[發明專利]一種醫用可均勻降解鎂合金的制備方法

有效

• 申請號: 201410384094.7
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN104164602A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 張景懷;徐馳;張麗;張密林;巫瑞智;徐龍江;焦玉鳳
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22F1/06;B22D11/00
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技術領域

本發明涉及的是一種生物醫用可降解材料的制備方法。?

背景技術

用于人體硬組織修復或替換的人工植入體，在臨床上具有廣泛應用，與人類生命健康密切相關。生物醫用不銹鋼系、鈦系合金材料具有優異的力學性能、生物相容性與耐腐蝕性，但這些材料均為惰性材料，不可降解，無法避免康復后的二次手術，增加患者風險和醫療費用。同時它們的力學性能與骨組織不匹配，尤其是彈性模量，會造成應力遮擋效應，進而使植入體周圍骨組織疏松或萎縮；高分子材料雖然能被人體吸收，但強度不足，難以提供結構支撐的功能，且降解產物易引發炎癥；陶瓷材料與骨組織相容性好，也能正常降解吸收，但韌性過差，無法協調變形。?

鎂合金作為生物醫用植入材料具有以下明顯優勢：?

(1)具有良好的生物相容性。鎂是人體必需的第二重要元素(第一為鉀)，具有多種重要的生理功能，能刺激骨組織的形成。?

(2)可完全降解吸收。鎂合金可以在含氯離子的人體體液環境中降解，產物鎂離子可被吸收，過量的鎂離子會經由腎臟通過尿液正常排出體外，不會影響人體健康。?

(3)與人骨相近的力學性能。鎂合金的密度為1.7～1.85g/cm³，與人骨致密組織(1.75g/cm³)相近，彈性模量為41～45GPa，與人骨(3～20GPa)相當，能有效緩解應力遮擋效應。?

(4)成型性好，儲量豐富。鎂合金具有優良的機械加工性能，而且在我國屬于豐產資源，成本較低。?

但目前普通鎂合金作為可降解植入體材料依然存在一些問題，例如腐蝕降解速度過快、不可控的嚴重點蝕，力學性能和耐蝕性能不能兼顧等，嚴重影響鎂合金作為生物醫用材料的應用。目前提高醫用鎂合金性能的方法主要有以下幾個方面：(1)降低鎂合金中鐵、銅、鎳等有害雜質元素的含量；(2)加入鈣、鋅、稀土等有益合金元素；(3)熱處理與變形加工等；(4)鎂合金表面防護。制備高純鎂合金成本過高，工藝難度較大；而表面防護層一旦破損，材料的使用會因鎂合金基體自身抵抗和修復能力較差而受到影響。因此，通過合金化、熱處理與變形加工等方法制備兼具高力學和耐蝕性能的鎂合金基體材料，是制造合格生物植入體器件的基礎和關鍵。?

在設計新型醫用可降解鎂合金時，要著重考慮以下三個方面：(1)生物安全性。在合金?設計時，必須選擇生物安全性較高的合金化元素；(2)服役功能性。Erinc等(Magnesium?Technology,2009:209-214.)提出了一套鎂合金作為可降解骨科植入材料的性能指標：①在37℃模擬體液中的腐蝕速率應小于0.5mm/a，從而保證有效服役期在90～180d。②室溫屈服強度高于200MPa，伸長率大于10％(骨板等內固定受力件)；(3)降解行為的可控性。目前報道的鎂合金的降解行為大多呈現嚴重的局部腐蝕(點蝕)，這種腐蝕模式危害很大，具有不可預測性，會造成材料在服役期內過早局部解體，失去結構支撐功能。未來臨床上應用的鎂合金降解必須是均勻腐蝕，只有均勻腐蝕，才能預測鎂合金在生物體內的服役壽命。?

Feyerabend等(ActaBiomaterialia,2010,6(5):1834-1842)的研究表明，稀土(RE)尤其是重稀土元素具有可以接受的生物相容性。而眾所周知，鋅元素更是人體必需的微量元素。?

含稀土鎂合金具有優異的力學性能已經得到行業內人士的廣泛認可。將稀土與鎂合金經過熔煉、固溶、時效等處理，即可得到高力學性能的稀土鎂合金(Magnesium?Alloys?Containing?Rare?Earth?Metals:Structure?and?Properties,2003)。但常規稀土鎂合金的性能不能滿足生物醫學的實際需求。主要原因如下：高稀土鎂合金中穩定相和亞穩相顆粒對力學性能的提升明顯，但卻和鎂基體形成電偶腐蝕，導致腐蝕速度較快，且易造成大量嚴重點蝕；低稀土鎂合金耐蝕性稍好，但強度較低。這也是醫用鎂合金開發中力學性能與耐蝕性能難以取舍的關鍵難題。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠制備出兼具高的力學和耐蝕性能，并且腐蝕降解模式為均勻腐蝕的合金的醫用可均勻降解鎂合金的制備方法。?

本發明的目的是這樣實現的：?

按照原子比組成：Mg_1-a-bRE_aZn_b設計合金，其中RE(稀土)為Y、Dy、Er、Gd、Tb、Tm中的一種或多種，0.75％≤a＜1％，0.2％≤b＜0.4％，分別進行鑄棒、熱處理、熱擠壓和時效處理，?