CN107190191B - 一种生物医用镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物医用镁合金，以重量百分含量计，该镁合金含有以下组分：1‑6％Zn、0.3‑0.9％La、0.01‑0.05％Cu、2‑7％Y、0.2‑1％Ca、0.02‑0.2％Si、0.1‑0.6％Zr和余量的Mg。本发明还提供一种生物医用镁合金的制备方法。本发明的镁合金作为生物医药材料植入体内，不仅力学性能、腐蚀性能好，而且具有良好的生物相容性，适合作为多孔材料、骨钉、血管支架等可植入医疗器械，尤其是骨科材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种镁合金，尤其涉及一种生物医用镁合金及其制备方法。
背景技术
金属材料由于其具备的机械性能，因此多用于生物医药领域作为植入基材使用，目前，生物医药领域多应用的金属材料包括不锈钢材料或钛合金材料，但这些材料存在以下缺点，由于不锈钢材料和钛合金材质的抗拉强度较差，因此与生物骨的力学相容性较低，而且金属材料拆卸需要进行二次手术取出，这更加重了身体的负担。而镁合金是以镁为基础加入其他元素的合金，镁合金具有密度小、比强度高、可降解的特点，是适用于临时植入医疗器械的理想材料，同时镁合金还具有良好的生物相容性和生物力学与致密骨相近的优点。这些特征导致可降解镁合金在生物医用材料中成为研究的热点。
但是，现有的镁合金存在以下缺陷：
(1)医用不锈钢、镍铬钴合金和钛合金等金属硬组织植入材料已被成功应用于临床，但这些金属植入人体后会释放Cr+和Ni+等离子，可能导致严重炎症反应以减小生物相容性及引起组织损伤；
(2)现有的镁合金存在大量的Al元素、Ag元素，Al元素具有神经毒性，而Ag元素不属于人体的必需微量元素，会沉着于人体皮肤和器官中，造成金属中毒；
(3)这些金属植入体的弹性模量与天然骨不匹配，导致应力遮挡效应而且在体内不降解，需要进行二次手术取出。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种生物医用镁合金，该镁合金作为生物医药材料植入体内，不仅力学性能好、可降解，而且具有良好的生物相容性，适合作为多孔支架材料、骨钉、血管支架等医疗器械。
本发明的第二个目的是为了提供一种生物医用镁合金的制备方法，该制备方法基于镁合金的特性而设置，步骤简单、所需人力物力少，适合大规模生产。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种生物医用镁合金，以重量百分含量计，该镁合金含有以下组分：
进一步地，以重量百分含量计，该镁合金含有以下组分：
进一步地，以重量百分含量计，该镁合金含有以下组分：
实现本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种生物医用镁合金的制备方法，包括，
备料步骤：按配比将中间合金放入坩埚内；
熔化步骤：向熔炼炉内通入氩气排空空气，对熔炼炉加热，并将坩埚预热至660℃-750℃，使镁锭完全熔化；
精炼步骤：向溶化后的镁锭中加入精炼剂；
搅拌步骤：再搅拌，以100r/min-200r/min正转搅拌10-15min，再以100r/min-200r/min反转搅拌10-15min；
产出步骤：浇注，冷却，得到生物医用镁合金。
进一步地，备料步骤中，中间合金包括ZK60、Mg-5La、Mg-2Cu、Mg-3Y、Mg-3Si、Mg-1Ca。
进一步地，精炼步骤中，精炼剂包括质量百分比为55-65％的CaO，质量百分比为30-40％的CaF2，质量百分比为1-5％的Ca(OH)2。
进一步地，精炼步骤中，精炼剂的质量是镁合金总质量的0.4-1.2％。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的生物医用镁合金作为生物医药材料植入体内，不仅力学性能好、可降解，而且具有良好的生物相容性，适合作为多孔支架材料、骨钉、血管支架等医疗器械，尤其是骨科材料；
2、本发明的用于生物医药材料的制备方法基于镁合金的特性而设置，步骤简单、所需人力物力少，适合大规模生产。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
一种生物医用镁合金，以重量百分含量计，该镁合金含有以下组分：
作为进一步地实施方式，以重量百分含量计，该镁合金含有以下组分：
作为进一步地实施方式，以重量百分含量计，该镁合金含有以下组分：
Zn是人体必需微量元素，具有以下作用：增强人体免疫力，锌元素是免疫器官胸腺发育的营养素，只有锌量充足才能有效保证胸腺发育，正常分化T淋巴细胞，促进细胞免疫功能；促进伤口和创伤的愈合，补锌剂最早被应用于临床就是用来治疗皮肤病；而且Zn的加入可以提高镁合金的强度以及塑性。
La具有抑制肿瘤的作用，镧离子与钙离子半径相近，镧离子将钙离子置换后形成La-HAP，这样不仅不会引起钙的流失，反而使原来晶体更加稳定，且有利于周围环境中的钙离子进入是的HAP晶体矿化或在基质表面形成La-HAP晶体，防止钙离子进一步流失，对人体骨骼有很高的亲和性，并且能够改善镁合金的力学与可降解性。
Cu是人体必需微量元素，是机体内蛋白质和酶的重要组成部分，研究结果表明，至少有20种酶含有铜，其中至少有10种需要铜的参与和活化，对机体的代谢过程产生作用，促进人体的许多功能，例如骨骼生长，红、白血细胞的发育，铁的转运和吸收，胆固醇和葡萄糖的代谢，心脏肌肉的正常运动，大脑的发育等。
