[发明专利]一种生物医用可降解合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种生物医用可降解合金及其制备方法和应用，以高纯锌锭、Mg‑20wt.％Ca中间合金、高纯钙为原材料浇铸得到产品，Zn‑1.2Mg‑xCa合金的质量百分比分别为Zn占97.3％～98.8％、Mg占1.2％、Ca占0％～1.5％，x＝0、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5，钙镁比为(0～1.25)：1；本发明合金浇铸温度合理，保温时间适当；添加Ca元素能够显著细化晶粒尺寸，同时形成强化相，有效增强合金硬度；在生物可降解材料中具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于医用生物可降解材料技术领域，具体涉及一种生物医用可降解合金及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代医疗科学技术的快速发展，受损骨骼及器官愈合治疗所用的人体植入物(如骨钉、骨板、心血管支架)已经成为一种较为常见的生物医疗产品，主要用于受伤组织的固定以及心血管的支撑扩张等。传统金属材料因具有植入人体后几乎不可降解的特性而导致患者面临二次手术的问题，极大的增加了患者的经济负担和身体痛苦，提高了手术的风险率。因此，研究人员将目光转向生物可降解材料，主要分为生物可降解聚合物和生物可降解合金。生物可降解聚合物(PLLA、PLGA、PGA等)虽然在一定程度上克服了永久材料的缺陷，但是其较低的力学性能严重阻碍了它的发展，仅仅适用于软组织损伤修复。通常，机械性能低的产品一般只能用于低承重或者非承重部位的固定，应用前景有限。然而，生物可降解合金在机械性能、体内外降解速率以及生物相容性方面都具有极大的可调节性，可以通过合金化、压力加工手段、热处理、快速凝固、表面改性、多孔化处理等多种方式来改善合金综合性能和人体环境适应性，从而获得生物相容性和可降解性优异的硬组织植入器械及医疗产品。

目前最具有发展前景的人体植入物材料是生物可降解锌合金，以锌为基体开发出多种二元、三元等合金体系来提升其性能。众所周知，Zn可以刺激骨细胞成骨，并抑制破骨细胞分化，调节细胞反应，与众多酶物质作用来完成人体生命代谢过程，而且锌合金降解过程中不会像镁合金那样产生氢气而引起组织细胞再次受损。尽管如此，锌及锌合金也存在着几个比较明显的缺陷，如锌的弹性模量较大，与人体骨模量不适配，可能会造成应力屏蔽的问题，特别是锌合金的机械强度较低。因此，采用人体所需的微量合金化元素来提升生物可降解锌合金的力学性能及生物相容性，是加速其在医疗器械植入体应用的重要手段之一。

镁(Mg)、钙(Ca)都是人体营养元素，每日推荐食量(RDA)也很高，不会造成细胞毒性。另外，Ca元素还可以起到晶粒细化的作用，增加晶界数量，进一步增强力学性能。研究表明，Zn-1.2wt.％Mg合金的综合性能表现优异。然而，目前的研究主要集中在Zn-1Mg-xCa(x＝0.1,1wt.％)、Zn-1.2Mg-0.1wt.％Ca这两个体系上，对于Zn-1.2wt.％Mg为基体，Ca含量的最佳掺杂值及其对强化相的影响并未涉及。对于锌合金来说，合金化后的第二相强化尤为重要。因此，有关生物可降解材料Zn-1.2Mg-xCa合金的组织结构及强化相状态、力学性能等方面的探索急需补充，以加速生物锌合金在医疗器械上的应用进程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种生物医用可降解合金及其制备方法和应用，通过改变Ca的合金化掺杂量，来改善Zn-1.2Mg-xCa合金组织形态，根据组织图可知，Zn-1.2Mg-xCa合金中存在基体Zn相、Mg₂Zn₁₁共晶相、CaZn₁₃第二强化相，第二相CaZn₁₃相的出现，提高了合金的硬度，同时，通过后续的变形工艺，在尺寸和形态控制的情况下可以显著提高锌合金的力学性能。

本发明采用以下技术方案：

一种生物医用可降解合金，所述生物医用可降解合金的化学式为：Zn-1.2Mg-xCa，x＝0、0.3、0.6、0.9、1.2或1.5。

具体的，按质量百分比计，Zn占97.3％～98.8％、Mg占1.2％、Ca占0％～1.5％。