材料，另一类为在人体内不可降解的材料。在人体内不可降解的材料，如316L不锈钢、Ti-6Al-4V合金、Co-Cr-Mo合金等，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，给患者增添了生理痛苦和经济负担。而在人体内可降解的材料，如纯铁、镁合金、锌合金等，适于需要临时服役的器件，如血管支架、尿道支架、骨折固定板等。这些器件植入人体起到辅助和促进组织修复的作用，随着组织修复逐渐完成，这些器件被体液逐渐降解，其分解产物一部分被人体吸收促进组织修复，另一部分通过新陈代谢排出体外，无需二次手术取出，不会给患者增加苦痛和经济负担。可降解医用生物金属材料已成为当前国际生物材料领域的研究热点。

近年来，可降解生物医用镁合金材料成为研究的热点之一，开发了一系列的生物医用可降解镁合金，以含稀土元素的镁合金最具临床使用前景。德国Biotronik公司用Mg-Re(稀土)合金制备的DREAMS 1G血管支架，材料的抗拉强度达195MPa，但延伸率只有2％，吸收周期为0.5年。由此可知目前镁合金作为可降解生物医用材料存在的主要问题是塑性较低以及在人体中被腐蚀的速度太快。

最近，锌合金作为可降解生物医用材料得到了人们的关注，相关研究尚在起步阶段。在传统工程应用中，金属Zn常作为牺牲阳极材料涂层对基体金属起到防腐蚀保护作用，如，热镀锌钢材。但在生物医用领域，与镁相比，金属锌及其合金具有更高的腐蚀电位，因此比镁的腐蚀速度慢，更加符合临床需求，有望成为新型生物医用可降解植入材料。中国发明专利CN 104212998 A中公布了一种Zn-Mg系锌合金及其制备方法与应用，中国发明专利CN104195369 B中公布了一种Zn-Ca系锌合金及其制备方法与应用，中国发明专利CN102011029 A中公布了一种拉链牙带用Zn-Cu-Al-Mg系合金及其制备方法。

锌、锰和铜均是人体需要的金属元素。锌在人体中作用非常大，有生命的火花塞之称。人体正常含锌量为2～3克，成人每天需要锌13-15毫克，它是人体内多种酶的主要成分。锌分布于大部分组织器官中，其中肝脏、肌肉和骨骼中含量较高。人体缺锌将会视觉恶化、伤口和创伤愈合速度变慢、身体和智力发育不良，严重时导致侏儒症。锰在人体中的作用也不小，中国营养学会制定的锰的安全和适宜的摄入量参考指标中，各年龄阶段人群对应的指标有所差异，其中11岁以上各年龄段人群每天均为2～3毫克。人体缺锰会影响骨骼的正常生长和发育，影响糖的新陈代谢，引发神经衰弱综合症，加速人体衰老等严重后果。铜也是人体必需的元素，世界卫生组织建议成人每公斤体重每天应摄入0.03毫克铜，孕妇和婴儿应加倍。铜是人体多种蛋白的组成元素，对中枢神经、免疫系统、大脑、肝脏和心脏等多个脏器的发育和功能有重要影响。铜在人体内含量约100～150毫克，是人体中含量位居第二的必需微量金属元素。缺铜会引发骨质酥松，导致贫血、冠心病、不孕症等。

目前国内外还没有文献和专利报道本专利所发明的Zn-Mn-Cu系锌合金的制备方法及性能，并提出将这种Zn-Mn-Cu系锌合金用作可降解生物医用材料。

发明内容