CN110373587B - 一种骨诱导抗菌镁合金及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种骨诱导抗菌镁合金及其制备方法与应用,所述镁合金的化学组成及重量百分含量如下:Ag 0.5‑8.5%;Sr 0.5‑3.0%;不可避免的杂质元素<0.05%;镁余量。所述制备方法,包括以下步骤:称量;将纯镁加热至熔化,升温加入银原材料,保温后将温度降至700~720℃,加入锶原材料,保温后,搅拌得到熔体;静置后去除表面杂质,将熔体浇铸到带有脱模剂的模具中,冷却至室温后脱模并进行热处理得到所述镁合金。与现有技术相比,本发明方案的镁合金既具有良好的抗菌性能又具有较好的骨诱导性,具有良好的医用价值。

Description

一种骨诱导抗菌镁合金及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及生物医药领域,具体涉及一种骨诱导抗菌镁合金及其制备方法与应用。
背景技术
人体骨头、关节、牙齿等硬组织是身体中极为重要的一部分,硬组织对身体起支撑和保护作用,因此,硬组织的健康对于人体的各项机能均具有重要意义。然而,人们常因运动损伤、疾病感染或先天性畸形等造成骨缺损或肢体不健全等各种硬组织损伤。硬组织植入是目前的主要治疗手段,早期的硬组织植入大多选用惰性金属,包括不锈钢、钛合金、钴基合金等,这些材料具有良好的强度和塑性,利于加工成型,不易腐蚀,然而这些材料无法降解,若长期植入可能释放有害离子(铬离子、镍离子等),有引发炎症、过敏等风险,因此,在骨愈合后需要通过二次手术取出,这不仅增加了风险,而且还增加了病人的经济负担。从20世纪50年代开始,可降解高分子和生物活性陶瓷材料开始受到人们关注,前者可在人体内降解从而避免二次手术,后者具有良好的生物相容性和骨诱导性,然而高分子材料的力学强度较低,难以满足承重部分骨修复的需求,同时其降解产物大多为酸性,会对周围组织产生刺激,引发炎症。而磷酸钙盐等生物活性陶瓷强度低、脆性大,使得其临床应用受到了限制。
从本世纪初开始,以镁合金为代表的新一代可降解材料备受关注,镁合金由于具有生物可降解、较好的力学性能及生物相容性,在硬组织植入方面越来越受到人们的关注,并得到了广泛研究。这类材料具有高比强度和比刚度,力学性能较高分子材料强度高,较陶瓷材料韧性好。除此之外,镁是人体必需的常量元素。相比于现有的不可降解金属材料,镁合金还具有更加接近于皮质骨的弹性模量,因此,将其作为硬组织植入物时可大大降低应力遮挡效应,更利于骨组织的愈合。但镁合金作为硬组织植入材料仍旧存在不足,比如降解速率不可控,进而影响力学及生物相容性。随着科技水平的提高,原材料、熔炼工艺、热加工技术以及表面工程上的突破,这一问题在逐步得到解决。然而,随着超级耐药菌的出现,生物镁合金材料不得不面临另一个棘手的问题,即骨植入物相关感染。此类感染的危害性极大,而如何解决这一问题变得十分迫切。通过合金化的方式加入具备抗菌功能的合金元素,为解决这一问题提供了一种新的思路。但过量具备抗菌性能的金属元素的加入势必会导致材料生物相容性的降低。通过添加一种生物相容性较好且具备骨诱导作用的金属元素对于平衡抗菌金属元素的负面效应十分重要。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是:提供一种既具有良好的抗菌性又具备较好的骨诱导性的抗菌镁合金。
本发明所要解决的第二个技术问题是:提供一种既具有良好的抗菌性又具备较好的骨诱导性的抗菌镁合金的制备方法。
本发明所要解决的第三个技术问题是:提供一种既具有良好的抗菌性又具备较好的骨诱导性的抗菌镁合金的应用。
为了解决上述第一个技术问题,本发明采用的技术方案为:一种骨诱导抗菌镁合金,所述骨诱导抗菌镁合金的化学组成及重量百分含量如下:
Ag 0.5-8.5%;
Sr 0.5-3.0%;
不可避免的杂质元素<0.05%;
