[发明专利]一种多元少量可降解抗菌镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多元少量可降解抗菌镁合金，包括：所述多元少量可降解抗菌镁合金由以下重量分数组分组成：Ca：0.4～1.2％、Zn：0.8～1.2％、Ag：0.3～2.0％、Se：0.02～0.2％、Mn：0.05～0.15％，余量为Mg和不可避免的杂质；其中，所述Se通过Ag₂Se的方式进行添加。本发明还包括一种新型抗菌多元变形镁合金的制备方法，利用多元合金化的成分设计，利用高纯原料并采用真空‑气氛保护熔炼的方法制备铸锭，保证了合金的纯度；再经车削、均质处理、挤压和热处理，实现了固溶强化、细晶强化和第二相强化，提高了合金的力学性能；CaZnAg相的形成及Se的加入提高了合金的耐蚀性能和抗菌性能。

技术领域

本发明涉及一种多元少量可降解抗菌镁合金及其制备方法，属于轻金属材料领域。

背景技术

镁合金具有密度低、高的比强度和良好的可加工性优点。同时，镁合金的弹性模量和压缩屈服强度比其它常用金属植入物更接近天然骨，具有良好的生物功能性和可降解性。同时，镁是人体重要的微量元素，其阳离子含量是第四丰富的阳离子，人体中近50％的镁存储在骨组织中，对骨骼发育及新陈代谢至关重要。因此，镁合金有望成为新一代生物植入可降解材料而备受关注。

镁合金的密度、压缩屈服强度以及弹性模量与人体自然骨接近。镁合金作为植入材料与传统的惰性植入材料(如不锈钢、钴基合金和钛合金)相比，“应力屏蔽”效应明显减弱，对骨损伤的愈合具有重要作用。与Co-Cr材料相比，镁合金的无磁性使得其对骨损伤愈合过程中的核磁检查图像影响小。高分子材料的力学轻强度较低，很难满足承重骨损伤的修复；又由于高分子材料降解产物对植入材料周围产生刺激，易引发炎症。而功能性生物活性陶瓷的强度较低、脆性大的特点限制了其临床应用。由此，镁合金是最具潜力的医用可降解材料。

镁合金作为可植入的、可降解医用材料仍存在不足，如不可控的降解速率，制约着镁合金的应用。随着镁合金的制备技术的不断发展，材料的纯度逐步提高、制备工艺的不断优化以及表面涂层技术的逐步成熟，这个问题将逐步解决。然而，可降解镁合金作为体内植入物却面临着“骨植入物感染”的问题。尽管，通过药物治疗或者手术等可以逐步消除这种感染，但是，病人为此要付出更多的痛苦和经济压力。试想，如果在制备生物可降解镁合金过程中，加入适当的具有抑菌功能的元素，为预防“镁合金植入感染”提供了一条可行的思路。

医用可降解的、抗菌镁合金的合金化元素的选取对其性能而言是至关重要的。合金化元素的加入既要满足一定的力学性能，又要达到良好的生物相容性、可控的降解速率和一定的抗菌效果。

钙(Zn)是镁合金中常用的一种合金化元素，有助于改善纯镁的力学性能；同时钙也是人体骨骼的主要元素。钙还具有参与凝血的作用，并且能作为多种酶的活化剂或稳定剂。镁钙合金具有良好的生物相容性、低腐蚀速率和强度，并能增加镁合金的延展性和弹性模量。尽管二元镁钙合金的生物相容性较好，但其存在成型性较差和塑性不好的问题，在力学性能上很难满足“植入人骨”的要求。

锌(Zn)是人体必需的微量元素，也是镁合金中常用的合金化元素之一。但是过多的锌将会提高镁合金的降解速率，导致其耐蚀性降低。同时，释放较多的锌离子也会导致人体不适。镁钙锌Mg-Ca-Zn三元合金也已经有相关的报道，具有潜在的生物材料的应用潜力。但是，钙和锌具体的含量由于合金的制备方法不同导致的微观组织不同，其耐蚀性也有所差异。直至目前，还没有通用的最佳钙和锌的含量比例。虽然镁钙锌Mg-Ca-Zn三元合金植入体内后释放氢气，在植入体周围产生局部的微碱性环境，但其不能满足临床需求，仍易导致植入体周围发生感染。那么，以镁钙锌Mg-Ca-Zn合金为基体，通过合金化及成型加工处理，开发出具有可降解的、抗菌镁合金将扩大镁合金在医疗上的应用。