CN104195368B

CN104195368B - 一种Zn-Sr系锌合金及其制备方法与应用

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Publication number: CN104195368B
Application number: CN201410415523.2A
Authority: CN
Inventors: 郑玉峰; 李华芳; 秦岭
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2034-08-21
Also published as: CN104195368A

Abstract

本发明公开了一种Zn‑Sr系锌合金及其制备方法与应用。本发明锌合金包括Zn和Sr；以重量百分比计，所述锌合金中Sr的质量百分数为0～10％，但不包括0。所述锌合金中还包括微量元素，所述微量元素为硅、磷、锂、银、锡和稀土元素中的至少一种；所述锌合金中，所述微量元素的质量百分含量为0～3％，但不包括0。本发明Zn‑Sr系锌合金的力学性质符合医用植入体材料的强度和韧性的要求、无毒、具备良好的组织相容性和血液相容性，同时又可体液降解，溶出的金属离子能被生物体吸收利用促进骨生长或代谢排除体外，可应用于医用植入体的制备。

Description

一种Zn-Sr系锌合金及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种Zn-Sr系锌合金及其制备方法与应用，具体涉及一种Zn-Sr系锌合金及其制备方法与在制备可体液降解医用植入体中的应用，属于医用金属材料制备技术领域。

背景技术

目前用于临床的生物医用材料主要有生物医用金属材料、无机材料、高分子材料、复合材料及仿生材料等。医用金属材料与高分子材料和陶瓷材料相比，具有较高的强度、韧性和加工性能，因此应用最为广泛。如：316L、317L、304V不锈钢、Co-Cr-Mo合金、纯钛、Ti-6Al-4V、TiNi合金等。这些材料在人体内不可降解，为永久性植入，当植入体在人体内的服役期满后，必须通过二次手术取出，从而给患者带来不必要的生理痛苦及经济负担。

随着医学和材料科学的发展，对于一些需要临时服役的材料，如缝合线、骨折固定板，血管支架、胆道支架等，人们希望植入体内的材料只是起到暂时替代的作用，并随着组织或器官的再生而逐渐降解吸收，以最大的限度地减少材料对机体的长期影响。由于生物降解性材料容易在生物体内与体液等介质相互作用逐渐降解，其分解产物可以代谢，并最终排出体外，无需二次手术取出，因而越来越受到人们的重视，已成为当前国际生物材料领域的前沿与研究热点。

目前临床常用的可生物降解材料主要为可生物降解高分子材料和可生物降解陶瓷。可生物降解高分子材料虽能够完全被人体吸收，但强度低，很难提供结构支撑的功能；可生物降解陶瓷的缺点是韧性差，无法协调变形。

近年来，可降解生物医用镁合金材料成为研究热点之一，开发了一系列的生物医用可降解镁合金，如AZ31、WE43、Mg-Ca等，尽管镁合金作为生物材料有着诱人的应用前景，然而研究发现镁合金存在腐蚀速度过快，在组织器官没有充分愈合之前，植入物便很快会丧失它的机械完整性，因而有必要开发新型可降解合金已满足临床需求。

与镁及镁合金相同，金属锌及其合金由于化学性质活泼、易于腐蚀常常被用作腐蚀保护中被牺牲的阳极材料。但与镁相比，金属锌及其合金具有更高的腐蚀电位，因而相比镁合金来说金属锌及其合金腐蚀速率减慢，因而更加符合临床需求，有望发展成为新型生物医用可降解植入材料及器件。

锌是人体健康所必需的一种元素，人体正常含锌量为2-3克。锌是体内数十种酶的主要成分。锌分布于绝大部分器官与组织中，其中肝脏、肌肉和骨骼中含量较高。锌在人体中虽为微量元素，但作用却非常之大。有“生命的火花塞”之称。(1)锌与各种骨基质合成酶有关，它能够参与骨形成与骨重建。当锌缺乏时，骨中多种含锌酶的活性下降，骨的生长受到抑制；(2)锌是生物膜的关键组成部分，其在维持2000多种转录因子和300多种酶的结构和功能中具有重要作用；(3)锌能够迅速进入内皮细胞，维持内皮细胞的完整性，降低血管对动脉粥样硬化的易感性；(4)锌可以保护心肌细胞避免急性氧化应激以及心肌损伤引起的炎性反应；(5)锌能够积极参与核酸蛋白合成，加速创伤愈合；(6)此外，锌还与体内各种细胞代谢作用密切相关，如糖代谢、脂类代谢和抗衰老等。锌缺乏会导致动脉硬化、心率失常与衰竭、脑功能畸形、免疫力低下、下痢、食欲不振、生长减缓、掉发、夜盲、前列腺肥大、男性生殖功能减退、贫血等。成人每日需补充15-25mg锌。