镁余量。
优选地,所述骨诱导抗菌镁合金的化学组成及重量百分含量如下:
Ag 0.5-5.5%;
Sr 0.5-1.5%;
不可避免的杂质元素<0.05%;
镁余量。
优选地,所述骨诱导抗菌镁合金的化学组成及重量百分含量如下:
Ag 0.5-2.5%;
Sr 0.5-1.0%;
不可避免的杂质元素<0.05%;
镁余量。
本发明的有益效果在于:本发明方案通过在纯镁中以合金化的形式加入银元素,有效地赋予了镁合金在降解过程中的抗菌性能,可大大减少抗生素的使用量,同时避免植入物的相关感染;随着银元素含量的提高,则会导致羟基磷灰石的合成量下降,因此,本发明方案在掺入银的同时,掺入锶从而促进钙质的沉积;此外,本发明方案的镁合金细胞毒性低,且通过锶的加入可以大幅提升镁合金表面细胞生物矿化的能力;本发明方案的合金中不含钙,避免了常规方案中由于添加有钙元素导致其与银在熔炼降温过程中产生的钙银相及钙元素的区域成分偏析问题对镁合金降解的均匀性和降解形貌(如点蚀等)的影响。
为了解决上述第二个技术问题,本发明采用的技术方案为:一种上述骨诱导抗菌镁合金的制备方法,包括以下步骤:
S1、称量:称取制备所述镁合金的原材料,所述原材料包括纯镁、银原材料和锶原材料;
S2、熔炼:将纯镁在保护气氛下加热至700~720℃直至熔化,10~20min后升温至740~760℃后,加入银原材料,保温10~20min后将温度降至700~720℃,加入锶原材料,保温10~20min后,搅拌得到熔体;
S3、浇铸:静置10~15min后,将熔体浇铸到带有脱模剂的模具中,冷却后脱模得到铸造镁合金;
其中,所述银原材料包括纯银和/或Mg-Ag中间合金,所述锶原材料包括纯锶和/或Mg-Sr中间合金。
进一步地,所述制备方法还包括在熔炼前去除原材料表面的杂质的操作。
进一步地,所述保护气氛为在加热的装置中通入的保护气体,所述保护气体为氩气和六氟化硫的混合气体。
进一步地,所述步骤S3中的模具经预热处理,所述预热处理的温度为200~250℃。
进一步地,所述纯镁为纯度在99.99wt.%以上的镁;所述纯银为纯度在99.9wt.%以上的银;所述纯锶为纯度在99.9wt.%以上的锶。
进一步地,所述制备方法还包括对制得的镁合金进行热处理操作:将经过浇铸处理后的镁合金在保护气氛下于350~450℃下保温8~24h后迅速放入水中在60秒内降低至80℃以下即得。
本发明方案的有益效果在于:本发明制备方法操作简便,通过固溶热处理使镁合金材料在维持良好的生物相容性和可降解性的前提下,能够使更多的银最大限度地溶于镁基体中,并随着降解逐渐释放出来;本发明方案中的银元素含量较高(在0.5%以上),通常得到的铸态镁合金会存在较多的镁银相,使得镁合金的降解速率增加从而影响相容性和力学完整性,本发明方案通过固溶热处理的方法将银最大限度地固溶于α-Mg基体中,从而大大降低其降解速率;本发明方案还可通过对热处理(T4/T6)调控制得不同降解速率的合金,将经不同时效热处理后制得镁合金制备成植入材料时可以满足不同植入部位的降解速率需求。
为了解决上述第三个技术问题,本发明采用的技术方案为:一种上述骨诱导抗菌镁合金在硬组织植入材料的制备中的应用。
本发明方案的有益效果在于:将银加入镁中,使得合金具有良好的抗菌性能,通过将金属锶加入镁中使得其具有良好的骨诱导性能,因此,利用本发明方案制备骨修复材料,可使得其兼具良好的抗菌性能和骨诱导性,通过金属元素Ag和Sr的共同添加可以使得镁合金具备良好的抗菌性能(对大肠杆菌的抑菌率为95%~99%),从而防止镁合金表面细菌生物膜的形成,细胞存活率在90%以上,具有良好的促成骨性能(其表面所形成的细胞矿化结节的面积比在28%以上),制备成硬组织植入材料在硬组织植入修复治疗等领域具有良好的医用价值。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果,以下结合实施方式予以说明。
