CN107653410A - 生物医用可降解吸收的镁合金及其制备方法和应用 - Google Patents

生物医用可降解吸收的镁合金及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

一种生物医用可降解吸收的镁合金，其特征在于该镁合金为Mg‑Sr‑Ca‑Ag系镁合金，包括如下组分及其重量百分比：Sr 0.1～8.0％，Ca 0.1～5.0％，Ag 0.01～2.0％，余量为Mg及不可避免的杂质。本发明还公开了该镁合金的制备方法和应用。本发明获得的镁合金不仅具备优异的生物相容性，良好的力学性能和耐腐蚀性能，还具有长效抗菌功能和促进新骨形成功能。

Description

生物医用可降解吸收的镁合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种镁合金，尤其涉及一种生物医用可降解吸收的镁合金，本发明还涉及该镁合金的制备方法和应用，属于合金技术领域。
背景技术
人体因外伤、炎症、肿瘤和先天性畸形造成骨缺损或肢体不健全者不计其数,需要研发并制造大量的人造关节、人工骨、骨填充材料，以及各种内、外固定器械等。目前，骨科内植入材料类产品是全球生物材料相关产品中需求量最大的一类，占全球生物材料市场的37.5％，主要包括脊柱类产品、创伤类产品、人工关节类产品、运动医学类产品以及神经外科类产品等。基于巨大的骨科产品需求量，骨科内植入材料的研究和开发已成为全球性的热点,是生物材料研究中一个非常活跃的领域。医用金属材料以其机械强度高、韧性好以及便于加工成型等优点在骨科临床上得到广泛应用。但传统的医用金属材料多为生物惰性材料，如316L不锈钢、纯钛及Ti-6Al-4V合金、钴铬钼合金等，植入体内后不能自行降解，需通过二次手术取出，给患者造成新的痛苦及医疗费用负担。并且惰性金属材料植入物在体内的长期存留会通过磨损或腐蚀形成具有生物毒性的金属离子和颗粒，引发骨组织过敏或炎症反应，导致材料生物相容性降低，严重时造成植入失效。此外，传统医用金属材料与人体骨力学性能不匹配，易导致应力遮挡效应，影响骨骼修复愈合。基于上述原因，开发新型可降解型医用金属材料意义重大。
镁合金作为新型可降解医用金属材料，近年来成为金属生物材料领域中的研究热点，并越来越受到生物界、材料界和医学界的多方关注。研究者基于镁及镁合金在体内的可降解特性，研发出新一代医疗器械，并力图将之应用于骨科等领域。与其它医用金属材料相比，镁及镁合金主要具有如下优势：(1)镁及镁合金具有良好的生物相容性，可满足体内生物安全性要求。镁是维持人体生命活动的必需元素，约占人体总重量的0.05％，其中一半以上存在于骨骼中。人体内含有丰富的镁离子，其中约65％以游离态镁离子形式存在，约15％以磷酸盐、碳酸盐、柠檬酸盐及草酸盐等形式存在，约20％以与蛋白结合的形式存在。镁参与体内一系列新陈代谢过程，是体内300多种酶的重要组成部分，还与骨骼、神经、肌肉及心脏功能关系密切。(2)镁及镁合金具有与骨组织匹配的力学相容性。镁是一种轻质合金，具有密排六方结构，其密度及压缩屈服强度与骨接近，可以较好地满足对植入体的力学性能要求。镁合金的弹性模量约为45GPa，远低于不锈钢(185-205GPa)、钴铬合金(130GPa)和钛合金(105-117GPa)的弹性模量，与人骨的弹性模量(3-20GPa)最为接近，可以大大缓解由于植入体与骨之间弹性模量的不匹配而引起的应力遮挡效应，增加骨组织愈合能力，防止局部骨质疏松和再骨折的发生。(3)镁及镁合金具有良好的可降解性能。镁作为一种化学性质十分活泼的金属，其标准电极电位为-2.37V，远低于铁、铝、钛等金属，在酸性、中性和弱碱性环境中均易发生腐蚀反应。尤其当暴露在含有Cl-、CO3 2-、SO4 2-等腐蚀性离子的电解质中时，其腐蚀速率更快。人体内是一个极其复杂的生理环境，富含Cl-等多种阴离子，镁及镁合金在体液环境中的腐蚀电位约为-1.65V左右，可发生电化学反应，生成氢氧化镁等产物并释放出氢气。综上所述，镁合金在保证生物安全性的前提下，兼具力学性能优势和可降解吸收的特点，具有良好的应用前景。