锶是一种人体必需微量元素，能促进骨骼生长发育。人体中大约含有320mg的锶，正常成年人每天需摄入2mg锶。锶被中华人民共和国国家标准(GB8537-87)《饮用天然矿泉水》定为必需成分之一，含锶5mg/L以下的矿泉水，有益于人体健康，而又不会产生不良的作用。人体所有的组织都含有锶，其中绝大部分位于骨骼和结缔组织中。正常人体全血锶为39μg/L，血清锶46μg/L，每克头发中含约锶3.9μg。锶从胃肠道、呼吸道和皮肤吸收的机会较少，主要经口摄入，经消化道吸收，口服后大部分从肠道由粪便排出，少部分从尿排出，也可从乳汁排出供给婴儿。在体内，由于钙和锶在化学性质上相似，锶能在某种程度上取代钙参与体内不同的生化过程，在肌肉兴奋收缩耦联、血液凝固过程和内分泌中锶的作用类似于钙。在人骨的微量金属中，锶是唯一一种和骨抗压强度相联系的金属元素。在骨骼中，锶能取代钙化组织骨骼和牙齿羟基磷灰石晶体中少量的钙。存在于晶体中的锶能给这些组织额外的强度。锶也显示出能吸引更多的钙入骨。它可以调节骨组织的结构，改善骨的强度，促进骨细胞的生理活性。试验研究证实锶盐具有抗骨吸收和增加骨形成的作用，锶盐可以抑制破骨细胞的活性，促进成骨细胞的活性，促进骨盐的沉积；其与羟基磷灰石和磷酸三钙等复合后，其机械强度、溶解性及诱导成骨能力等特性明显得到改善；锶盐口服有治疗骨质疏松症的作用。锶对于骨细胞生长分化和骨基质吸收沉积都有不可替代的生理作用。锶的摄取来自日常饮食、饮用水和药物，主要通过胃肠吸收进入血液循环。锶与血管的功能及构造也有关系，其作用机制可能是锶在肠内与钠竞争吸收部位，从而减少人体对钠的吸收，增加钠的排泄。体内钠过多，易引起高血压、心血血管疾病，而锶却能减少人体对钠的吸收，故而有预防心血管疾病之作用。锶还与神经及肌肉的兴奋有关，临床上利用锶来治疗一些由于副甲状腺功能不全导致的抽搐症状。

目前国内外还没有文献和专利报道Zn-Sr系合金的合成及性能，并提出将Zn-Sr系合金用作可降解生物医用材料使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种Zn-Sr系锌合金及其制备方法与应用，具体涉及一种Zn-Sr系锌合金及其制备方法与在制备可体液降解医用植入体中的应用。本发明制备的锌合金力学性能优异，能够在体内提供长期有效的支撑力，具有优异的细胞相容性、血液相容性和组织、器官相容性，可用于生物医用植入体的制备。

本发明提供的Zn-Sr系锌合金，包括Zn和Sr；

以重量百分比计，所述锌合金中Sr的质量百分数为0～10％，但不包括0。

上述锌合金中还包括微量元素，所述微量元素为硅、磷、锂、银、锡和稀土元素中的至少一种；

所述锌合金中，所述微量元素的质量百分含量为0～3％，但不包括0。

上述锌合金的表面还可涂覆有可降解高分子涂层、陶瓷涂层或药物涂层；

所述可降解高分子涂层、所述陶瓷涂层和所述药物涂层的厚度均可为0.01～5mm。

所述可降解高分子涂层的制备材料可为下述1)和2)中至少一种：

1)聚己酸内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)、L-聚乳酸(PLLA)、聚氰基丙烯酸酯(PACA)、聚酸酐、聚膦腈、聚对二氧杂环己烷酮、聚-羟基丁酸酯和聚羟基戊酸酯中任一种；

2)聚乳酸(PLA)、聚己酸内酯(PCL)、聚羟基乙酸(PGA)、L-聚乳酸(PLLA)、聚氰基丙烯酸酯(PACA)和聚对二氧杂环己烷酮中的任意两种或两种以上的共聚物；