本发明实施例一为:一种骨诱导抗菌镁合金材料,其化学组成依照元素所占的比重分别为:Ag 0.5wt.%,Sr 0.5wt.%,其余为镁。合金中不可避免含有少量杂质元素,杂质元素的总比重<0.05wt.%。
上述骨诱导抗菌镁合金材料的制备方法,具体实施步骤如下:
步骤1称取原材料:
计算损耗率后,按照新型抗菌镁合金的化学组成配比称取纯度在99.99wt.%以上的纯镁、Mg-Ag中间合金和Mg-Sr中间合金(其中银的实收率为98%,锶的实收率为90%)。
步骤2去除表面杂质:
采用打磨和酸洗的办法去掉表面的氧化物和杂质元素,并在惰性气体保护的干燥箱(100℃)中干燥20分钟。
步骤3熔炼:
将纯镁放入具有保护气体的马弗炉中加热至700℃直至熔化,10分钟后,将炉内温度提高至750℃左右,向炉中加入Mg-Ag中间合金,保温10分钟后将温度降至720℃,加入Mg-Sr中间合金,保温10分钟后充分搅拌。
步骤4浇铸:
静置15分钟后去除表面杂质,将熔体浇铸到带有脱模剂的预热到200℃的钢质模具中,自然冷却至室温后脱模得到铸态镁合金。
步骤5热处理:
将铸态镁合金放入预先升温至350℃的箱式电阻炉中,炉中通入保护气体,保温8小时,确保大部分银固溶进镁基体中。
本发明实施例二为:一种骨诱导抗菌镁合金材料,其化学组成依照元素所占的比重分别为:Ag 2.5wt.%,Sr 1.0wt.%,其余为镁。合金中不可避免含有少量杂质元素,杂质元素的总比重<0.05wt.%。
上述骨诱导抗菌镁合金材料的制备方法,具体实施步骤如下:
步骤1称取原材料:
计算损耗率后,按照新型抗菌镁合金的化学组成配比称取纯度在99.99wt.%以上的纯镁、Mg-Ag中间合金和Mg-Sr中间合金。
步骤2去除表面杂质:
采用打磨和酸洗的办法去掉表面的氧化物和杂质元素,并在惰性气体保护的干燥箱(150℃)中充分干燥15分钟。
步骤3熔炼:
将纯镁放入具有保护气体的马弗炉中加热至720℃直至熔化,5分钟后,将炉内温度提高至750℃左右,向炉中加入Mg-Ag中间合金,保温10-20分钟后将温度降至710℃,加入Mg-Sr中间合金或者金属锶,保温15分钟后充分搅拌。
步骤4浇铸:
静置10分钟后去除表面杂质,将熔体浇铸到带有脱模剂的预热到250℃的钢质模具中,自然冷却至室温后脱模得到铸态镁合金。
步骤5热处理:
将铸态镁合金放入预先升温至400℃的箱式电阻炉中,炉中通入保护气体,保温10小时,确保大部分银固溶进镁合金中。
本发明实施例三为:一种骨诱导抗菌镁合金材料,其化学组成依照元素所占的比重分别为:Ag 5.5wt.%,Sr 1.5wt.%其余为镁。合金中不可避免含有少量杂质元素,杂质元素的总比重<0.05wt.%。
上述骨诱导抗菌镁合金材料的制备方法,具体实施步骤如下:
步骤1称取原材料:
计算损耗率后,按照新型抗菌镁合金的化学组成配比称取纯度在99.99wt.%的镁、纯度在99.9wt.%以上的银和锶(其中银的实收率为95%,锶的实收率为80%)。
步骤2去除表面杂质:
采用打磨和酸洗的办法去掉表面的氧化物和杂质元素,并在惰性气体保护的干燥箱(200℃)中充分干燥10分钟。
步骤3熔炼:
将纯镁放入具有保护气体的马弗炉中加热至700℃直至熔化,5分钟后,将炉内温度提高至750℃左右,向炉中加入纯银,保温15分钟后将温度降至720℃,加入金属锶,保温15分钟后,充分搅拌。
步骤4浇铸:
静置10分钟后去除表面杂质,将熔体浇铸到带有脱模剂的预热到200℃钢质模具中,自然冷却至室温后脱模得到铸态镁合金。
步骤5热处理:
将铸态镁合金放入预先升温至在420℃的箱式电阻炉中,炉中通入保护气体,保温15小时,确保大部分银固溶进镁合金中。
本发明实施例四为:一种新型的骨诱导抗菌镁合金材料,其化学组成依照元素所占的比重分别为:Ag 8.5wt.%,Sr 3.0wt.%,其余为镁。合金中不可避免含有少量杂质元素,杂质元素的总比重<0.05wt.%。
上述骨诱导抗菌镁合金材料的制备方法,具体实施步骤如下:
