[發明專利]骨科用鎂合金內植入材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201010252357.0
• 申請日: 2010-08-13
• 公開（公告）號: CN101899600A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 袁廣銀;章曉波;丁文江
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C22C23/04
• 分類號: C22C23/04;C22C1/02;A61L27/04
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種生物醫用材料領域的材質及方法，具體是一種骨科用鎂合金內植入材料及其制備方法。

背景技術

目前臨床應用的骨科內植入材料中，不銹鋼及鈦合金以良好的生物相容性、耐蝕性能和力學性能成為應用廣泛的材料。但是不銹鋼和鈦合金等現有金屬植入材料中存在一個普遍問題是與生物骨的力學相容性差。不銹鋼、鈦合金等的抗拉強度比天然骨高5倍以上，彈性模量更是高10倍以上。這樣的材料植入人體后可對局部骨組織產生很大的“應力遮擋”效應。由于基體骨所受應力刺激下降，骨改建出現負平衡，導致骨吸收增加，骨形成減少，誘發遮擋性骨質缺失。通常，植入材料與生物組織力學相容性差在醫學上會導致三種嚴重的后果：(1)植入材料周圍的原有生物骨脆弱化；(2)植入材料周圍的新生骨生長不良；(3)植入材料與生物骨間的界面出現應力集中，從而引起炎癥。由此可見，植入材料的彈性模量和生物骨不能存在太大差異，研制力學與生物相容性更理想的骨科內植物材料是解決當前植入材料所存在問題的根本出路。同時不銹鋼、鈦合金接骨板、骨釘等植入體在骨組織痊愈后需通過再次手術取出，增加了患者的痛苦及醫療費用負擔。

研究和開發高強韌且可以在生物體內降解的醫用材料成為骨科內植物的重要發展方向。鎂是目前所有金屬材料中生物力學性能與人體骨最接近的金屬材料。鎂合金的彈性約為45GPa，比目前廣泛應用的生物材料鈦合金(100GPa)更接近人骨的彈性模量(20GPa)，能有效降低“應力遮擋效應”，促進骨的愈合。同時鎂合金具有較高的屈服強度，可以承受較大的載荷，應用于骨組織承載部位。鎂是人體內重要的營養元素之一，是人體內第4位金屬元素、細胞內僅次于K⁺的第2位的陽離子。它催化或激活機體325種酶系，參與體內所有能量代謝。對肌肉收縮、神經運動機能、生理機能及預防循環系統疾病和缺血性心臟病有重要作用。世界衛生組織建議成人每天需要攝鎂量為280-300mg，少年兒童為250mg，嬰幼兒80mg。鎂的排泄主要通過泌尿系統，鎂在人體內吸收不會導致血清鎂含量的明顯升高。因此，采用高強韌鎂合金作為醫用可降解骨科內植物材料具有良好的醫學安全性基礎。

然而，鎂合金的耐蝕性能差，在氯離子存在的腐蝕環境中或者當介質的pH值小于11.5時，其腐蝕尤其嚴重。作為骨科內植入材料(骨板、骨釘等)，鎂合金必須在服役期間嚴格滿足必要的力學與形態學要求，因此其腐蝕速率不宜過快。人體內環境的正常pH值在7.4左右，而且體液中存在大量的氯離子，加之人體內是一個復雜的腐蝕環境，這些都會造成鎂合金在人體內的腐蝕速率變化。盡管高純鎂(純度99.99％)具有非常好的耐氯離子溶液的腐蝕，但其室溫下抗拉強度不足100MPa，延伸率不足6％，不及骨組織的力學性能，無法應用于承力骨修復。因此，在降低鎂合金在體液中的腐蝕降解速度的同時，提高鎂合金的強韌性成為鎂合金應用于骨科內植物的關鍵。

目前研究的醫用鎂合金大多含有Al元素，由于Al元素不屬于人體的必需微量元素，被認為具有神經毒性，是導致早老性癡呆的因素。此外，商用的一些高強度鎂合金中大都含有重稀土元素(如WE43合金)，其生物相容性也存在爭議，一般認為重稀土元素在體內的累積將表現為毒性作用。

因此，有必要開發一種具有良好耐蝕性能、生物安全性，又具有足夠強度的骨科內植物(接骨板、骨釘等)用新型可降解醫用鎂合金材料。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種骨科用鎂合金內植入材料及其制備方法，制備得到具有較高的力學強度、滿意的耐蝕性能和良好的生物相容性，在骨科內植物(接骨板、骨釘等)等可降解醫用材料領域具有重要的應用價值。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種骨科用鎂合金內植入材料，其組分及重量百分比為：Zn2～6％、Ca0.1～0.3％、Ag0.1～0.4％、Zr0.1～0.5％，余量為Mg。

本發明涉及上述骨科用鎂合金內植入材料的制備方法，采用半連續鑄造方式制備鎂合金鑄錠，經擠壓時效處理后制成骨科用鎂合金內植入材料。

所述的半連續鑄造方式制備鎂合金鑄錠是指：采用原料依次為≥99.99％的鎂元素、純度為≥99.999％的Zn元素、純度為≥99.99％的Ca元素、純度為≥99.99％的銀元素以及Mg-30％Zr中間合金以Zn2～6％、Ca0.1～0.3％、Ag0.1～0.4％、Zr0.1～0.5％，余量為Mg的比例配比后用六氟化硫和二氧化碳混合氣氛下熔煉，最后在保護氣氛下采用垂直半連續鑄造工藝澆鑄得到鎂合金鑄錠；