尽管临床应用已证实，镁合金满足生物安全性要求，但作为骨科植入材料，仅确保较好的生物相容性是远远不够的。其对于骨组织再生有无影响、有怎样的影响，是决定其最终能否作为一种优异的骨科修复材料应用到临床的重要因素。在骨科内植入领域，当需要进行关节替换、骨缺损填充或骨折治疗时，最理想的方式是在保证植入材料良好的生物相容性前提下，通过植入物不断降解产生的有益离子刺激周围骨组织再生，从而加速骨损伤的修复。因此希望通过添加对骨组织和细胞增殖、分化有促进作用的合金元素，来实现可降解镁合金的促成骨功能。
此外，骨科术后感染是骨科手术中最严重和复杂的并发症之一，对患者的创口愈合甚至生命造成极大威胁，一直受到临床医生及相关医护人员的高度重视。其中，由于骨科金属内植入材料在植入过程中造成病原菌侵入骨组织导致感染的发生是造成骨科术后感染的主要原因之一。由于骨科术后感染的反复发作，并会由植入物与组织的界面处扩散至周围组织中，使得患处出现红肿、发烫、化脓等症状，最终造成骨缺损无法愈合、病理性骨折、内固定及关节置换术失败等后果，严重时还需进行截肢甚至危及患者生命。因此希望在可降解镁合金作为骨科植入材料进行生物功能设计时，将抗菌功能作为考虑因素之一，期待镁合金具有抵抗细菌感染的能力，能够对骨科常见细菌起到杀灭作用，避免骨科术后感染的发生，为镁合金植入物后续发挥促成骨功能提供良好的作用环境。因此，在保证生物安全性的前提下，赋予镁合金一些对患者康复有益的重要的生理功能，成为镁合金作为医用材料走向临床的关键。
在现有镁合金中，大多数都含有一定的铝元素或稀土元素，但铝元素和稀土元素会对人体健康产生一定危害。因此，含有铝或稀土的镁合金对于人体而言是不安全的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种兼具抗菌和促成骨功能且安全性高的生物医用可降解吸收的镁合金。
本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种兼具抗菌和促成骨功能且安全性高的生物医用可降解吸收的镁合金的制备方法。
本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种兼具抗菌和促成骨功能且安全性高的生物医用可降解吸收的镁合金的具体应用。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种生物医用可降解吸收的镁合金，其特征在于该镁合金为Mg-Sr-Ca-Ag系镁合金，包括如下组分及其重量百分比：Sr 0.1～8.0％，Ca 0.1～5.0％，Ag 0.01～2.0％，余量为Mg及不可避免的杂质，前述的杂质为铜、铁、镍、铝、锰或稀土元素中的至少一种，按重量百分比计，每种杂质含量不超过0.1％，总量不超过0.5％。
锶(Sr)是人体内必需的一种微量元素，锶能维持人体正常生理功能，防治心血管疾病，与人的寿命有关。锶在人体内的代谢，与钙极为相似，可促进骨骼钙的代谢，是人体骨骼及牙齿的正常组成成分。经研究发现，锶可降低心血管病的死亡率，其机制是锶在肠道内与钠竞争，从而减少钠的吸收，并增加钠的排泄。缺锶会引起龋齿，骨质疏松。锶元素具有良好的骨相容性，能够促进成骨细胞的生长，促进骨的重建，同时能够抑制破骨细胞的生长，防止溶骨现象的产生。
钙(Ca)是人体中含量最丰富的矿质元素，99％的钙沉积在牙齿和骨骼中，起到促进骨骼生长发育、维持其形态和硬度等重要作用。1％的钙分布在血液、细胞间液和软组织中，增加软组织的坚韧性。钙是体内多种酶的激活剂，促进酶的活动，钙缺乏时体内腺细胞的分泌作用减弱。钙也是脑部神经元代谢不可缺少的元素，能保证人的脑力旺盛、头脑冷静并提高判断力，影响人的情绪。钙离子对细胞的粘着、细胞膜功能的维持也起到重要作用。正常含量的钙离子能保证细胞膜顺利地把营养物质“泵”到细胞内。
