[發明專利]一種Mg-Ba系鎂合金及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202210462940.7
• 申請日: 2022-04-28
• 公開（公告）號: CN114855040B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 鄭玉峰;劉洋;夏丹丹;邊東;成艷
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C1/02;C22F1/06;B22D11/06;A61L27/04;A61L27/50;A61L27/58;A61L31/02;A61L31/14;A61L31/18
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產權代理有限公司 11319
• 代理人: 茍冬梅

本發明公開了一種Mg?Ba系鎂合金及其制備方法與應用，合金成分包括Mg和Ba；以質量百分比計，合金中Ba的含量為0～10.0wt.％，但不包括0，余量為Mg；通過同步澆注和軋制預變形技術與深度塑性加工手段相結合的方法制備，可以用于制備骨科醫用植入體。本發明的Mg?Ba系合金可以均勻腐蝕、無第二相殘留、無有毒有害元素釋放及可控降解，這保證了本發明Mg?Ba系合金具有良好的細胞、組織反應，在體與骨整合良好。

技術領域

本發明屬于醫用可降解金屬材料領域，具體涉及一種Mg-Ba系鎂合金及其制備方法與應用。

背景技術

傳統醫用金屬材料如不銹鋼、鈦合金等具有良好的力學性質和耐腐蝕性能，在臨床上應用廣泛。然而，此類材料作為異物在體內長期留存，可能會對周圍組織造成不同程度的刺激，并可能由此造成一系列嚴重后果。例如，傳統金屬內固定材料的彈性模量遠高于人骨，存在“應力遮擋”效應，易導致骨內缺乏足夠應力刺激，以致骨折愈合遲緩，甚至誘發二次骨折。又如，由于植入材料發生磨損和有害離子溶出，可能引發人體過敏和炎癥反應，嚴重時甚至導致畸變和誘導癌變等重大疾病發生。此外，骨折內固定等患者病愈后，往往需經二次手術將金屬植入物取出，這又會給患者帶來新的額外的臨床手術痛苦、感染風險和經濟負擔。

近年來，可降解鎂合金的出現，為解決上述問題提供了新方案，因此被稱為“革命性醫用金屬材料”。可降解鎂合金在體內可被逐漸腐蝕降解，釋放的降解產物可被機體利用，或被排出體外，在協助組織完成修復之后不殘留任何植入物。鎂是人體必需的宏量元素，它與生命的維持、身體健康有著密切的關系，其本身是高度生物相容的，過剩的鎂可經腎臟高效排出。可降解鎂合金的彈性模量和密度與骨組織相近，作為骨科植入材料，鎂合金可以有效避免“應力遮擋”效應。此外，鎂合金腐蝕降解釋放的鎂離子可以有效誘導新骨生成和促進骨整合。綜上所述，鎂合金具備理想的骨科植入材料的特性，有望提升骨折、骨缺損等骨相關疾病治療效果。

但是，現有的可降解鎂合金大部分存在降解過快、局部腐蝕嚴重，以及由此帶來的組織兼容性差、材料與骨整合不良的問題，這在一定程度上限制了其在骨科的應用及推廣。深究其原因，現有醫用鎂合金中絕大部分合金元素的電極電位高于Mg，據混合電位理論，這些合金元素與Mg形成的第二相的電位對應地高于Mg基體，二者在液體環境中形成電偶對，Mg基體將優先腐蝕，常導致腐蝕過快、局部腐蝕嚴重及器械過早失效。此外，這些相對穩定的第二相能否降解，并最終被代謝/排出的問題仍然不清晰，存在醫學應用隱患。因此，新研發的可降解鎂合金材料應重點解決其可控降解及組織兼容性問題，鎂合金中相組成的電極電位設計及調控是潛在的可行途徑。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺點，提供一種顯微組織均勻、具有適宜力學性能、降解可調可控、組織兼容性良好、適用于骨科等環境使用的Mg-Ba系鎂合金及其制備方法與應用。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種Mg-Ba系鎂合金，合金成分包括Mg和Ba；以質量百分比計，合金中Ba的含量為0～10.0wt.％，但不包括0，余量為Mg。優選地，所述Ba的含量為0.2～7.0wt.％。進一步優選地，所述Ba的含量為0.2～2.0wt.％。

上述Mg-Ba系鎂合金的制備方法，包括下述步驟：

(1)稱取高純度Mg、Ba原料，混合均勻，得到混合物；在感應爐中抽真空后(＜10^-2Pa)，充入氬氣、或者CO₂和SF₆混合氣氛保護下，對所述混合物進行熔煉，得到金屬熔體；

(2)將所述金屬熔體均勻送入兩個反向旋轉的軋輥中，金屬熔體快速冷卻，在軋輥間實現同步澆注和軋制，獲得Mg-Ba系合金預變形板坯；