[發明專利]一種Zn-Mn系鋅合金及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201610388285.X
• 申請日: 2016-06-02
• 公開（公告）號: CN107460372B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 鄭玉峰;楊宏韜;李華芳;曲新華;戴尅戎
• 申請（專利權）人: 北京大學;上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院
• 主分類號: C22C18/00
• 分類號: C22C18/00;A61L17/10;A61L17/12;A61L17/14;A61L27/04;A61L27/30;A61L27/32;A61L27/34;A61L27/54;A61L27/58
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;王春霞

本發明公開了一種Zn?Mn系鋅合金及其制備方法與應用。本發明Zn?Mn系鋅合金包括Zn和Mn；以重量百分比計，所述鋅合金中Mn的質量百分含量為0～30％，但不包括0。它的制備方法，包括如下步驟：(1)將所述Zn和所述Mn混合，得到混合物；(2)將所述混合物按照下述a)或b)步驟進行處理，然后冷卻，即得到所述鋅合金；a)在CO₂和SF₆氣氛保護下，將所述混合物進行熔煉或燒結；b)在真空氣氛保護下，將氫氣溶于所述混合物進行所述熔煉。本發明制備的Zn?Mn系鋅合金力學性能優異，能夠在體內提供長期有效的力學支持，具有優異的細胞相容性、血液相容性和組織、器官相容性，能用于生物醫用植入材料的制備。

技術領域

本發明涉及一種Zn-Mn系鋅合金及其制備方法與應用，屬于醫用金屬材料制備及技術領域。

背景技術

目前用于臨床的生物醫用材料主要有生物醫用金屬材料、無機材料、高分子材料、復合材料及仿生材料等。生物醫用金屬材料是用做生物醫用材料的金屬或合金，這類材料具有高的機械強度和抗疲勞性能，是臨床應用最廣泛的承力植入材料。該類材料的應用非常廣泛，遍及硬組織、軟組織、人工器官和外殼輔助器材等各個方面。除了要求這類材料具有良好的力學性能及相關的物理性能外，優良的抗生理腐蝕性和生物相容性也是其必須具備的條件。醫用金屬材料應用中的主要問題是由于生理環境的腐蝕而造成的金屬離子向周圍組織擴散及植入材料自身性質的退變，前者可能導致毒副作用，后者常常導致植入的失敗。已經用于臨床的醫用金屬材料主要有純金屬(鈦、鉭、鈮、鋯等)，以及不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金等。這些材料在人體內不可降解，為永久性植入，當植入體在人體內的服役期滿后，必須通過二次手術取出，從而給患者帶來不必要的生理痛苦及經濟負擔。

可降解金屬是本世紀初開始迅速發展的以鎂合金和鐵為代表的新一類醫用金屬材料，這類新型醫用金屬材料摒棄了人們通常將金屬植入物作為生物惰性材料使用的傳統思想，而巧妙地利用鎂和鐵在人體環境(含氯離子)中容易發生腐蝕(降解)的特性，期待能以可控方式實現金屬植入物在體內的修復功能，并最終在人體組織完成重建/功能修復之后完全降解為對人體無害的金屬離子和其他產物。鑒于鐵基合金在人體內降解過慢，且降解產物會對人體產生一定的毒副作用，近年來的研究醫用可降解金屬的研究熱點主要在醫用可降解鎂合金上，如AZ31、WE43、Mg-Ca等，盡管鎂合金作為生物材料有著誘人的應用前景，然而研究發現鎂合金存在腐蝕速度過快，在組織器官沒有充分愈合之前，植入物便很快會喪失它的機械完整性，因而有必要開發新型可降解合金已滿足臨床需求。

鋅是人體內最豐富的微量營養元素之一，人體內85％的鋅存在于肌肉和骨骼，11％存在于皮膚和肝臟，剩余的鋅存在于組織各處。人體內血清和尿液中正常鋅含量(24h)分別是800±200μg/dL和109-130μg/dL。在多細胞組織中，幾乎所有的鋅存在于細胞內，30％-40％存在于細胞核，50％存在于細胞質，細胞器和囊泡中，剩余的存在于細胞膜中。對于人體來說，每日的鋅攝入量約為15mg/d。鋅對于眾多大分子的結構和超過300多種酶促反應起到關鍵的作用。許多蛋白質的亞結構與DNA或者其他蛋白質反應時需依附于鋅指結構提供的支架平臺來進行。鋅離子在體內主要以與蛋白質和核酸的復合物形式存在并參與各種中間代謝，傳播以及基因信息的表達，儲存和合成，同時，還起到穩定染色質和生物膜結構的作用。在骨環境中，成骨細胞內的鋅通過激活tRNA合成酶和刺激基因表達來促進蛋白質的合成，同時也增加細胞內DNA數量，從而促進成骨細胞新骨生成和礦化。同時，鋅通過調控鈣離子信號通路，促進破骨細胞的的凋亡。鋅通過促成骨和抑制骨吸收最終使骨質量增加，與其他微量元素相比，鋅在骨的新陳代謝中的毒性最小。在心血管環境中，通過補充鋅能夠保護心肌細胞不受急性氧化還原應激損傷，同時預防心肌損傷引發的炎癥反應。鋅在血壓調控中也起到了至關重要的作用，高血壓患者的血清，淋巴細胞和骨的鋅含量會降低而心臟，肝，腎等組織中鋅含量升高。鋅支架的體內實驗表明，鋅在長期植入中(6.5個月)能夠抑制局部的平滑肌細胞增殖從而有效抑制內膜增生。缺鋅會引起表皮，腸道，中樞神經，免疫系統，骨骼和生殖系統產生一系列的相關問題。