银(Ag)是一种安全无毒的无机抗菌剂，具有生物安全性高、抗菌谱广、持久性好、不产生耐药性等特点。在所有金属离子中，银离子的抗菌性最强，银的微量释放，有利于抑制植入物周围的细菌性炎症。银可以杀灭650种微生物，且不产生耐药性。此外，银还具有促进伤口愈合的特性，银加上弱电流可以使成纤维细胞低分化，从而促进组织修复和再生。
对镁合金耐腐蚀性能和力学性能方面的影响：
锶加入到镁合金中能够抑制晶界上的块状、条状组织析出，促进晶粒内细小针状、颗粒状组织的形成，起到细化合金的显微组织和晶粒的作用，同时也可以使粗大的汉字状Mg2Si颗粒有所细化且分布均匀，使得合金的抗拉强度和延伸率均有所提高。此外，锶加入后在晶界上形成的Mg2Sr、Mg17Sr2等组织可以改善合金的耐腐蚀性能。
钙加入到镁合金中能够提高镁合金在空气中的燃点，有效阻止镁在熔炼过程中的燃烧，也可以显著提高镁合金在高温下的抗氧化性。少量的钙添加能够通过抑制晶粒生长来显著细化镁合金的组织，从而提高镁合金的成形性和强度，改善镁合金的高温性能和蠕变性能。此外，钙还可以降低镁合金的微电池效应，改变镁合金表面氧化膜的组成，使其变得更加致密，从而有效提高镁合金的耐腐蚀能力。
银在镁中的固溶度高达15.5wt.％，具有较高的固溶强化作用，并且银可以细化镁合金晶粒，大幅度提高镁合金的力学性能。银的添加还可以显著提高镁合金的时效硬化效果。此外，银可以完全固溶在α-Mg基体中，提高合金的腐蚀电位，不容易形成第二相，从而提高镁合金的耐腐蚀性能。
作为优选，该镁合金包括如下组分及其重量百分比：Sr 0.5～5.0％，Ca 0.5～2.0％，Ag 0.05～1.5％，余量为Mg。
一种生物医用可降解吸收的镁合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①按所述比例称取原材料纯镁、纯锶、纯钙和纯银；
②将上述原材料在100～150℃烘箱中烘干0.5～2.5小时；
③在不含Ni的低碳钢坩埚内壁涂覆BN涂料，将坩埚加热至620～680℃，将纯镁置于坩埚中，电阻炉继续升温至710～730℃，加热保持30～40分钟，直至纯镁完全熔化；
④将电阻炉升温至730～750℃，利用石墨钟罩将烘干的纯锶和纯钙依次压入纯镁熔体中，搅拌，熔炼共计30～50分钟，得到溶液A；
⑤将电阻炉升温至750～780℃，向溶液A中加入烘干的高纯银，搅拌，熔炼共计30～40分钟，得到溶液B；
⑥熔炼结束，将溶液B倒入预先烘干的内壁涂有BN涂料的不含Ni的低碳钢模具中，即得到Mg-Sr-Ca-Ag多元镁合金材料。
整个熔炼过程在CO2和SF6混合气氛保护中进行，按体积百分比计，气体含量分别为99～99.5％的CO2和0.5～1.0％SF6。
作为优选，步骤④中所述搅拌的条件如下：每隔10分钟搅拌1次，共搅拌2～4次。
作为优选，步骤⑤中所述搅拌的条件如下：每隔10分钟搅拌1次，共搅拌2～3次。
生物医用可降解吸收的镁合金应用于骨科内植入治疗领域，作为在人体环境下使用的植入材料。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的镁合金中选择了三种生物相容性良好的金属元素作为合金化元素，不含有害或潜在有害元素，作为人体植入材料，生物安全性更高。
本发明涉及的镁合金材料由人体必需微量元素Mg、Sr、Ca、Ag组成四元镁合金体系，在Mg、Sr、Ca、Ag的协同作用下，赋予材料本身广谱抗菌和促进成骨细胞生成等多种功能，从而得到一种生物医用新型多功能镁合金。
镁合金中形成第二相：Mg2Sr、Mg17Sr2、Mg2Ca、Mg3Ag、Mg54Ag17之一种或两种及以上，形成具有良好力学性能和耐腐蚀性能的多元镁合金；通过控制Mg2Sr、Mg17Sr2、Mg2Ca、Mg3Ag、Mg54Ag17之一种或两种及以上第二相的含量，调节Mg、Sr、Ca、Ag离子的溶出量，从而获得具有最佳综合性能的多元镁合金，使该材料发挥优异的促成骨功能和抑菌功能。
