[发明专利]一种生物可降解Zn-Sn-Sr合金材料的制备及晶粒细化方法

说明书

本发明属于人体医用可降解植入材料领域，涉及一种生物可降解锌锡锶(Zn‑Sn‑Sr)合金材料的制备及晶粒细化方法。本发明公开的是一种由锌、锡和锶r组成的三元锌合金，合金中元素各元素的质量百分含量分别为0.5％～3.0％Sn，0.05％～1.5％Sr，其余为Zn的可降解三元合金的制备。本发明对上述方法制备的锌锡锶合金进行熔化，然后对合金熔体在低温条件下进行高能超声处理。经过本发明超声熔体处理的Zn‑Sn‑Sr合金，其α‑Zn形貌由粗大的树枝晶细化为细小的等轴晶，晶粒尺寸减小到43.63um；形成的ZnSr第二相尺寸减小，均匀分布在合金基体上，有利于合金力学性能的提高和可降解速率的调控。

技术领域

本发明属于人体医用可降解植入材料领域，涉及一种生物可降解Zn-Sn-Sr合金材料及晶粒细化方法。

背景技术

生物医用材料按照材料组成和性能可分为生物医用金属材料、陶瓷材料、高分子材料以及复合材料。生物医用金属材料具有强度高、抗疲劳性能优良、易加工成形等优点，成为医学临床中应用比较广泛的一类医用材料。金属材料承载能力较好，广泛应用于骨、齿等硬组织治疗以及介入治疗支架。在生物医用金属材料中目前应用最为广泛的是不锈钢、钛及钛合金以及钴基合金、镍基形状记忆合金等。植入体长期留在生物体内，会不同程度地刺激周边肌体组织产生组织反应，严重时将导致植入失败甚至致使患者病情恶化。另外用于骨折内固定手术等植入体后需要进行二次手术取出植入体，在一定程度上将增加手术风险、增加医疗费用同时给患者带来更多痛楚。随着医学技术的发展，人们希望研发出一种在人体内完成治疗使命后能够在体内逐渐降解并将产物排出体外的植入体材料。

生物医用可降解金属材料是二十一世纪的阳光产业，我国医疗器械产业还处于起步阶段，需要增强自主研发能力和创新能力，核心技术和关键部件的生产应从依赖国外进口的局势中及时转变。临床应用的生物医用可降解金属材料主要关注仍在铁基合金和镁基合金上。然而，铁基合金降解速率过慢，完成服役后仍需长时间存在体内能完全降解，不利于伤口完全愈合，引发一系列不良反应，作为心脏血管支架应用时，患者需长期服用抗凝血药物，违背了可降解合金的设计初衷。镁合金降解过程中速率过快，不能达到所要求的治疗时间就失效降解，对患者造成二次伤害，同时存在植入部位产生大量氢气形成氢气囊造成肿大，不利于组织和材料结合，腐蚀降解过程中引起局部碱化对细胞造成不良影响。锌的标准电极电位位于铁和镁之间，具有适宜的降解速率，是人体微量元素之一(成人体内的锌含量为1.4～2.3g，成人每天锌的补充量约为10～15mg，婴儿每天补充2～3mg)【刘欢等，发明专利，授权公告号：CN201911133038.5】，并且低于300mg的锌含量在人体中不会产生生物毒性，具有良好的生物相容性。然而，锌晶体是密排六方结构，其强度和延伸率不能满足人体植入生物可降解材料的性能要求(σ_s＞200MPa，σ_b＞300MPa，δ＞15～18％)【邓龙等，发明专利，授权公告号：CN202110283772.0】。

发明内容

本发明为了解决作为生物医用可降解纯锌由于存在力学性能差、人体内可降解速率慢等问题，旨在两个目的：第一个目的是提供一种制备生物可降解Zn-Sn-Sr合金材料的方法；第二个目的是提供一种生物可降解Zn-Sn-Sr合金材料晶粒细化的方法。

本发明的医用生物可降解锌合金成分的质量百分含量如下：

Sn 0.5％～3.0％；

Sr 0.05％～1.5％；

不可避免杂质≤0.3％，余量为Zn。

本发明关于一种生物可降解Zn-Sn-Sr合金材料的制备方法按以下步骤进行：