步骤1称取原材料:
计算损耗率后,按照新型抗菌镁合金的化学组成配比称取纯度在99.99wt.%的镁、纯度在99.9wt.%以上的银和锶;
步骤2去除表面杂质:
采用打磨和酸洗的办法去掉表面的氧化物和杂质元素,并在惰性气体保护的干燥箱(300℃)中充分干燥10分钟。
步骤3熔炼:
将纯镁放入具有保护气体的马弗炉中加热至720℃直至熔化,10分钟后,将炉内温度提高至750℃左右,向炉中加入纯银,保温20分钟后将温度降至720℃,加入金属锶,保温20分钟后,充分搅拌。
步骤4浇铸:
静置15分钟后去除表面杂质,将熔体浇铸到带有脱模剂的预热到250℃钢质模具中,自然冷却至室温后脱模得到铸态镁合金。
步骤5热处理:
将铸态镁合金放入预先升温至450℃的箱式电阻炉中,炉中通入保护气体,保温24小时,确保大部分银固溶进镁合金中。
对本发明实施例1-4得到的骨诱导抗菌镁合金进行抗菌性测试,根据国标GB/T16886.12-2005样品制备与参照样品标准,通过在浸泡环境(0.2g/mL)下的直接接触法和浸提液法,测试了本发明实施例1-4的抗菌镁合金对大肠杆菌的杀菌率。
根据国标GB/T 16886.5-2003进行体外细胞毒性试验标准,评价了本发明实施例1~4制得的镁合金对人成骨肉瘤细胞(Sao’s-2)的细胞毒性。同时,还通过四环素法染色,依照标准操作流程对人成骨肉瘤细胞进行矿化结节染色并计算面积百分比。
杀菌率、细胞毒性及矿化结节测定结果如下表1所示:
表1各实施例的镁合金的抗菌和骨诱导性能测试结果
Figure BDA0002140376200000091
由上表1可知,本发明实施例制得的骨诱导抗菌镁合金随银含量提高具有较高的杀菌率,同时无潜在细胞毒性或者具有低细胞毒性和较高细胞存活率,能够促进生物矿化。
对实施例3中的镁合金进行时效热处理(T6)效果验证,具体为在250℃下保温5min、10min、30min、60min和90min后,根据国标GBT_16886.12-2005样品制备与参照样品标准,根据公式计算其在模拟生理条件下浸泡一周的降解速率(MDR),计算公式如下式所示:
Figure BDA0002140376200000092
其中,Δg为失重重量(g),A为试样与溶液接触的表面积(cm2),t为浸泡时间(h),ρ为密度(g/cm3)
测试结果如下表2所示:
表2为对实施例3进行时效热处理后的降解速率
Figure BDA0002140376200000093
从上表可以看出通过对热处理时间的调控(T4/T6)可以有效地调控该骨诱导抗菌镁合金植入材料的降解速率,从而满足不同植入部位的降解速率需求。经过固溶热处理(T4),大部分银原子被固溶于镁基体中,大大降低了其降解速率,仅在镁合金降解过程中释放,由于尺寸效应,其可以迅速转变成银离子并有效作用于细菌。本发明方案先将化学性质相对不活泼的银,然后加入化学性质活泼的纯锶或镁锶中间合金,避免过早加锶导致其在熔炼过程中实收率不高(约75~80%,由于锶的化学性质活泼,随着熔炼时间的延长其实收率逐渐下降,消耗掉锶以氧化物夹杂的形式存在于镁合金中,导致镁合金的质量降低),本发明方案的加料顺序使得锶的损耗下降的同时,还避免了锶以氧化物的形式加杂在合金中,降低了杂质含量。
金属银是生物体内常见的一种元素且少量银不会对人体造成损害。单纯的金属银和银的化合物不具备杀菌效果。但金属银或者其化合物释放的银离子具有强效的杀菌作用。其主要机理为:银离子能够与蛋白酶中带负电的硫醇基(-SH)结合,能够吸附在细菌的表面并进入细菌内部,干扰与呼吸和物质传输相关的DNA的表达,使细菌衰竭死亡。此外,高氧化态银的还原势极高,足以使其周围空间产生原子氧,而原子氧具有强氧化性可以杀菌。
金属锶是人体必需的微量元素之一,与骨骼的形成密切相关。人体内绝大部分的锶存在于骨骼中,是骨骼和牙齿矿化过程中不可缺少的微量元素。研究表明,锶可以调节骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化,并促进骨基质蛋白的合成和沉淀,因此,锶对成骨细胞分化和骨生成具有促进作用。