该镁合金材料具有良好的生物相容性和力学性能，细胞毒性评级为0级或1级，采用电化学极化实验测得该系合金的降解速率为0.01～2mm/年，采用失重实验测得该系合金的降解速率为0.05～5mm/年，合金的抗拉强度为100～250MPa，抗压强度为150～350MPa，在生物体液或血液环境中可发生腐蚀降解，伴随Mg、Sr、Ca、Ag离子的溶出，对骨科常见菌：大肠杆菌、金黄色葡萄球、表皮葡萄球菌、铜绿假单胞菌等有强烈的杀灭作用，对前成骨细胞MC3T3-E1和骨髓基质干细胞BMSCs的增殖和分化有明显的促进作用。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
镁合金的制备方法如下：
(1)按所述比例称取原材料纯镁、纯锶、纯钙和纯银，其中Mg的纯净度大于等于99.99wt％，锶的纯净度大于等于99.999wt％，钙的纯净度大于等于99.9wt％，银的纯净度大于等于99.9wt％；
(2)将上述原材料在100～150℃烘箱中烘干0.5～2.5小时；
(3)在不含Ni的低碳钢坩埚内壁涂覆BN涂料，将坩埚加热至620～680℃，将纯镁置于坩埚中，电阻炉继续升温至710～730℃，加热保持30～40分钟，直至纯镁完全熔化；
(4)将电阻炉升温至730～750℃，利用石墨钟罩将烘干的纯锶和纯钙依次压入纯镁熔体中，每隔10分钟搅拌1次，共搅拌2～4次，熔炼共计30～50分钟，得到溶液A；
(5)将电阻炉升温至750～780℃，向溶液A中加入烘干的高纯银丝，每隔10分钟搅拌1次，共搅拌2～3次，熔炼共计30～40分钟，得到溶液B；
(6)熔炼结束，将溶液B倒入预先烘干的内壁涂有BN涂料的不含Ni的低碳钢模具中，即得到Mg-Sr-Ca-Ag多元镁合金材料；
整个熔炼过程在CO2和SF6混合气氛保护中进行，按体积百分比计，气体含量分别为99～99.5％的CO2和0.5～1.0％SF6。
实施例1，本实施例中，四元Mg-Sr-Ca-Ag镁合金材料的组分及重量百分比为：Sr0.5％，Ca0.5％，Ag0.05％，其余为镁。合金中含有少量铜、铁、镍等杂质元素，按重量百分比计，每种含量不超过0.1％，总量不超过0.4％。原材Mg的纯净度大于等于99.99wt％，锶的纯净度大于等于99.999wt％，钙的纯净度大于等于99.9wt％，银的纯净度大于等于99.9wt％。经过在体积百分比99～99.5％的CO2和0.5～1.0％SF6(六氟化硫)保护气氛的高洁净度熔炼和浇铸。
该材料具有良好的生物相容性，细胞毒性评级为0级，采用电化学极化实验测得该系合金的降解速率为0.15mm/年，采用失重实验测得该系合金的降解速率为0.07mm/年，可在生物体液或血液环境中降解吸收，其抗拉强度为150MPa，抗压强度为200MPa，对大肠杆菌杀灭率为90％，对金黄色葡萄球菌杀灭率为85％，对表皮葡萄球菌和铜绿假单胞菌杀灭率均为100％。
实施例2，本实施例中，四元Mg-Sr-Ca-Ag镁合金材料的组分及重量百分比为：Sr1.0％，Ca0.5％，Ag0.1％，其余为镁。合金中含有少量铜、铁、镍等杂质元素，按重量百分比计，每种含量不超过0.1％，总量不超过0.4％。原材Mg的纯净度大于等于99.99wt％，锶的纯净度大于等于99.999wt％，钙的纯净度大于等于99.9wt％，银的纯净度大于等于99.9wt％。经过在体积百分比99～99.5％的CO2和0.5～1.0％SF6(六氟化硫)保护气氛的高洁净度熔炼和浇铸。
该材料具有良好的生物相容性，细胞毒性评级为0级，采用电化学极化实验测得该系合金的降解速率为0.06mm/年，采用失重实验测得该系合金的降解速率为0.1mm/年，可在生物体液或血液环境中降解吸收，其抗拉强度为160MPa，抗压强度为220MPa，对大肠杆菌杀灭率为95％，对金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和铜绿假单胞菌的杀灭率均为100％。对前成骨细胞MC3T3-E1的增殖有一定促进作用。
