專(zhuān)利名稱(chēng)：生物體內(nèi)可降解Mg-Mn-Zn-Ca多元鎂合金材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域的鎂合金材料，具體的說(shuō)，是一種生 物體內(nèi)可降解Mg-Mn-Zn-Ca多元鎂合金材料。
技術(shù)背景當(dāng)前臨床使用的材料多為鈦合金、不銹鋼、鈷合金等永久性植入材料，這些 合金彈性模量遠(yuǎn)高于人骨，引起應(yīng)力遮擋效應(yīng)，且會(huì)釋放鎳等毒性離子或粒子， 引起慢性炎癥；同時(shí)骨科疾病痊愈后，必須經(jīng)過(guò)二次手術(shù)取出，增加了患者的經(jīng) 濟(jì)負(fù)擔(dān)和痛苦?？山到獠牧夏軌蚪鉀Q這些問(wèn)題。目前常用生物體內(nèi)可降解吸收材 料主要是高分子材料和某些陶瓷材料，如聚乳酸、羥基磷灰石等。聚合物材料的 力學(xué)性能比較低，而陶瓷材料的韌性比較差。金屬材料則具有良好的綜合性能。 因此，發(fā)展體內(nèi)可降解吸收金屬材料意義重大。鎂是地球上儲(chǔ)量最豐富的元素之一，也是人體內(nèi)第四位、細(xì)胞內(nèi)第二位豐富 的陽(yáng)離子，是人體不可缺少的重要營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)人體神經(jīng)、肌肉、心臟功能具有 至關(guān)重要的作用，與人體300多種酶的活性有關(guān)，參與人體新陳代謝，并可以促 進(jìn)骨骼的形成，并通過(guò)調(diào)節(jié)DNA和RNA的結(jié)構(gòu)而對(duì)蛋白質(zhì)合成起到關(guān)鍵作用。鎂 缺乏會(huì)引起嚴(yán)重的心律失常、高血壓，特別會(huì)導(dǎo)致動(dòng)脈硬化、心肌梗死甚至猝死。 人體通過(guò)腸道吸收和腎臟排泄調(diào)節(jié)體內(nèi)鎂元素的平衡，因此一般情況下不會(huì)由于 鎂過(guò)量導(dǎo)致疾病。同時(shí)鎂合金與人骨密度、彈性模量等力學(xué)性能非常接近。所以， 鎂合金具有良好的生物安全性基礎(chǔ)，是一種非常有前途的可降解金屬植入材料， 并且國(guó)內(nèi)外多家研究機(jī)構(gòu)對(duì)生物醫(yī)用鎂合金進(jìn)行了關(guān)注。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Witte等在《Biomaterials》雜志2005年 26巻3557-3563頁(yè)報(bào)道了 AZ31、 AZ91、 WE43和LAE442四種鎂合金在豚鼠體內(nèi) 的降解，結(jié)果表明鎂合金具有較好的生物相容性。但A1元素具有公認(rèn)的神經(jīng)毒 性。而稀土元素長(zhǎng)期處于人體中會(huì)積累并產(chǎn)生毒性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出一種生物體內(nèi)可降解Mg-Mn-Zn-Ca 多元鎂合金材料，利用鎂合金在水溶液中容易被腐蝕轉(zhuǎn)化為鎂離子，從而使鎂合 金在人體內(nèi)被逐漸降解、吸收。本發(fā)明具有良好的生物相容性基礎(chǔ)，可用于介入 治療領(lǐng)域，如心血管支架等，亦可用于骨釘骨板等骨科器械以及其他多種可降解 的醫(yī)療器械領(lǐng)域。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明所述的生物體內(nèi)可降解 Mg-Mn-Zn-Ca多元鎂合金材料，包含的組分及其重量百分比為Mn 0. 01_10%， Zn 0.01-10%， Ca 0.01-10%，余量為Mg。為獲得更好的力學(xué)性能和降解速率，重量百分比可以進(jìn)一步優(yōu)化為Mn 1.5±0.1%， Zn6±0.5%， Ca0.8±0.1%，余量為Mg，在該范圍內(nèi)，本發(fā)明的鎂 合金抗拉強(qiáng)度可達(dá)300MPa，延伸率在15%以上。良好的強(qiáng)度和塑性綜合性能可以 保證材料的形變加工和臨床上的強(qiáng)度要求。同時(shí)，該材料可以在生物體液或血液 環(huán)境中被逐步降解，并具有較好的生物相容性。本發(fā)明原材料中Mg純度高于99. 99%， Mn純度高于99. 8%， Zn純凈度高于 99.999%， Ca純度高于99.75。/。。熔煉過(guò)程采用惰性氣體氬氣保護(hù)，利用專(zhuān)用高純 石墨坩堝或鈦坩堝熔煉。熔煉溫度在75(TC左右。然后在模具中澆注成鑄錠。鑄 錠經(jīng)過(guò)熱處理和形變加工制成型材，從型材制造各種醫(yī)療器械。本發(fā)明是一種由人體必須元素Mg、 Mn、 Zn、 Ca組成的生物醫(yī)用可降解多元鎂合金體系，從而使鎂合金材料在體內(nèi)被逐漸降解吸收。本發(fā)明所含元素都具有 生物安全性，并可以改善鎂合金的力學(xué)及降解性能。同時(shí)Ca對(duì)鎂合金具有細(xì)化 晶粒的作用，可以改善鎂合金降解速率和力學(xué)性能。由它們組成的合金體系同時(shí) 具有良好的生物相容性和力學(xué)性能，可以較好地滿(mǎn)足心血管支架、骨釘、骨板等 醫(yī)療領(lǐng)域?qū)Σ牧暇C合力學(xué)性能和生物安全性的要求。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下 進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限 于下述的實(shí)施例。實(shí)施例1多元Mg-Mn-Zn-Ca合金，重量百分比Mn含量為1. 5%， Zn為6%， Ca為0. 8%， 原材料Mg純度大于99. 99%， Mn純度高于99. 8%, Zn純凈度高于99. 999%， Ca 純度高于99.75%。經(jīng)過(guò)氬氣保護(hù)下的高潔凈度熔煉和澆鑄，再經(jīng)過(guò)熱處理和變 形加工后制備成型材。