上述实施例中的保护气体为氩气和六氟化硫的混合气体。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换,或直接或间接运用在相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种骨诱导抗菌镁合金的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1、称量:称取制备所述镁合金的原材料,所述原材料包括纯镁、银原材料和锶原材料;
S2、熔炼:将纯镁在保护气氛下加热至700~720℃直至熔化,10~20min后升温至740~760℃后,加入银原材料,保温10~20min后将温度降至700~720℃,加入锶原材料,保温10~20min后,搅拌得到熔体;
S3、浇铸:静置10~15min后,将熔体浇铸到带有脱模剂的模具中,冷却后脱模得到所述镁合金;
所述方法还包括对所述镁合金在250℃下时效处理T6,T6处理时间为5、10、30、60或90min;
其中,所述步骤S3中的模具经预热处理,所述预热处理的温度为200~250℃;将经过浇铸处理后的镁合金在保护气氛下于350~450℃下保温8~24h后即得;
所述银原材料包括纯银和/或Mg-Ag中间合金,所述锶原材料包括纯锶和/或Mg-Sr中间合金;
所述骨诱导抗菌镁合金的化学组成及重量百分含量如下:Ag 0.5-8.5%;
Sr 0.5-3.0%;
不可避免的杂质元素<0.05%;
镁 余量。
2.根据权利要求1所述的骨诱导抗菌镁合金的制备方法,其特征在于:所述骨诱导抗菌镁合金的化学组成及重量百分含量如下:
Ag 0.5-5.5%;
Sr 0.5-1.5%;
不可避免的杂质元素<0.05%;
镁 余量。
3.根据权利要求2所述的骨诱导抗菌镁合金的制备方法,其特征在于:所述骨诱导抗菌镁合金的化学组成及重量百分含量如下:
Ag 0.5-2.5%;
Sr 0.5-1.0%;
不可避免的杂质元素<0.05%;
镁 余量。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:还包括在熔炼前去除原材料表面的杂质的操作。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述保护气氛为在加热的装置中通入的保护气体,所述保护气体为氩气和六氟化硫的混合气体。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述纯镁为纯度在99.99wt.%以上的镁;所述纯银为纯度在99.9wt.%以上的银;所述纯锶为纯度在99.9wt.%以上的锶。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112981200B (zh) * 2021-02-08 2021-11-16 吉林大学 一种高密度亚结构镁合金、制备方法及其应用
CN113444943A (zh) * 2021-06-22 2021-09-28 西安理工大学 一种具有抗菌、骨细胞增殖功能的镁合金及制备方法
CN113684407A (zh) * 2021-08-30 2021-11-23 东莞理工学院 一种可降解Mg-Zn-Sr-Ag系镁合金及其制备方法与应用
CN114086045A (zh) * 2021-10-11 2022-02-25 北京理工大学 一种降解速率可控的医用镁银合金的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012003502A2 (en) * 2010-07-02 2012-01-05 University Of Florida Research Foundation, Inc. Bioresorbable metal alloy and implants made of same