所述陶瓷涂层的制备材料可为羟基磷灰石、磷酸三钙或磷酸氧四钙中的至少一种；

所述药物涂层可为雷帕霉素及其衍生物涂层、紫杉醇涂层、依维莫司涂层、西罗莫司涂层、丝裂霉素涂层、抗菌涂层中的至少一种。

本发明提供的Zn-Sr系锌合金具体为下述1)-7)中任一种，为重量百分比：

1)由95～99％％的Zn和1％～5％的Sr组成；

2)由99％的Zn和1％的Sr组成；

3)由95％的Zn和5％的Sr组成；

4)由98.5％的Zn、1％的Sr和0.5％的Sn组成；

5)由98％的Zn、1％的Sr和1％的Sn组成；

6)由98％的Zn、1％的Sr和1％的Li组成；

7)由98.5％的Zn、1％的Sr和0.5％的Li组成。

本发明制备的Zn-Sr系锌合金为致密结构或多孔结构，具备良好的组织相容性，是一种可靠的生物医用植入材料。

本发明进一步提供了上述锌合金的制备方法，包括如下步骤：

将所述Zn、所述Sr和所述微量元素按照下述1)和2)中任一种方式进行混合得到混合物；

1)Zn和Sr；

2)Zn、Sr和微量元素；

按照下述a)或b)的步骤即得到所述锌合金；

a)在CO₂和SF₆气氛保护下，将所述混合物进行熔炼，经冷却后即得所述锌合金；

b)在CO₂和SF₆气氛保护下，将所述混合物进行熔炼，经冷却后涂覆所述可降解高分子涂层、所述陶瓷涂层或所述药物涂层即得所述锌合金。

上述方法中，所述熔炼的温度可为600～800℃，具体可为750℃。

上述方法还包括将所述锌合金进行机械加工的步骤；

所述机械加工可为轧制、锻造、快速凝固和挤压中至少一种。

所述轧制包括依次进行热轧和精轧，所述热轧可在200～300℃下进行，所述精轧可在150～250℃下进行，所述锌合金可被轧制至1～3mm；所述热轧的温度具体可为250℃，所述精轧的温度具体可为250℃，所述锌合金轧制后的厚度具体可为1.5mm。

所述锻造包括将所述锌合金在150～200℃的条件下进行保温以及在200～300℃的条件下进行锻造的步骤，所述保温的时间为3～50小时，所述锻造的速率不小于350mm/s。

所述挤压的温度可为150～250℃，具体可为200℃；挤压比可为10～70，具体可为20。

所述快速凝固包括如下步骤：在Ar气保护下，采用高真空快淬系统制备快速凝固薄带，然后将所述薄带破碎成粉末状，然后在200～350℃的条件下，真空热压1～24h。所述高真空快淬系统的设置如下：加料量为2～8g、感应加热功率为3～7kW、喷嘴与辊间距为0.80mm、喷射压力为0.05～0.2MPa、辊轮转速为500～3000r/min及喷嘴狭缝尺寸为1film×8mm×6mm。

本发明还提供了另一种锌合金的制备方法，包括如下步骤：将所述Zn、所述Sr和所述微量元素按照下述1)和2)中任一种方式进行混合得到混合物；

1)Zn和Sr；

2)Zn、Sr和微量元素；

按照下述a)或b)的步骤即得到所述锌合金；

a)在CO₂和SF₆气氛保护下，将所述混合物进行烧结，经冷却后即得所述锌合金；

b)在CO₂和SF₆气氛保护下，将所述混合物进行烧结，经冷却后涂覆所述可降解高分子涂层、所述陶瓷涂层或所述药物涂层即得所述锌合金；

所述烧结为下述任一种方法：元素粉末混合烧结法、预合金粉烧结法和自蔓延高温合成法。

所述元素粉末混合烧结法是将所述制备多孔结构Zn-Sr系合金的原料混合均匀，压制成坯，然后在真空烧结炉中，以2～4℃/min慢速升温至100～200℃后接着以30℃/min快速升温至200～300℃烧结，然后降温，得到成多孔结构的Zn-Sr系合金；

所述预合金粉烧结法是将所述制备多孔结构Zn-Sr系合金的原料混合后进行高能球磨，然后压制成型，在250～350℃进行热处理10～20小时，得到多孔结构的Zn-Sr系合金；

所述自蔓延高温合成法是将制备多孔结构Zn-Sr系合金的原料混合后压制成坯，在惰性气体保护下，压力为1×10³～1×10⁵Pa，温度为250～350℃下，然后将Zn-Sr系合金坯料点燃进行自蔓延高温合成，得到多孔结构的Zn-Sr系合金。

为适应不同临床需求，上述两种制备锌合金的方法还包括涂覆涂层的步骤。

所述涂可生物降解高分子涂层的方法是将所述锌合金进行酸洗，然后将其在所述生物降解高分子涂层的制备材料溶于三氯乙烷制备的胶体中浸涂10～30分钟后，匀速拉出进行离心处理得到涂覆有可生物降解高分子涂层的锌合金。

