[发明专利]一种可降解抗菌镁合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种可降解抗菌镁合金及其制备方法，涉及金属生物医用材料领域，所述可降解抗菌镁合金材料的主要活性元素为Ag、Cu、Zn和Sr，通过镁合金成分优化设计，各组分对应的质量分数为，Ag：1.35～1.65％，Cu：0.9～1.1％，Zn：3.6～4.4％，Sr：0.9～1.1％，Ca：0.36～0.44％，余量为Mg及其它不可避免的杂质。所述镁合金材料植入物在完成作用后，可完全降解避免二次手术去除，降低医疗成本和病患痛苦，同时提高了植入体的抗菌性，具有促进成骨细胞形成以及抑制破骨细胞骨吸收的功能；所述可降解抗菌镁合金采用半固态流变压铸工艺，产品的微观组织分布均匀，内部组织致密，气孔、偏析等缺陷少，可以满足植入物产品的高质量和高精度要求。

技术领域

本发明涉及金属医用植入材料领域，具体涉及一种可降解抗菌镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金由于具有密度低、比强度高、可加工性及生物相容性良好等优异性能成为新一代的医用生物材料，受到生物材料研究者和医疗人员的青睐。对比于传统医用金属材料和可降解高分子材料，镁合金作为医用植入材料，具有以下突出的优点：

(1)生物相容性好

镁元素是人体新陈代谢的必需矿物质，更是神经系统不可缺少的元素，许多病例状况与它的缺乏有关。镁在人体矿物质含量中仅次于钙、磷，在人体细胞内的离子中，其含量仅次于钾。正常成人体内镁含量约为25g，其中60％～65％以磷酸盐的形式存在于骨骼和牙齿，还有约20％分布于软组织，受到调节性释放。镁是人体中350多种类型酶的重要组成元素及其激活剂，能够维持DNA和RNA的稳定性。镁能够调节人体中枢神经系统的活动，保障心肌代谢功能、减少血小板的凝聚、降低血管内血流的阻力。镁是骨生长的必需元素，可以促进成骨细胞的形成和新骨组织的成长。

(2)力学相容性优良

镁合金植入体的密度和弹性模量与人体自然骨相似，能够消除因弹性模量匹配度低而产生的“应力屏蔽”效应，对骨折愈合、种植体的稳定都具有重要作用。镁的无磁性使得镁对CT或磁共振图像干扰小，而其高的机械强度能够降低给定外加载荷对植入体数量的需求。

(3)可降解性

镁金属的化学性质极为活泼，标准电极电位很低，约为-2.37v。在水溶液中尤其是含有氯离子的人体生理环境中极易发生腐蚀降解。镁及其合金在人体内降解后，作为腐蚀产物的镁离子能够通过新陈代谢完全排出体外。镁作为生物材料不用考虑其释放的Mg²⁺是否具有细胞毒性。相反，Mg²⁺的微量释放有利于维持人体的生命机能和新陈代谢。因此，镁及其合金在可降解硬组织修复材料和可降解心血管支架等非持久型医用替代材料领域的应用前景广泛。

(4)生物功能性

合金的特定成分能够影响到合金的机械加工性、强度和耐蚀性等。加入特定的元素可以优化镁合金的生物活性及功能性。Ca和Sr是很强的功能性元素，都有明显细化晶粒和提升镁合金生物相容性的作用。Ca具有与镁合金及人体骨相近的密度((1.55g/m³)，并且在骨疾病和软组织钙化中发挥着重要作用。一个健康成年人每日Ca营养素摄入量大约为1kg。如果人体中的Ca过多或者过少都会引起疾病，例如软骨病、高钙血症和低血钙症。Sr作为合金元素还能提高镁的力学性能和耐蚀性。Sr具有骨诱导的作用，能引起成骨细胞的生成并能促进植入体与人骨的快速结合，含Sr的药物雷尼酸腮(Strontium Ranelate，SR)己经被用来治疗骨质疏松症。

但是医用镁合金材料在植入内用过程中，材料与人体内部组织接触界面容易被细菌感染，在制备工艺方面，对于医用金属植入物的高质量和高精度要求，传统材料成形方法很难满足，目前镁合金的成形工艺有挤压成形、锻造成形、轧制成形、冲压成形等，但是其成本和单价要比铸造工艺的高，并且其工艺流程较长，很难成形复杂形状的零件，而且所加工的铸件当中存在大量的缩松、缩孔、气孔等缺陷，不易进行后期的热处理和表而处理。

发明内容