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS0-10993-5(IS0-10993-5: biological evaluation of medical devices-part 5: tests for cytotoxicity: in vitro methods, ANSI/AAMI， Arlington, VA; 1999.)，細(xì)胞毒性0級(jí)。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 10993-4:2002 (ISO 10993-4:2002 Amd 1 Biological evaluation of medical devices - Part 4: Selection of tests for interactions with blood)， 凝 血率2.9%。抗拉強(qiáng)度為300MPa，塑性為21%。在模擬體液中可以逐漸被腐蝕降 解，降解速率為0. 01mg/cmVh。該材料具有良好的生物相容性、力學(xué)性能和降解 性能。實(shí)施例2多元Mg-Mn-Zn-Ca合金，重量百分比Mn含量為0. 01%, Zn為5%，Ca為0. 01%， 原材料Mg純度大于99. 99%， Mn純度高于99. 8%， Zn純凈度高于99. 999%， Ca 純度高于99.75%。經(jīng)過(guò)氬氣保護(hù)下的高潔凈度熔煉和澆鑄，再經(jīng)過(guò)熱處理和變 形加工后制備成型材。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS0-10993-5(IS0-10993-5: biological evaluation of medical devices-part 5: tests for cytotoxicity: in vitro methods, ANSI/AAMI, Arlington, VA; 1999.)，細(xì)胞毒性為0級(jí)。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 10993-4:2002 (ISO 10993-4:2002 Amd 1 Biological evaluation of medical devices - Part 4: Selection of tests for interactions with blood), 測(cè) 試出凝血率為3%?？估瓘?qiáng)度為300MPa，塑性為20%。在模擬體液中可以逐漸被 腐蝕降解，降解速率為0. 05mg/cm7h。該材料具有良好的生物相容性、力學(xué)性能， 并可以持續(xù)降解。實(shí)施例3多元Mg-Mn-Zn-Ca合金，重量百分比Mn含量為5%， Zn為0. 01%， Ca為5%, 原材料Mg純度大于99. 99%， Mn純度高于99. 8%， Zn純凈度高于99. 999%， Ca 純度高于99. 75%。經(jīng)過(guò)氬氣保護(hù)下的高潔凈度熔煉和澆鑄，再經(jīng)過(guò)熱處理和變 形加工后制備成型材。
按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO-10993-5(ISO-10993-5: biological evaluation of medical devices-part 5: tests for cytotoxicity: in vitro methods, ANSI/AAMI, Arlington, VA; 1999.)，細(xì)胞毒性為0級(jí)。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 10993-4:2002 (ISO 10993-4:2002 Amd 1 Biological evaluation of medical devices - Part 4: Selection of tests for interactions with blood)， 凝 血率2.6%?？估瓘?qiáng)度為240MPa，塑性為10%。在模擬體液中可以逐漸被腐蝕降 解，降解速率為0. 05mg/cm7h。該材料具有良好的生物相容性、力學(xué)性能，并可 以持續(xù)降解。實(shí)施例4多元Mg-Mn-Zn-Ca合金，重量百分比Mn含量為5%， Zn為10%， Ca為5%， 原材料Mg純度大于99. 99%， Mn純度高于99. 8%， Zn純凈度高于99. 999%， Ca 純度高于99.75%。經(jīng)過(guò)氬氣保護(hù)下的高潔凈度熔煉和澆鑄，再經(jīng)過(guò)熱處理和變 形加工后制備成型材。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO-10993-5(ISO-10993-5: biological evaluation of medical devices-part 5: tests for cytotoxicity: in vitro methods, ANSI/AAMI, Arlington, VA; 1999.)，細(xì)胞毒性為0級(jí)。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 10993—4:2002 (ISO 10993—4:2002 Amd 1 Biological evaluation of medical devices - Part 4: Selection of tests for interactions with blood), 凝 血率2.6%。抗拉強(qiáng)度為265MPa，塑性為11%。在模擬體液中可以逐漸被腐蝕降 解，降解速率為0. 10mg/cm7h。該材料具有良好的生物相容性、力學(xué)性能，并可 以持續(xù)降解。實(shí)施例5多元Mg-Mn-Zn-Ca合金，重量百分比Mn含量為10%， Zn為5%， Ca為10%， 原材料Mg純度大于99. 99%, Mn純度高于99. 8%， Zn純凈度高于99. 999%， Ca 純度高于99. 75%。經(jīng)過(guò)氬氣保護(hù)下的高潔凈度熔煉和澆鑄，再經(jīng)過(guò)熱處理和變 形加工后制備成型材。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO-10993-5(ISO-10993-5: biological evaluation of medical devices-part 5: tests for cytotoxicity: in vitro methods, ANSI/AAMI, Arlington, VA; 1999.)，細(xì)胞毒性為0級(jí)。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO
10993-4:2002 (ISO 10993-4:2002 Amd 1 Biological evaluation of medical devices - Part 4: Selection of tests for interactions with blood)， 凝 血率2.6%。抗拉強(qiáng)度為240MPa,塑性為12%。在模擬體液中可以逐漸被腐蝕降 解，降解速率為0. 04mg/cm2/h。該材料具有良好的生物相容性、力學(xué)性能，并可 以持續(xù)降解。 實(shí)施例6多元Mg-Mn-Zn-Ca合金，重量百分比Mn含量為10%， Zn為10%， Ca為10%， 原材料Mg純度大于99. 99%， Mn純度高于99. 8%， Zn純凈度高于99. 999%， Ca 純度高于99.75%。經(jīng)過(guò)氬氣保護(hù)下的高潔凈度熔煉和澆鑄，再經(jīng)過(guò)熱處理和變 形加工后制備成型材。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO-10993-5(ISO-10993-5: biological evaluation of medical devices-part 5: tests for cytotoxicity: in vitro methods, ANSI/AAMI， Arlington, VA: 1999.)，細(xì)胞毒性為0級(jí)。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 10993-4:2002 (ISO 10993—4:2002 Amd 1 Biological evaluation of medical devices - Part 4: Selection of tests for interactions with blood), 凝 血率2.6%。抗拉強(qiáng)度為230MPa，塑性為10%。在模擬體液中可以逐漸被腐蝕降 解，降解速率為0. 30mg/cm7h。該材料具有良好的生物相容性、力學(xué)性能，并可 以持續(xù)降解。
權(quán)利要求
1、一種生物體內(nèi)可降解Mg-Mn-Zn-Ca多元鎂合金材料，其特征在于，包含的組分及其重量百分比為Mn 0.01-10％，Zn 0.01-10％，Ca 0.01-10％，余量為Mg。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物體內(nèi)可降解Mg-Mn-Zn-Ca多元鎂合金材料， 其特征是，包含的組分及其重量百分比為Mn 1.5±0. 1%， Zn 6±0.5%， Ca 0.8 ±0.1%，余量為Mg。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的生物體內(nèi)可降解Mg-Mn-Zn-Ca多元鎂合金 材料，其特征是，所述Mg的純凈度大于等于99.99y。。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的生物體內(nèi)可降解Mg-Mn-Zn-Ca多元鎂合金 材料，其特征是，所述Mn的純凈度大于等于99.8yo。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的生物體內(nèi)可降解Mg-Mn-Zn-Ca多元鎂合金 材料，其特征是，所述Zn的純凈度大于等于99. 999%。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的生物體內(nèi)可降解Mg-Mn-Zn-Ca多元鎂合金 材料，其特征是，所述Ca的純凈度大于等于99.75。/。。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的生物體內(nèi)可降解Mg-Mn-Zn-Ca多元鎂合金材料。本發(fā)明組分及重量百分比為Mn 0.01-10％，Zn 0.01-10％，Ca 0.01-10％，余量為Mg。本發(fā)明是一種由人體必須元素Mg、Mn、Zn、Ca組成的生物醫(yī)用可降解多元鎂合金體系，采用高純度原材料和高潔凈度熔煉技術(shù)制造，利用鎂在水介質(zhì)中的化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殒V離子，鎂離子通過(guò)體內(nèi)的吸收和腎臟的代謝來(lái)調(diào)節(jié)平衡，從而使鎂合金材料在體內(nèi)被逐漸降解吸收。本發(fā)明的材料具有良好的生物相容性和力學(xué)性能，可應(yīng)用在血管介入治療的支架以及可降解骨釘、骨板等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C22C23/00GK101392344SQ20081020229
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日
發(fā)明者張小農(nóng), 張紹翔, 趙常利 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)