所述涂覆陶瓷涂层的方法为等离子喷涂、电泳沉积、阳极氧化和水热合成中任一种；

所述等离子体喷涂所用的等离子气体主气为Ar，流量为30～100scfh，等离子气体次气为H₂，流量为5～20scfh，喷涂电流为400～800A，喷涂电压为40～80V，喷涂距离为100～500mm；

所述电沉积可降解陶瓷涂层的方法为以锌合金为阴极在含钙、磷盐的电解液中，电流密度为2～10mA/cm²，处理10～60min后，清洗干燥得到所述锌合金；

所述阳极氧化和水热合成结合的方法为将所述锌合金在含有0.01～0.5mol/Lβ-甘油磷酸钠和0.1～2mol/L醋酸钙的电解液中，在200～500V下氧化10～30min，然后将所述锌合金在200～400℃下处理1～4h。

所述涂覆药物涂层的方法为物理和化学方法；

所述物理方法涂层工艺主要采用浸泡、喷涂方法；所述化学方法主要运用电化学原理进行电镀；

所述浸泡方法为将活性药物与控释载体(或单独的活性药物)配制成溶液，具体浓度可因溶液粘度和所需药物剂量不同而不同，然后将所述医用植入体浸泡入溶液中，然后经过必要的后处理过程，如交联、干燥、固化等步骤，制成药物涂层；

所述喷涂方法为将活性药物与控释载体(或单独的活性药物)配制成溶液，然后通过喷洒工具或特制的喷涂设备将溶液均匀涂布于所述医用植入体表面，经干燥、固化等后处理步骤之后即制成药物涂层；

所述化学方法是利用活性药物和(或)控释载体在由所述医用植入制作的电极上发生电氧化还原反应，使所述医用植入表面形成稳定的由化学键联接的药物涂层。

本发明的方法利用Zn及Zn合金易于腐蚀的特点，选择了Zn-Sr系合金作为降解性材料应用于医用植入体。本发明的Zn-Sr系合金的力学性质符合医用植入体材料的强度和韧性的要求，同时又可体内降解，即可以克服医用高分子材料强度低和316L不锈钢、钛及钛合金等传统医用金属材料不可降解的弱点，又可以克服镁及镁合金降解速率过快导致植入体内力学性能丧失的缺陷，作到兼具有“可生物腐蚀降解特性”和“适宜的腐蚀速率保证提供长期有效的力学支撑”双重特性。

本发明提供的Zn-Sr系锌合金可用于制备如下医用植入体：治疗用植入支架、骨修复器械、齿科修复器械；

所述治疗用植入支架可为血管支架、食道支架、肠道支架、气管支架、胆道支架或尿道支架；

所述骨修复器械可为骨组织修复支架、接骨器、固定线、固定螺丝、固定铆钉、固定针、夹骨板、髓内针或接骨套；

所述齿科修复器械可为牙髓针或牙齿充填材料。

本发明具有如下优点：

(1)本发明制备的Zn-Sr系合金的力学性质符合医用植入体材料的强度和韧性的要求，同时又可体内降解，具有“可生物腐蚀降解特性”和“适宜的腐蚀速率保证提供长期有效的力学支撑”双重特性。

(2)本发明Zn-Sr系合金用于可降解医用植入体时，在植入一段时间内既能发挥其金属材料的高强度特点，完成植入体的功能(如诱导新骨组织形成或者支撑狭窄的血管)，又能在人体病变部位进行自身修复的同时作为“异体”逐渐被人体腐蚀降解，数量和体积逐渐减少，溶出的金属离子能被生物体吸收利用促进骨生长或代谢排除体外，最终在人体结束自身修复时金属材料植入体完全降解消失。

(3)本发明提供的可体液降解的医用植入体无毒，具备良好的组织相容性和血液相容性。

附图说明

图1为实施例1制备的Zn-Sr合金铸锭的照片。

图2为实施例2制备的Zn-Sr合金板材的照片。

图3为实施例3制备的Zn-Sr合金棒材的照片。

图4为按照测试标准制备的Zn-Sr合金室温拉伸试样的照片。

图5为Zn-Sr-Li合金的室温拉伸曲线。

图6为按照测试标准制备的Zn-Sr合金室温压缩试样的照片。

图7为Zn-Sr合金室温压缩曲线。

图8为Zn-Sr合金在模拟体液中浸泡2周的SEM照片(a)低倍；(b)高倍。

图9为Zn-Sr合金在模拟体液中的电化学腐蚀曲线。

图10为Zn-Sr合金血小板粘附SEM照片。

图11为Zn-Sr合金对细胞作用的光镜照片(a)对照组；(b)Zn-Sr合金。

图12为Zn-Sr合金对细胞作用不同时间后的细胞相对增殖率(*p<0.05，**p<0.01)。

图13为Zn-Sr合金植入小鼠体内不同时间的X光片及相应的对照图。

图14为Zn-Sr系合金植入小鼠体内不同时间的mico-CT图及对照图。

图15为Zn-Sr系合金植入小鼠体内2个月后的组织学荧光染色照片。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例中所用的百分含量，如无特别说明，均为质量百分含量。