实施例3，本实施例中，四元Mg-Sr-Ca-Ag镁合金材料的组分及重量百分比为：Sr1.0％，Ca1.0％，Ag0.1％，其余为镁。合金中含有少量铁、镍、铝和铜杂质元素，按重量百分比计，每种含量不超过0.1％，总量不超过0.4％。原材Mg的纯净度大于等于99.99wt％，锶的纯净度大于等于99.999wt％，钙的纯净度大于等于99.9wt％，银的纯净度大于等于99.9wt％。经过在体积百分比99～99.5％的CO2和0.5～1.0％SF6(六氟化硫)保护气氛的高洁净度熔炼和浇铸。
该材料具有良好的生物相容性，细胞毒性评级为0级，采用电化学极化实验测得该系合金的降解速率为0.12mm/年，采用失重实验测得该系合金的降解速率为0.15mm/年，可在生物体液或血液环境中降解吸收，其抗拉强度为160MPa，抗压强度为220MPa，对大肠杆菌杀灭率为85％，对金黄色葡萄球菌的杀灭率为90％，对表皮葡萄球菌的杀灭率为90％，对铜绿假单胞菌的杀灭率为90％。对前成骨细胞MC3T3-E1的增殖和骨髓基质干细胞BMSCs的分化有一定促进作用。
实施例4，本实施例中，四元Mg-Sr-Ca-Ag镁合金材料的组分及重量百分比为：Sr1.5％，Ca1.0％，Ag0.1％，其余为镁。合金中含有少量铁、镍、铝和铜杂质元素，按重量百分比计，每种含量不超过0.1％，总量不超过0.4％。原材Mg的纯净度大于等于99.99wt％，锶的纯净度大于等于99.999wt％，钙的纯净度大于等于99.9wt％，银的纯净度大于等于99.9wt％。经过在体积百分比99～99.5％的CO2和0.5～1.0％SF6(六氟化硫)保护气氛的高洁净度熔炼和浇铸。
该材料具有良好的生物相容性，细胞毒性评级为0级，采用电化学极化实验测得该系合金的降解速率为0.08mm/年，采用失重实验测得该系合金的降解速率为0.2mm/年，可在生物体液或血液环境中降解吸收，其抗拉强度为200MPa，抗压强度为280MPa，对大肠杆菌杀灭率为95％，对金黄色葡萄球菌的杀灭率为95％，对表皮葡萄球菌的杀灭率为90％，对铜绿假单胞菌的杀灭率为100％。对前成骨细胞MC3T3-E1的增殖和骨髓基质干细胞BMSCs的分化有一定促进作用。
实施例5，本实施例中，四元Mg-Sr-Ca-Ag镁合金材料的组分及重量百分比为：Sr1.5％，Ca1.5％，Ag0.2％，其余为镁。合金中含有少量铁、镍、铝和铜杂质元素，按重量百分比计，每种含量不超过0.1％，总量不超过0.4％。原材Mg的纯净度大于等于99.99wt％，锶的纯净度大于等于99.999wt％，钙的纯净度大于等于99.9wt％，银的纯净度大于等于99.9wt％。经过在体积百分比99～99.5％的CO2和0.5～1.0％SF6(六氟化硫)保护气氛的高洁净度熔炼和浇铸。
该材料具有良好的生物相容性，细胞形貌饱满，细胞毒性评级为0级，采用电化学极化实验测得该系合金的降解速率为0.15mm/年，采用失重实验测得该系合金的降解速率为0.32mm/年，可在生物体液或血液环境中降解吸收，其抗拉强度为190MPa，抗压强度为260MPa，对金黄色葡萄球菌的杀灭率为95％，对大肠杆菌、表皮葡萄球菌和铜绿假单胞菌的杀灭率均为100％。对前成骨细胞MC3T3-E1和骨髓基质干细胞BMSCs的增殖和分化有一定促进作用。
实施例6，本实施例中，四元Mg-Sr-Ca-Ag镁合金材料的组分及重量百分比为：Sr2.0％，Ca1.0％，Ag0.1％，其余为镁。合金中含有少量铁、镍、铝和铜杂质元素，按重量百分比计，每种含量不超过0.1％，总量不超过0.4％。原材Mg的纯净度大于等于99.99wt％，锶的纯净度大于等于99.999wt％，钙的纯净度大于等于99.9wt％，银的纯净度大于等于99.9wt％。经过在体积百分比99～99.5％的CO2和0.5～1.0％SF6(六氟化硫)保护气氛的高洁净度熔炼和浇铸。
