[发明专利]一种刺激细胞活性和快速降解的磁致伸缩铁-镓合金及其制备方法

说明书

本发明属于医用金属制备技术领域，特别涉及一种刺激细胞活性和快速降解的磁致伸缩铁‑镓合金及其制备方法。本发明所设计和制备的铁‑镓合金具有优异的磁致伸缩特性，在磁场作用下能将磁场能转变成物理形变，一方面在植入部位对骨细胞和组织产生机械刺激作用，持续刺激骨细胞增殖，从而加快骨缺损修复速度；另一方面，利用合金基体和降解产物之间的磁致伸缩性能差异，促进降解产物层从基体的龟裂与脱落，从而加快体液向合金内部的渗透，进而实现合金的快速降解。本发明提出的磁致伸缩铁‑镓合金及其制备方法，能够同步解决常规铁基植入材料细胞活性差、降解过慢的问题，从而促进了其在骨缺损修复领域的应用。

技术领域

本发明属于医用金属制备技术领域，特别涉及一种刺激细胞活性和快速降解的磁致伸缩铁-镓合金及其制备方法。

背景技术

目前临床常用的医用金属材料主要包括铁及其合金、钛及其合金等，其中铁及其合金占据了约一半的市场。相比钛及其合金，铁能在生理环境中降解，在作为植入物修复骨缺损方面具有独特的优势，但由于标准电位较高(-0.44V)，铁在人体内的降解速率很慢，有报道指出在植入体内12个月之后，大部分铁植入物仍然残留在植入部位，无法为新组织生长腾出足够空间；更重要的是，由于细胞增殖分化能力有限，目前大都在植入物中复合不同类型的生长因子来刺激细胞活性，但生长因子作为一种活性物质，不仅成本高而且半衰期短，在植入一定周期之后，就会丧失刺激作用。这些因素导致铁植入物修复骨缺损的速度慢、周期长。因此，开发一种既能持续刺激骨细胞增殖分化，又具有适宜降解速率的铁基植入物，对于加快骨缺损修复至关重要。

目前，已有报道在铁基体上涂覆生物活性陶瓷如羟基磷灰石等来增强铁基体的生物活性，实验表明涂覆羟基磷灰石后，铁基体的细胞活性得到了较大提升。然而，羟基磷灰石陶瓷的降解速率慢，且形成的磷灰石作为保护层进一步降低了铁基体原本缓慢的降解速率，更加难以满足骨修复的降解性能要求。另有报道在铁基体中合金化贵金属元素(例如Ag、Au等)，将铁基体转化为电化学反应中的阳极，通过加剧电偶腐蚀反应来加快铁的降解速率。然而，该方法不仅对生物活性没有改善，甚至会由于贵金属元素和铁离子的大量释放而引发生物安全性问题，并且难以针对特定需求实现对降解速率的调控。

最近研究表明，机械刺激能够维持甚至促进细胞的增殖和活性。其主要原理是机械应力产生梯度应变，通过激活不同的信号通路将机械信号转化成生化信号，作用于Wnt受体、整合蛋白、生长因子等，从而诱导一系列基因表达促进骨细胞增殖分化；同时，机械刺激还能激活细胞膜上的钙离子通道，诱导细胞外钙离子流入细胞，提高细胞内钙浓度，从而促进骨愈合。因此，铁基植入物若能提供机械应力作用，在骨移植后对患处施加持续的机械刺激，将极大的促进骨缺损的再生修复。

发明内容

针对铁基医用材料细胞活性差、降解速率慢的问题，本发明提供了一种刺激细胞活性和快速降解的磁致伸缩铁-镓合金及其制备方法和应用。本发明所设计和制备的铁镓合金具有优异的磁致伸缩特性，能够在外磁场作用下产生微小应变：一方面，植入体内后，应变直接作用于周围细胞组织，通过持续的机械刺激促进骨细胞增殖分化；另一方面，利用基体与降解产物的磁致伸缩应变差异，加快降解产物从基体的剥离、脱落，从而促进体液渗透并加快基体降解，进而达到同步提高铁基医用材料细胞活性和降解速率的目的。

本发明一种刺激细胞活性和快速降解的磁致伸缩铁-镓合金，所述铁-镓合金中，以原子百分比计，镓的含量大于1且小于等于30％。作为优选，铁-镓合金中镓的原子比为10-30at.％；进一步优选地，所述铁-镓合金中镓的原子比为15-25at.％；更进一步优选地，所述铁-镓合金中镓的原子比为20at.％。

本发明一种刺激细胞活性和快速降解的磁致伸缩铁-镓合金，镓均匀分布于所述铁-镓合金中。

本发明一种刺激细胞活性和快速降解的磁致伸缩铁-镓合金的制备方法，包括下述步骤：

(1)将一定比例的铁粉末和镓粉末置于球磨机中，在保护气氛下，球磨得到混合粉末；