[發明專利]一種Zn-Ge-X三元生物醫用材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910291761.X
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN109966568B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 張德闖;童先;林建國;檀朝桂;林繼興
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: A61L31/14
• 分類號: A61L31/14;A61L31/02;C22C18/00;C22C18/02;C22C1/02;C22C1/03;C22F1/16
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 魏娟

本發明公開了一種Zn?Ge?X三元生物醫用材料及其制備方法，所述Zn?Ge?X三元生物醫用材料按質量百分比計，包括如下成份：Ge 0.5～6％wt.％，X 0.1～1wt.％，所述X選自Mg、Cu、Mn、Sr、Fe、Ca、Ag、Ti中的至少一種，余量為Zn。本發明采用傳統的鑄造+變形處理作為制備方法，通過優化變形處理及三元材料的成份，制備的三元Zn?Ge?X生物醫用材料，具備優異的力學性能、良好的細胞相容性和適宜的生物降解性能，有望成為潛在的可降解生物醫用材料。

技術領域

本發明涉及一種Zn-Ge-X三元生物醫用材料及其制備方法，屬于生物醫用金屬領域。

背景技術

隨著生物醫學領域的發展，可降解生物金屬材料在醫學上的應用十分普遍。這類材料在植入人體后，首先代替創傷部位組織執行功能，然后隨著材料的降解吸收，新生組織得到同步替換，最后達到永久性治療的目的，免去了二次手術的風險和痛苦，極大程度地提高了療效。此外，可降解生物金屬材料由于拉伸及壓縮的強度均較高、延展性和耐沖擊性出色，植入后力學性能穩定、可靠性高、成形加工性能優良，可以根據患者個性化的需求，制成形狀復雜的結構，因此它占到植入性醫療器械材料的40％以上，是需要承受較大載荷的骨組織、齒等硬組織治療和介入治療用支架的首選植入性材料，大量應用于齒科、骨科、心血管的介入治療等醫療領域，且隨著老年化社會的不斷推進，今后對醫用可降解植入物應用的需求日益增加。

鋅及其合金作為一種新型可降解金屬材料，其降解速度位于鎂基合金和鐵基合金之間，具有合適的降解速度，更適合作為可降解生物醫用材料。相對于鎂及其合金，鋅及鋅合金具有更優異的耐腐蝕性和良好的生物相容性，更為重要的是，在體內降解過程中鋅合金不會產生氣體，更有助于病患部位的愈合。與此同時，由于純鋅的熔點較低，化學活性不高，制備工藝簡單。以鋅為基體加入其他元素生產的鋅基合金具有熔點低，鑄造性能優異，力學性能良好，生產工藝流程短，能耗小，原材料價格低廉的優點，這些也都成為鋅作為可降解生物醫用合金的一大亮點。鋅元素作為人體一種必需的微量元素，參與人體許多生理活動，人體中正常含鋅量為2～3克。此外，鋅早已被證實具有抗菌作用，相對于抗生素類藥物具有抗菌性穩定、持久，不易出現耐藥性等優點。因此，鋅合金作為可降解生物材料具有廣泛的應用前景。然而，純鋅力學性能差，不能滿足人體的需求。目前可通過向純鋅中加入合金元素、形變加工和適當的熱處理來提高力學性能。在合金化元素中，鍺(Ge)元素作為膳食微量元素存在于人體肝臟中，也被推薦用于治療早期癌癥。Ge元素加入鎂合金中能夠形成Mg-Ge合金，其在體外和體內實驗中表現出優異的生物學性能，并且由于植入處Mg和Ge離子濃度可以被體液稀釋而使得其在骨骼中具有良好的生物相容性(參考文獻：D.Bian,W.R.Zhou,J.X.Deng,et al.Development of magnesium-based biodegradable metalswith dietary trace element germanium as orthopaedic implant applications[J].Acta Biomaterialia.2017,64:421-436.)。另外，有機Ge-132對老年骨質疏松癥起到一定的治療效果，能夠增強成骨細胞活性，參與堿性磷酸酶(ALP)代謝，并預防老年骨質疏松癥中的礦物質分解，且在MC3T3-E細胞中，Ge-132能夠抑制骨質疏松癥患者由于PTH引起的的骨量減少的問題(參考文獻：1、H.Matsumoto,H.Iwafuji,J.Yamane,et al.Restorativeeffect of organic germanium compound(Ge–132)on dermal injury[J].WoundMedicine.2016,15:6-10.2、A.Fujii,N.Kuboyama,J.Yamane,et al.Effect of organicgermanium compound(Ge–132)on experimental osteoporosis in rats[J].GeneralPharmacology the Vascular System.1993,24(6):1527-1532.3、S.Naitou.Studies onthe effect of organogermanium compound Ge–132on bone resorptive activity ofneonatal mouse calvaria and cloned osteoblastic cell line,MC3T3-E1cells[J].Sei Marianna ikadaigaku Zasshi.1993,21:1144-1158.)。對于Ge元素的攝入劑量以及長時間積累的研究，當人體攝入較高劑量的GeO₂及一些有機化合物和長期服用時(每日600毫克，18個月)，將會引起人類急性腎功能衰竭的致命病例(參考文獻：N.Nagata,T.Yoneyama,K.Yanagida,et al.Accumulation of germanium in the tissues of along-term user of germanium preparation died of acute renal failure[J].Journal of Toxicological Sciences.1985,10(4):333-341.)。鍺化合物中毒可能導致腎功能衰竭，胃腸道紊亂，肝功能障礙，貧血，神經疾病，甚至死亡等(參考文獻：B.E.L毒可能導致腎功能衰竭，胃腸道紊亂，肝功能障礙，貧et al.Renal and other organ failurecaused by germanium intoxication[J].Nephrology,Dialysis,Transplantation:Official Publication of the European Dialysis and Transplant Association-European Renal Association.1999,14(10):2464-2468.)。還有一些鍺中毒病例(每天90毫克GeO₂，持續6至20個月)引起了人體的腎小管損傷和腎功能衰竭(參考文獻：K.Okada,K.Okagawa,K.Kawakami,et al.Renal failure caused by long-term use of agermanium preparation as an elixir[J].Clinical Nephrology.1989,31(4):219-224.)。然而，在這些病例中，當成人每日攝入的Ge量(0.4-3.4毫克)低于致病劑量的幾個數量級時，可以由消化道吸收，在24～36h內通過尿液和糞便排出體外，因此適量的Ge元素是屬于一種體內不積累的微量元素(參考文獻：1、T.J.Chen,C.H.Lin.Germanium:environmental pollution and health effects[J].Encyclopedia of EnvironmentalHealth.2011,16(918):927-933.2、K.Yokoi,T.Kawaai,A.Konomi,et al.Dermalabsorption of inorganic germanium in rats[J].Regulatory ToxicologyPharmacology.2008,52(2):169-173.)。