该材料具有良好的生物相容性，细胞毒性评级为0级，采用电化学极化实验测得该系合金的降解速率为0.1mm/年，采用失重实验测得该系合金的降解速率为0.2mm/年，可在生物体液或血液环境中降解吸收，其抗拉强度为230MPa，抗压强度为300MPa，对金黄色葡萄球菌的杀灭率为95％，对大肠杆菌的杀灭率为90％，对表皮葡萄球菌和铜绿假单胞菌的杀灭率均为100％。对前成骨细胞MC3T3-E1和骨髓基质干细胞BMSCs的增殖和分化促进作用显著。
实施例7，本实施例中，四元Mg-Sr-Ca-Ag镁合金材料的组分及重量百分比为：Sr2.0％，Ca1.0％，Ag0.2％，其余为镁。合金中含有少量铁、镍、铝和铜杂质元素，按重量百分比计，每种含量不超过0.1％，总量不超过0.4％。原材Mg的纯净度大于等于99.99wt％，锶的纯净度大于等于99.999wt％，钙的纯净度大于等于99.9wt％，银的纯净度大于等于99.9wt％。经过在体积百分比99～99.5％的CO2和0.5～1.0％SF6(六氟化硫)保护气氛的高洁净度熔炼和浇铸。
该材料具有良好的生物相容性，细胞毒性评级为0级，采用电化学极化实验测得该系合金的降解速率为0.2mm/年，采用失重实验测得该系合金的降解速率为0.26mm/年，可在生物体液或血液环境中降解吸收，其抗拉强度为210MPa，抗压强度为290MPa，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、表皮葡萄球菌和铜绿假单胞菌的杀灭率均为100％。对前成骨细胞MC3T3-E1和骨髓基质干细胞BMSCs的增殖和分化有一定促进作用。
实施例8，本实施例中，四元Mg-Sr-Ca-Ag镁合金材料的组分及重量百分比为：Sr2.0％，Ca2.0％，Ag0.2％，其余为镁。合金中含有少量铁、镍、铝和铜杂质元素，按重量百分比计，每种含量不超过0.1％，总量不超过0.4％。原材Mg的纯净度大于等于99.99wt％，锶的纯净度大于等于99.999wt％，钙的纯净度大于等于99.9wt％，银的纯净度大于等于99.9wt％。经过在体积百分比99～99.5％的CO2和0.5～1.0％SF6(六氟化硫)保护气氛的高洁净度熔炼和浇铸。
该材料具有良好的生物相容性，细胞毒性评级为0级，采用电化学极化实验测得该系合金的降解速率为0.17mm/年，采用失重实验测得该系合金的降解速率为0.47mm/年，可在生物体液或血液环境中降解吸收，其抗拉强度为220MPa，抗压强度为310MPa，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、表皮葡萄球菌和铜绿假单胞菌的杀灭率均为100％。对前成骨细胞MC3T3-E1和骨髓基质干细胞BMSCs的增殖和分化有一定促进作用。
实施例9，本实施例中，四元Mg-Sr-Ca-Ag镁合金材料的组分及重量百分比为：Sr4.0％，Ca2.0％，Ag0.5％，其余为镁。合金中含有少量铁、镍、铝和铜杂质元素，按重量百分比计，每种含量不超过0.1％，总量不超过0.4％。原材Mg的纯净度大于等于99.99wt％，锶的纯净度大于等于99.999wt％，钙的纯净度大于等于99.9wt％，银的纯净度大于等于99.9wt％。经过在体积百分比99～99.5％的CO2和0.5～1.0％SF6(六氟化硫)保护气氛的高洁净度熔炼和浇铸。
该材料具有良好的生物相容性，细胞毒性评级为1级，采用电化学极化实验测得该系合金的降解速率为0.52mm/年，采用失重实验测得该系合金的降解速率为1.12mm/年，可在生物体液或血液环境中降解吸收，其抗拉强度为210MPa，抗压强度为330MPa，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、表皮葡萄球菌和铜绿假单胞菌的杀灭率均为100％。