实施例1、制备铸态Zn-Sr系合金

以纯Zn(99.99wt.％)、纯Sr(99.95wt.％)(购自北京翠柏林有色金属技术开发中心)作为原料，按不同的质量比(Zn与Sr的质量比分别为99：1和95：5)混合，在CO₂+SF₆气氛保护下，在750℃熔炼，待原料充分熔解后，保温10min后，循环水快速冷却，制得Zn-Sr合金锭(照片如图1所示)，其中，Zn-1Sr表示Zn与Sr的质量比为99：1，Zn-5Sr表示Zn与Sr的质量比为95：5。

实施例2、制备轧态Zn-Sr系合金

首先按照实施例1中的步骤制备得到铸态的Zn-Sr系合金铸锭；然后对上述得到Zn-Sr合金锭进行热轧，先250℃预热铸锭，然后采用热轧方式，在往返式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，最后在精轧机中，在250℃下将其轧制到1.5mm厚度。

图2为本实施例得到的轧态Zn-Sr系合金(Zn-1Sr)的照片。

实施例3、制备挤压态Zn-Sr系合金

按照下述1)或2)的步骤进行制备：

1)首先按照实施例1中的步骤制备得到铸态的Zn-Sr系合金铸锭(Zn-1Sr)，采用挤压的方式制备Zn-Sr系合金棒材(Zn-1Sr)，采用径向挤压，挤压温度为200℃，挤压比为20，制备出直径为10mm的Zn-Sr系合金棒材(Zn-1Sr)。

2)首先按照实施例1中的步骤制备得到铸态的Zn-Sr系合金铸锭，采用高真空快淬系统制备快速凝固Zn-Sr系合金薄带，具体方法是：将原料按所述比例混合后采用高真空快淬系统制备快速凝固Zn-Sr系薄带，参数为加料量2～8g、感应加热功率3～7kW、喷嘴与辊间距0.80mm、喷射压力0.1MPa、辊轮转速2000r/mln及喷嘴狭缝尺寸1film×8mm×6mm。然后将薄带粉碎后压制成坯，热压条件为200～350℃，真空热压1～24h。采用挤压的方式制备Zn-Sr系合金棒材，采用径向挤压，挤压温度为200℃，挤压比为20，制备出直径为10mm的Zn-Sr系合金棒材(Zn-1Sr)(照片如图3所示)。

实施例4、Zn-Ca合金力学性能测试

将实施例1-3方法制备的Zn-Sr系合金，按照ASTM-E8-04拉伸测试标准制备拉伸样品(如图4所示)，依次经400#、800#、1200#和2000#SiC砂纸系列打磨抛光。在丙酮、无水乙醇和去离子水中分别超声清洗15min后，采用万能材料力学试验机在室温下进行拉伸试验，拉伸速度为1mm/min。

图5为本发明制备的Zn-Sr系合金(Zn-1Sr-0.5Li棒材，其制备方法与实施例3中挤压态Zn-Sr系合金的制备方法相同，其中Zn、Sr和Li的质量比为98.5：1：0.5)的拉伸曲线，由该图可知，铸态Zn-1Sr-0.5Li合金的抗拉强度为285.21MPa，屈服强度为203.49MPa，延伸率为9.217％。

Zn-Sr系合金各试样的室温拉伸性能如表1所示，其中Zn-1Sr-0.5Sn铸锭和Zn-1Sr-1Sn铸锭的制备方法与实施例1中铸态Zn-Sr系合金的制备方法相同，Zn-1Sr-0.5Sn和Zn-1Sr-1Sn铸锭的质量比分别为98.5：1：0.5和98：1：1。由表1可知，随Sr含量的增加，合金变脆。第三组元Sn元素的加入有利于提高合金的拉伸强度。相对于铸态合金，轧制态合金和挤压态合金的屈服强度和拉伸强度均得到了明显提高，同时，延伸率得到大幅度增加，表明材料经过变形加工过程后力学性能得到进一步优化。

