[发明专利]可降解镁-铁复合材料的电阻-超声波增材制造方法

说明书

本发明涉及一种可降解镁‑铁复合材料的电阻‑超声波增材制造方法，通过电阻‑超声波增材制造系统实现，其具体步骤如下：将第一层铁箔放置在支撑底座上，将镁箔放在铁箔上；使超声电阻工具头压在镁箔上，使镁箔、铁箔充分靠近或接触；给超声电阻工具头通电并施加一定压力，使其输出超声振动并传导电流；通过超声电阻工具头在XY平面内的移动完成指定区域的连接；根据所需比例选取下一层材料，多次重复后得到可降解层状镁‑铁复合材料。本发明可以降低对超声波功率的要求，而且增材后的材料具有较好的力学性能，本发明制得的复合材料植入物可以通过改变镁‑铁之间的比例控制在人体内的降解时间，无需二次手术取出。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种可降解镁-铁复合材料的电阻-超声波增材制造方法。

背景技术

现代医学中常向人体植入器械来支撑或连接病变部位。根据植入器械的应用部位不同，一般需要器械在植入后的1至24个月内保持结构的完整性，并具有足够好的力学性能支撑或者连接病变部位。而且在病变部位痊愈后，器械应当在较短的时间内尽快腐蚀或者降解。目前广泛应用于临床的金属植入材料像不锈钢、钛合金以及钴铬合金等，这些金属具有良好的耐腐蚀性，在体内能够长期保持结构稳定，但上述材料为不可降解材料，长期存在体内容易引发各种并发症，在人体组织功能恢复之后需要通过二次手术取出，增加了患者的痛苦、二次手术风险和医疗成本。

镁的密度和力学性能接近人体骨骼。植入人体的镁合金在治疗初期可以提供足够的力学支撑以避免骨骼再次破裂，随着骨的愈合逐步降解，产生的镁离子部分作为必需元素被人体吸收，不仅消除了传统金属生物材料需二次手术取出等弊端，而且具有更好的力学稳定性和生物相容性，是一种理想的可降解生物材料。同时镁、锌元素可以促进骨细胞生长、促进骨折愈合，而过量的镁可以通过肾脏排出体外，不会对人体造成伤害。然而体液中的Cl会加速镁合金的腐蚀，使器械在机体痊愈之前已经发生严重的腐蚀，降低了材料的力学性能和稳定性，而且镁合金的快速腐蚀不仅会伴随氢气的大量释放，而且过快的降解速度将使植入体附近体液局部pH值升高，对人体骨骼以及组织生长产生危害，从而严重制约了镁合金在临床上的应用。早在1905年，A.Lambottel1将纯镁板和镀金钢用于固定小腿骨折，但因镁板的腐蚀速度过快，产生了大量皮下气泡导致失败。近些年来，许多学者开展了有关镁合金作为人体植入材料的研究，比如学者申英末所做的“体内可控降解的镁合金螺钉”，镁合金表面覆盖高分子涂层，适用于组织与组织或组织与修补材料的固定，降解周期可控制在6到8个月，然而此种材料可调节的降解时间有限，因而只适用于某些特定的部位。又比如张敏所做的“可降解镁合金输尿管支架”，采用网状结构并且网状结构外包覆有药物涂层，也可进行收缩和膨胀，然而需定期观察镁合金支架的降解情况，降解后需重复植入材料。

铁是构成人体的微量元素之一，铁基材料拥有良好的生物相容性，低廉的成本，良好的力学性能以及易被加工成型等特点，是目前研究较多的生物可降解材料。铁的降解速率较慢，对于生物体的毒性相对较低。可降解铁基材料的应用主要在心血管支架、骨外科植入材料以及骨组织工程支架三个方面。然而，铁的降解速率过慢，完全降解时间经常在1年以上。比如学者谭思暄所做的“一种可降解铁基心血管支架”，采用铁粉，锰粉和银粉混合真空高温，熔炼制备而成，可以在12个月内具有完整的力学性能，并在16个月内完全降解，然而其缺点在针对降解时间较短的情况，该材料无法满足要求。纯铁材料很难满足现有的对于医用生物可降解材料的降解速度要求。