[發明專利]一種低彈性模量抗菌醫用鈦合金

有效

• 申請號: 201911192972.4
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN110951992B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 賈元智;甘致聰;張兵;劉延國;馬明臻;劉日平
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/02;C22F1/18
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張建

本發明公開了一種低彈性模量抗菌醫用鈦合金，為鈦鐵銅錫鈮合金,原子百分比含量為：Fe 6%，Cu 1?5%，Sn2?3%，Nb2?3%，余量為Ti和不可避免的雜質，本發明得到的鈦合金彈性模量為80?90 GPa比傳統醫用合金低30?40GPa，抗菌性能達到75%?96%，細胞毒性均為0級，且有利于細胞增殖。

技術領域

本發明涉及一種低彈性模量抗菌醫用鈦合金，屬于醫用鈦合金和有色金屬領域。

背景技術

醫用鈦合金具有良好的生物相容性，抗腐蝕性和低的彈性模量等優點，已經被廣泛用于醫療衛生行業。例如，鈦合金已經大量制備成各種醫療器械，器具；口腔醫學方面的假牙，牙套等；人體內部的各種關節(髖關節，膝關節，肩關節，指關節，踝關節等)；以及在創傷中所需的鋼板螺釘等。

然而鈦合金在醫學使用過程中存在著許多問題。毒性問題，鈦合金在植入人體中經過多年后發現鈦合金中的元素會發生微量的擴散，經過數十年科學家對醫用鈦合金中毒性元素做出總結。Al元素的存在會在人的機體中引起骨軟化，貧血，神經紊亂等癥狀；V元素由于其化學性質不穩定，會引起生物學上的炎癥和纖維包囊；Ni元素與細胞接觸會引起細胞毒性，臨床表現為皮炎，濕疹等；Cr元素對人體內臟有嚴重毒害作用，可能會引起血液的病變，是致癌金屬之一。人體中自身存在的元素，即使合金中存在少量元素擴散也不會對人體造成什么危害。有毒元素的存在會大幅度降低鈦合金的生物相容性，可能會產生人體的排異反應，甚至對生命產生巨大的威脅。

彈性模量問題是生物力學相容性考慮的重要問題。人體內骨頭的彈性模量10-40Gpa左右，不同年齡，不同性別，不同部位的骨質都有所差別，但彈性模量大多集中在這個區間。彈性模量相差過大，人體內承受的大部分力會有彈性模量高的鈦合金承受，會使得人體內的骨骼和肌肉不承受力，當人體肌肉和骨骼長時間不接受鍛煉會導致肌肉萎縮，甚至肌肉細胞消失，這就造成了應力屏蔽現象。為了減少應力屏蔽現象，盡可能在保證合金強度的同時，降低彈性模量。

細菌感染問題，根據世界衛生組織公布數據顯示，每年有1400萬以上的人遭受病菌感染痛苦，其中有60％的病菌感染與醫療器械有關。而對于醫療器械引發的感染一旦發生，重者會奪去患者生命，輕者也會給患者帶來經濟與精神負擔。例如，骨折后，植入型醫療器械引發的感染會導致患者手術失敗，損害患者正常細胞，甚至會危及生命。

因此，研究開發一種具有抗菌，無毒的低彈性模量醫用鈦合金對減少細菌感染，消除患者痛苦具有重大意義。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種低彈性模量抗菌醫用鈦合金，在無毒性元素的基礎上提供一種力學性能合適，抗菌性醫用鈦合金，能夠解決現有臨床中由醫用鈦合金彈性模量高引發的應力屏蔽現象和醫用鈦合金植入引發的細菌感染等問題。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種低彈性模量抗菌醫用鈦合金，為鈦鐵銅錫鈮合金,原子百分比含量為：Fe6％，Cu 1-5％，Sn2-3％，Nb2-3％，余量為Ti和不可避免的雜質。

本發明技術方案的進一步改進在于：所述Cu原子百分比含量為3-5％。

本發明技術方案的進一步改進在于：所述鈦合金的制備方法如下：

A、熔煉：按照配比稱取原料配制合金，將配好成分的合金置于電弧爐的水冷銅坩堝中，利用真空非自耗電弧爐進行熔煉；

B、冷卻：熔煉完畢的合金錠隨坩堝冷卻，為確保合金成分均勻，每個合金錠要在電弧爐中反復熔煉至少8次；

C、熱處理：將鈦合金放入馬弗爐中加熱，保溫一段時間進行熱軋，使得軋制后的合金厚度為4-5mm，隨后進行淬火，保證合金為β-Ti固溶體。