表1.Zn-Sr系合金拉伸实验结果

实施例5、Zn-Sr系合金压缩力学性能测试

将实施例1、2和3制备的Zn-Sr系合金按照ASTM E9-2009拉伸测试标准制备压缩样品(如图6所示)，经400#，800#，1200#，2000#SiC砂纸系列打磨抛光。经丙酮、无水乙醇和去离子水中分别超声清洗15min后，采用万能材料力学试验机在室温下进行压缩实验，压缩速率为10^-5/s。

图7为代表性Zn-Sr合金(Zn-1Sr轧板)的室温压缩曲线，由该图可知，Zn-1Sr轧板表现出压缩超速性的特性，压缩率无限接近100％，压缩强度为40％时的抗压强度为356.78MPa，屈服强度为253.62MPa。

本发明制备的Zn-Sr系合金各试样的室温压缩性能如表2所示，其中，Zn-1Sr-1Li棒材的制备方法与实施例3中挤压态Zn-Sr系合金的制备方法相同，Zn、Sr和Li的质量比为98：1：1。由表2可知，随Sr含量的增加，合金的抗压强度和塑形呈现下降趋势。第三组元Sn和Li元素的加入有利于提高合金的压缩强度。相对于铸态合金，变形加工的挤压态合金的屈服强度和抗压强度均得到了明显提高，表明材料经过变形加工过程后力学性能得到进一步优化。与拉伸条件下的力学性能不同，在压缩条件下，除Zn-5Sr外，Zn-Sr合金表现出优异的超塑性，表现为无限压缩而不破裂的特性，优异的压缩超塑性也为Zn-Sr合金的未来临床应用提供了有力的保障。

表2.Zn-Sr系合金压缩实验结果

实施例6、Zn-Sr合金腐蚀性能测试

将实施例3中经挤压过的Zn-Sr合金，通过线切割制备10×10×1.5mm Zn-Sr合金试样片，依次经400#、800#、1200#和2000#SiC砂纸系列打磨抛光。在丙酮、无水乙醇和去离子水中分别超声清洗15min后，25℃下干燥。之后浸泡在Hank’s模拟体液(NaCl 8.0g,CaCl₂ 0.14g,KCl 0.4g,NaHCO₃ 0.35g,葡萄糖1.0g,MgCl₂·6H₂O 0.1g,Na₂HPO₄·2H₂O 0.06g,KH₂PO₄ 0.06g,MgSO₄·7H₂O 0.06g溶解于1L去离子水中)中，浸泡不同时间间隔后取出，观察样品表面，图8为Zn-Sr合金(Zn-1Sr)在Hank’s模拟体液中浸泡两周后的试样。结果表明Zn-Sr合金表面保持完整且沉积大量羟基磷灰石矿物，表明Zn-Sr合金在降解的同时能够诱导骨矿物质的沉积，从而在体内可以促进骨组织的修复。

图9为Zn-Sr合金(Zn-1Sr)在Hank’s溶液中的电化学腐蚀极化曲线，从图9中可以得到，Zn-Sr合金的腐蚀速率为0.175mm/年。

实施例7、Zn-Sr合金血液相容性测试

将实施例3挤压过的Zn-Sr合金，通过线切割制备10×10×1.5mm Zn-Sr合金试样片，经400#、800#、1200#和2000#SiC砂纸系列打磨抛光。在丙酮、无水乙醇和去离子水中分别超声清洗15min后，25℃下干燥。采集健康志愿者身上新鲜血液，置于内含3.8wt.％柠檬酸钠作为抗凝剂的抗凝管保存。用0.9％生理盐水按4：5的比例稀释制成稀释血液样本。将试样浸泡在10mL生理盐水，37±0.5℃保温30min，加入0.2mL稀释血液样本，37±0.5℃保温60min。采用10mL生理盐水作为阴性对照组，10mL去离子水作为阳性对照组。经3000rpm离心5分钟，取上清液用Unic-7200紫外可见分光光度计545nm测量吸光度OD值，设置三组平行样以进行统计学分析。

用以下公式计算溶血率：

溶血率＝(实验组OD值-阴性组OD值)/(阳性组OD值-阴性组OD值)×100％。

全血采集后，1000rpm离心10min制备富血小板血浆。将富血小板血浆滴于试样表面，37±0.5℃保温60min，每组3个平行样。取出试样，PBS缓冲液(pH值为7.2)冲洗3遍以除去未黏附血小板。固定血小板方法为：每孔加入500μL浓度为2.5％的戊二醛固定液，室温下固定60分钟，然后将固定液吸出，使用PBS清洗3遍，使用浓度为50％，60％，70％，80％，90％，95％，100％酒精进行梯度脱水，每个浓度梯度脱水10分钟，真空干燥后使用扫描电子显微镜(SEM)(S-4800,Hitachi,日本)察血小板黏附数量及形态，每个试样随机选择6个区域进行血小板计数和统计学分析。