CN103120805A (zh) * 2013-02-04 2013-05-29 中国科学院金属研究所 一种生物医用可降解镁合金的生物活性表面涂层及制备
CN104818414A (zh) * 2015-03-19 2015-08-05 中国科学院金属研究所 一种具有多孔结构的金属植骨材料及其制备和应用
CN107435113A (zh) * 2017-07-10 2017-12-05 太原理工大学 一种在生物体内可降解的高强韧耐腐蚀骨科用镁合金及其制备方法
CN109652768A (zh) * 2017-10-10 2019-04-19 中国科学院金属研究所 一种医用植入材料用镁-锶涂层及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012003502A2 (en) * 2010-07-02 2012-01-05 University Of Florida Research Foundation, Inc. Bioresorbable metal alloy and implants made of same
CN103120805A (zh) * 2013-02-04 2013-05-29 中国科学院金属研究所 一种生物医用可降解镁合金的生物活性表面涂层及制备
CN104818414A (zh) * 2015-03-19 2015-08-05 中国科学院金属研究所 一种具有多孔结构的金属植骨材料及其制备和应用
CN107435113A (zh) * 2017-07-10 2017-12-05 太原理工大学 一种在生物体内可降解的高强韧耐腐蚀骨科用镁合金及其制备方法
CN109652768A (zh) * 2017-10-10 2019-04-19 中国科学院金属研究所 一种医用植入材料用镁-锶涂层及其制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANTIBACTERIAL BIODEGRADABLE Mg-Ag ALLOYS;Di Tie et al.;《European Cells and Materials》;20131231;第25卷;第284页 *
Influence of the Microstructure and Silver Content on Degradation, Cytocompatibility, and Antibacterial Properties of Magnesium-Silver Alloys In Vitro;zhidan Liu et al.;《Oxidative Medicine and Cellular Longevity》;20170622;第2、4页 *
The effect of osteoblasts on the surface oxidation processes of biodegradable Mg and Mg-Ag alloys studied by synchrotron IR microspectroscopy;Nezha Ahmad Agha et al.;《Materials Science & Engineering C》;20180605;第659-668页 *
骨植入用新型可降解镁合金材料设计及生物医学功能研究;刘辰;《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》;20170615(第06期);第15、16、111、112页 *

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