实施例10，本实施例中，四元Mg-Sr-Ca-Ag镁合金材料的组分及重量百分比为：Sr4.0％，Ca2.0％，Ag1.0％，其余为镁。合金中含有少量铁、镍、铝和铜杂质元素，按重量百分比计，每种含量不超过0.1％，总量不超过0.4％。原材Mg的纯净度大于等于99.99wt％，锶的纯净度大于等于99.999wt％，钙的纯净度大于等于99.9wt％，银的纯净度大于等于99.9wt％。经过在体积百分比99～99.5％的CO2和0.5～1.0％SF6(六氟化硫)保护气氛的高洁净度熔炼和浇铸。
该材料具有良好的生物相容性，细胞毒性评级为1级，采用电化学极化实验测得该系合金的降解速率为1.05mm/年，采用失重实验测得该系合金的降解速率为2.3mm/年，可在生物体液或血液环境中降解吸收，其抗拉强度为205MPa，抗压强度为320MPa，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、表皮葡萄球菌和铜绿假单胞菌的杀灭率均为100％。
实施例结果表明，本发明是由对人体生理活动发挥生物功能的有益元素Sr、Ca和Ag组成的四元镁合金体系，通过调整镁合金中Sr、Ca和Ag的含量，控制镁合金中第二相的形态、数量和分布及Mg、Sr、Cu离子在体液中的释放量，从而获得具有良好力学性能、匹配降解性能及多种生物医学功能的四元镁合金。该合金材料具有良好的生物相容性、力学性能基础和腐蚀降解匹配的优异性能，结合长效抗菌和促进新生骨形成等生物医学功能，是一种具有优异综合性能的功能型医用可降解镁合金材料，有效降低植入部位的感染发生概率，并能调控成骨细胞的生物学功能，提高骨整合能力，在骨科用内植入等医疗领域具有重要的应用价值。

Claims (6)

1.一种生物医用可降解吸收的镁合金，其特征在于该镁合金为Mg-Sr-Ca-Ag系镁合金，包括如下组分及其重量百分比：Sr 0.1～8.0％，Ca 0.1～5.0％，Ag 0.01～2.0％，余量为Mg及不可避免的杂质，前述的杂质为铜、铁、镍、铝、锰或稀土元素中的至少一种，按重量百分比计，每种杂质含量不超过0.1％，总量不超过0.5％。
2.根据权利要求1所述的生物医用可降解吸收的镁合金，其特征在于该镁合金包括如下组分及其重量百分比：Sr 0.5～5.0％，Ca 0.5～2.0％，Ag 0.05～1.5％，余量为Mg。
3.一种权利要求1或2所述的生物医用可降解吸收的镁合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①按所述比例称取原材料纯镁、纯锶、纯钙和纯银；
②将上述原材料在100～150℃烘箱中烘干0.5～2.5小时；
③在不含Ni的低碳钢坩埚内壁涂覆BN涂料，将坩埚加热至620～680℃，将纯镁置于坩埚中，电阻炉继续升温至710～730℃，加热保持30～40分钟，直至纯镁完全熔化；
④将电阻炉升温至730～750℃，利用石墨钟罩将烘干的纯锶和纯钙依次压入纯镁熔体中，搅拌，熔炼共计30～50分钟，得到溶液A；
⑤将电阻炉升温至750～780℃，向溶液A中加入烘干的高纯银，搅拌，熔炼共计30～40分钟，得到溶液B；
⑥熔炼结束，将溶液B倒入预先烘干的内壁涂有BN涂料的不含Ni的低碳钢模具中，即得到Mg-Sr-Ca-Ag多元镁合金材料。
整个熔炼过程在CO2和SF6混合气氛保护中进行，按体积百分比计，气体含量分别为99～99.5％的CO2和0.5～1.0％SF6。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤④中所述搅拌的条件如下：每隔10分钟搅拌1次，共搅拌2～4次。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤⑤中所述搅拌的条件如下：每隔10分钟搅拌1次，共搅拌2～3次。
6.权利要求1或2所述的生物医用可降解吸收的镁合金应用于骨科内植入治疗领域，作为在人体环境下使用的植入材料。
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