实验结果表明，Zn-Sr合金(Zn-1Sr)的溶血率为0.42％，远远小于临床使用要求的安全阈值5％，表现出良好的红细胞和血红蛋白相容性。

图10为Zn-Sr合金(Zn-1Sr)表面粘附的血小板形貌照片，从图中可以看出，Zn-Sr合金表面粘附的血小板数量稀少，且呈光滑的圆球状，没有尾巴摇曳和伪足伸出，未被激活，表现出优异的抗凝血性能。

实施例8、可体液降解医用Zn-Sr植入体的制备及其细胞相容性实验

按实施例1-3制备Zn-Sr医用植入体，将6枚长、宽、厚度分别为10、10、1.5mm的上述制备的Zn-Sr合金块(Zn-1Sr，铸态和轧态)经γ射线消毒灭菌，置于无菌培养瓶中，按试样表面积与MEM细胞培养基体积之比为1.25cm²/mL的比例加入MEM细胞培养基，置于37℃、95％相对湿度、5％CO₂培养箱中72h，得到Zn-Sr合金浸提液原液，密封，4℃冰箱保存备用。

浸提液与细胞接种培养及结果观察：将MG63细胞(广州吉妮欧生物科技有限公司)复苏、传代后，悬浮于MEM细胞培养基中，接种于96孔培养板上，阴性对照组加入MEM细胞培养基，Zn-Sr合金浸提液原液组加入上述得到的Zn-Sr合金浸提液原液，使最终细胞浓度为5×10⁴/mL。置于37℃、5％CO₂培养箱中培养，5天后取出培养板，在倒置相差显微镜下观察活细胞的形态(如图11所示)。结果表明：与阴性对照组相比，细胞数量处于同一数量级，且形貌呈现为健康伸展的梭形汇聚生长，说明Zn-Sr合金具有优异的细胞相容性。

图12为MG63骨细胞在Zn-Sr系合金(Zn-1Sr)浸提液中培养不同时间后的细胞相对增殖率实验结果，从图12中可以看出，与纯锌相比，加入合金化元素Sr后形成的Zn-Sr系合金能够促进成骨细胞的增殖，从而有利于骨组织的修复与创伤愈合。

实施例9、可体液降解医用Zn-Sr植入体的制备及其动物实验

通过车床加工Zn-Sr合金髓内针，制备的髓内针尺寸参数为：长度：5mm；直径：1mm。取上述方法制得的Zn-Sr合金植入髓内针10只，分别植入10只小鼠股骨中。术后一周、二周、三周、四周、六周和八周后进行X光观察(图13)，micro-CT观察(图14)和组织切片荧光观察(图15)，结果表明，Zn-Sr系合金发生缓慢降解，术后两个月仍能保持基本形貌，能够继续提供骨修复所需要的力学支撑力。术后两个月空白对照组很难观察到新生骨组织，而植入体周围观察到大面积的新生骨组织(图中箭头所示)，表明Zn-Sr系合金医用植入体能够促进骨组织的生成，在组织修复过程中提供足够的力学支撑力，缩短骨折等创伤修复时间。