Y作为稀土元素，可用于抗凝血剂并具有降血糖、抗炎杀菌、抗动脉硬化、抗肿瘤和抗诱变的作用，还可用作烧伤药物，促进愈伤组织的生长，Y、Ce、Tm、Lu的有机络合催化剂可使核酸水解，达到对艾滋病毒和癌细胞PNK与DNA基因的特定切割，而且可以增强镁合金的抗氧化性和延展性。
Ca是构成骨骼和牙齿的重要元素，可以凝固受伤后流血的伤口，防止细菌的感染，保持血液的洁净，也能降低血液的粘稠度，提高血液的流动性，促进人体有益细胞的活性，抑制细菌的繁殖。
Si是人体必需元素，硅元素对维持机体的正常生长和骨骼的形成极其重要，并且参与骨骼的钙化过程，是骨骼细胞的主要成分之一，还能增强血管的弹力纤维，特别是内膜的弹力层，防止动脉粥样硬化的形成。
Zr对酸、碱和盐具有优良的抗蚀性，不会影响生物相容性，而且塑性好，能显著提高镁合金的弹性、化学稳定性及耐热性。
上述生物医用镁合金的制备方法，包括，
备料步骤：按配比将中间合金放入坩埚内；
熔化步骤：向熔炼炉内通入氩气排空空气，对熔炼炉加热，并将坩埚预热至660℃-750℃，使镁锭完全熔化；
精炼步骤：向溶化后的镁锭中加入精炼剂；
搅拌步骤：再搅拌，以100r/min-200r/min正转搅拌10-15min，再以100r/min-200r/min反转搅拌10-15min；
产出步骤：浇注，冷却，得到生物医用镁合金。
作为进一步地实施方式，备料步骤中，中间合金包括ZK60、Mg-5La、Mg-2Cu、Mg-3Y、Mg-3Si、Mg-1Ca。
作为进一步地实施方式，精炼步骤中，精炼剂包括质量百分比为55-65％的CaO，质量百分比为30-40％的CaF2，质量百分比为1-5％的Ca(OH)2。
作为进一步地实施方式，精炼步骤中，精炼剂的质量是镁合金总质量的0.4-1.2％。
以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。
实施例1-10：
镁合金以百分含量计，实施例1-10组分含量如下：
表1实施例1-10组分和含量(％)
| Zn | La | Cu | Y | Ca | Si | Zr | Mg | |
| 实施例1 | 3 | 0.6 | 0.03 | 4 | 0.5 | 0.07 | 0.3 | 91.5 |
| 实施例2 | 2 | 0.5 | 0.02 | 3 | 0.4 | 0.05 | 0.2 | 93.83 |
| 实施例3 | 4 | 0.7 | 0.04 | 5 | 0.7 | 0.1 | 0.4 | 89.06 |
| 实施例4 | 1 | 0.3 | 0.01 | 2 | 0.2 | 0.02 | 0.1 | 96.37 |
| 实施例5 | 5 | 0.8 | 0.05 | 6 | 1 | 0.03 | 0.5 | 86.62 |
| 实施例6 | 6 | 0.9 | 0.05 | 7 | 0.9 | 0.2 | 0.6 | 84.35 |
| 实施例7 | 0 | 0.6 | 0.03 | 4 | 0.5 | 0.07 | 0.3 | 94.5 |
| 实施例8 | 3 | 0 | 0.03 | 4 | 0.5 | 0.07 | 0.3 | 92.1 |
| 实施例9 | 3 | 0.6 | 0.03 | 0 | 0.5 | 0.07 | 0.3 | 95.5 |
| 实施例10 | 3 | 0.6 | 0.03 | 4 | 0.5 | 0.07 | 0 | 91.8 |
实施例1-10的镁合金均为本发明的生物医用镁合金的制备方法得到。
效果评价及性能检测
机械性能测试，取实施例1-10的镁合金，按国家标准GBT228-2002金属材料拉伸试样，测试其机械性能，制备拉伸试样：标距50mm，直径5mm，总长100mm。
表2实施例1-10机械性能
由表2可见，本发明实施例1-6的镁合金力学性能好、可降解，而且延伸率以及塑性好，适合加工为所需的医学制品应用在临床治疗中，并且实施例1为最优实施例。而由实施例7-10可见，Zn的加入可以提高镁合金的强度以及塑性，La能够改善镁合金的力学与降解速率，Y能够增强镁合金的抗氧化性和延展性，Zr能显著提高镁合金的弹性。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (3)
1.一种生物医用镁合金的制备方法，其特征在于，包括，
备料步骤：按配比将中间合金放入坩埚内；中间合金包括ZK60、Mg-5La、Mg-2Cu、Mg-3Y、Mg-3Si、Mg-1Ca；
熔化步骤：向熔炼炉内通入氩气排空空气，对熔炼炉加热，并将坩埚预热至660℃-750℃，使镁锭完全熔化；
精炼步骤：向溶化后的镁锭中加入精炼剂，精炼剂的质量是镁合金总质量的0.4-1.2％；精炼剂包括质量百分比为55-65％的CaO，质量百分比为30-40％的CaF2，质量百分比为1-5％的Ca(OH)2；
搅拌步骤：再搅拌，以100r/min-200r/min正转搅拌10-15min，再以100r/min-200r/min反转搅拌10-15min；
产出步骤：浇注，冷却，得到生物医用镁合金；
以重量百分含量计，该生物医用镁合金含有以下组分：
2.如权利要求1所述的生物医用镁合金的制备方法，其特征在于，以重量百分含量计，该镁合金含有以下组分：
3.如权利要求1所述的生物医用镁合金的制备方法，其特征在于，以重量百分含量计，该镁合金含有以下组分：
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