[發明專利]一種微合金化醫用抗菌Zn－Mg－Ag合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202010772208.0
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN112080655B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 顧雪楠;陳凱;王一凡;樊瑜波
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C18/00;A61L27/04;A61L29/02;A61L31/02
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 冀學軍

本發明公開了一種微合金化醫用抗菌Zn－Mg－Ag合金及其制備方法，Zn－(0.01～1wt％)Mg－(0.01～1wt％)Ag合金是通過最初的熔煉隨后的熔模鑄造以及多道次的擠壓變形制得。本發明通過在純Zn中加入微量化的Mg和Ag元素，不僅降低了合金設計的成本，其屈服強度為130～250MPa，抗拉強度150～285MPa，延伸率為2～37％，對金黃色葡萄球菌的抗菌率為42～80％。該合金也具有適宜的降解速率和良好的生物相容性等特點，能夠應用于制備血管支架，骨科植入物，手術縫合線等。

技術領域

本發明涉及一種醫用生物合金材料，更特別地說，是指一種微合金化醫用抗菌Zn－Mg－Ag合金及其制備方法。

背景技術

目前臨床使用的醫用植入金屬材料包括了鈦合金和不銹鋼等，由于這些材料長期存在體內會產生副作用以及需要二次手術取出等問題，常常給患者帶來不必要的二次傷害。為解決此類問題，具有出色生物相容性、機械性能以及可在體內降解等優勢的生物可降解金屬材料已逐漸成為醫用植入金屬材料研究的熱點。目前生物可降解金屬材料主要包括了鎂基、鐵基和鋅基三種材料。然而鎂合金過快的降解速率會嚴重影響植入物的力學完整性，且鎂的降解過程中會產生氣泡。而鐵合金的降解速率過慢，且腐蝕產物長期存留在體內會導致并發癥的產生。相比較而言，鋅合金被證明具有適宜的腐蝕速率和良好的力學完整性，在醫療器械領域具有較大的應用前景。

生物材料在植入體內的過程中，往往會引起一定的細菌感染，致病菌通過侵入血循環中生長繁殖，產生毒素和其他代謝產物，從而引起急性全身性感染和手術失敗。為了減少感染引發的炎癥和病人的痛苦，設計高抗菌性能的鋅合金具有潛在的應用價值。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種微合金化醫用抗菌Zn－(0.01～1wt％)Mg－(0.01～1wt％)Ag合金。該合金通過引入微量的Mg和Ag元素，在細化晶粒組織時合金中主要是由Zn基體，并存在金屬間化合物Mg₂Zn₁₁和AgZn₃相。生成的AgZn₃粒子能顯著提高合金的抗拉強度；又因，銀元素的加入能夠提高合金的抗菌性能和力學性能；Mg元素能夠促進植入物周圍成骨細胞的生長、并且能夠被人體內的腎臟和尿液排出，是滿足醫用可降解植入的金屬元素。

本發明的目的之二是提出一種制備微合金化醫用抗菌Zn－(0.01～1wt％)Mg－(0.01～1wt％)Ag合金的方法，是通過最初的熔煉隨后的熔模鑄造以及多道次的擠壓變形制得。本發明通過在純Zn中加入微量化的Mg和Ag元素，不僅降低了合金設計的成本，其屈服強度為130～250MPa，抗拉強度150～285MPa，延伸率為2～37％，對金黃色葡萄球菌的抗菌率為42～80％。該合金也具有適宜的降解速率和良好的生物相容性等特點，能夠應用于制備血管支架，骨科植入物，手術縫合線等。

本發明制備微合金化醫用抗菌Zn－Mg－Ag合金的方法，包括有下列步驟：

步驟一，依據目標成分的原料準備；

目標成分為Zn－(0.01～1)Mg－(0.01～1)Ag，用量選用質量百分比；

步驟二，先真空感應熔煉隨后熔模鑄造制得鑄態醫用合金；

步驟201、清潔坩堝；為了防止雜質進入所煉的合金中，在熔煉之前需要將石墨坩堝，攪拌勺和模具等工具清洗干凈；清洗后，在坩堝壁內、模具和攪拌勺上都均勻涂覆NaSiO₃和滑石粉，起到隔離和保護作用；

步驟202、預熱坩堝；將干凈的石墨坩堝爐放入真空感應熔煉爐內，將溫度調至350℃～500℃，并且利用熔煉爐產生的余熱來烘干坩堝、模具和攪拌勺，這樣有利于降低合金凝固速率，減少鑄造缺陷；

步驟203、向爐內通入充足的氬氣(Ar)保護氣體；