Claims

1.一种Zn-Sr系锌合金，其特征在于：所述锌合金由Zn和Sr组成；

以重量百分比计，所述锌合金中Sr的质量百分数为0～5％，但不包括0；

所述锌合金的表面涂覆有可降解高分子涂层、陶瓷涂层或药物涂层；

所述可降解高分子涂层、所述陶瓷涂层和所述药物涂层的厚度均为0.01～5mm；

所述可降解高分子涂层的制备材料为下述1)和2)中至少一种：

1)聚己酸内酯、聚乳酸、聚羟基乙酸、L-聚乳酸、聚氰基丙烯酸酯、聚酸酐、聚膦腈、聚对二氧杂环己烷酮、聚-羟基丁酸酯和聚羟基戊酸酯中任一种；

2)聚乳酸、聚己酸内酯、聚羟基乙酸、L-聚乳酸、聚氰基丙烯酸酯和聚对二氧杂环己烷酮中的任意两种或两种以上的共聚物；

所述陶瓷涂层的制备材料为羟基磷灰石、磷酸三钙或磷酸氧四钙中的至少一种；

所述药物涂层为雷帕霉素及其衍生物涂层、紫杉醇涂层、依维莫司涂层、西罗莫司涂层、丝裂霉素涂层、抗菌涂层中的至少一种。

2.一种Zn-Sr系锌合金，其特征在于：所述锌合金由Zn、Sr和微量元素组成，所述微量元素为硅、磷、锂、银、锡和稀土元素中的至少一种；

以重量百分比计，所述锌合金中Sr的质量百分数为0～5％，但不包括0；所述微量元素的质量百分含量为0～3％，但不包括0；

所述可降解高分子涂层的制备材料为下述1)和2)中至少一种：

3.一种权利要求2所述锌合金的制备方法，包括如下步骤：将所述Zn、所述Sr和所述微量元素混合得到混合物；在CO₂和SF₆气氛保护下，将所述混合物进行熔炼，经冷却后涂覆所述可降解高分子涂层、所述陶瓷涂层或所述药物涂层即得所述锌合金；所述熔炼的温度为600～800℃；

涂覆所述可降解高分子涂层的方法是将所述锌合金进行酸洗，然后将其在所述可降解高分子涂层的制备材料溶于三氯乙烷制备的胶体中浸涂10～30分钟后，匀速拉出进行离心处理得到涂覆有所述可降解高分子涂层的锌合金；

涂覆所述陶瓷涂层的方法为等离子喷涂、电泳沉积、阳极氧化和水热合成中任一种；

涂覆所述药物涂层的方法为物理方法或化学方法；所述物理方法涂层工艺采用浸泡方法或喷涂方法；所述化学方法运用电化学原理进行电镀。

4.一种权利要求1所述锌合金的制备方法，包括如下步骤：将所述Zn和所述Sr混合得到混合物；在CO₂和SF₆气氛保护下，将所述混合物进行熔炼，经冷却后涂覆所述可降解高分子涂层、所述陶瓷涂层或所述药物涂层即得所述锌合金；所述熔炼的温度为600～800℃；

5.根据权利要求3或4所述锌合金的制备方法，其特征在于：所述方法还包括将所述锌合金进行机械加工的步骤；

所述机械加工为轧制、锻造、快速凝固和挤压中至少一种。

6.根据权利要求5所述锌合金的制备方法，其特征在于：

所述轧制包括依次进行热轧和精轧，所述热轧在200～300℃下进行，所述精轧在150～250℃下进行，所述锌合金被轧制至1～3mm；

所述锻造包括将所述锌合金在150～200℃的条件下进行保温以及在200～300℃的条件下进行锻造的步骤，所述保温的时间为3～50小时，所述锻造的速率不小于350mm/s；

所述挤压的温度为150～250℃，挤压比为10～70；

所述快速凝固包括如下步骤：在Ar气保护下，采用高真空快淬系统制备快速凝固薄带，然后将所述薄带破碎成粉末状，然后在200～350℃的条件下，真空热压1～24h。

7.一种权利要求2所述锌合金的制备方法，包括如下步骤：将所述Zn、所述Sr和所述微量元素混合得到混合物；在CO₂和SF₆气氛保护下，将所述混合物进行烧结，经冷却后涂覆所述可降解高分子涂层、所述陶瓷涂层或所述药物涂层；

所述烧结为下述任一种方法：元素粉末混合烧结法、预合金粉烧结法和自蔓延高温合成法；

涂覆所述药物涂层的方法为物理方法或化学方法；所述物理方法涂层工艺采用浸泡方法或喷涂方法；所述化学方法运用电化学原理进行电镀；

所述自蔓延高温合成法是将制备多孔结构Zn-Sr系合金的原料混合后压制成坯，在惰性气体保护下，压强为1×10³～1×10⁵Pa，温度为250～350℃下，然后将Zn-Sr系合金坯料点燃进行自蔓延高温合成，得到多孔结构的Zn-Sr系合金。

8.一种权利要求1所述锌合金的制备方法，包括如下步骤：将所述Zn和所述Sr混合得到混合物；在CO₂和SF₆气氛保护下，将所述混合物进行烧结，经冷却后涂覆所述可降解高分子涂层、所述陶瓷涂层或所述药物涂层；

9.权利要求1或2所述锌合金在制备可体液降解医用植入体中的应用；所述医用植入体为治疗用植入支架、骨修复器械和齿科修复器械中的任一种。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述应用表现为下述1)-4)中任一种：

1)所述锌合金促进骨组织的修复；

2)所述锌合金的抗凝血性能；

3)所述锌合金的细胞相容性；

4)所述锌合金促进骨组织的生成。

11.一种可体液降解医用植入体，其由权利要求1或2所述锌合金制备得到；所述医用植入体为治疗用植入支架、骨修复器械和齿科修复器械中的任一种。