CN110468303A - 一种医用磁热疗铜镍合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种医用磁热疗铜镍合金及其制备方法，其原料配方组成为其原料配方组成为：15‑25％的Cu、50‑60％的Ni、0.05‑0.08％的Sn、1‑1.3％的Fe、0.01‑0.015％的B、0.01‑0.02％的Li；制备时，先将Cu、Ni、Fe原料碾磨，真空熔炼，降温到，加入Sn、B和Li，电磁搅拌均匀，水冷至室温，得到合金锭；将合金锭车削成细屑后粉碎得到合金粉；挤压成型后真空烧结；均质化处理。本发明制作的铜镍合金晶粒细小且均匀，可用于肿瘤的热疗，其加工成的磁感应热籽材料致密性良好，在交变磁场内产热能力强且热分布均匀，还保留了磁感应热籽自控温特性和良好的生物相容性。

Description

一种医用磁热疗铜镍合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及医疗用合金领域，具体涉及一种医用磁热疗铜镍合金及其制备方法，该合金可用于制作磁感应热籽，该磁感应热籽可用于肿瘤的治疗。
背景技术
癌症已成为中国公民死亡的第一大原因恶性肿瘤已经成为严重威胁人类生命的重大疾病。虽然传统的癌症治疗方法(外科手术、放疗和化疗)具有一定的疗效，但外科手术主要适用于早期癌症患者，通常会给患者带来疼痛，且术后易扩散，而放疗和化疗又具有明显的毒副作用；因此发展绿色、安全、高效的癌症新疗法是十分必要的。医学研究表明，由于肿瘤组织血管生长畸形、结构紊乱，毛细血管受压并有血窦形成，受热致使肿瘤部位温度高于邻近正常组织3～5℃，肿瘤细胞的DNA，RNA及蛋白质合成会受到抑制，瘤的增殖并导致细胞死亡；还能影响肿瘤细胞生物膜的状态和功能，达到提高放化疗疗效的作用；同时此过程还可以激活抗肿瘤免疫系统，因此肿瘤的局部加热方法有很好的治疗效果。
肿瘤磁感应加温治疗是近年来兴起的一项新型肿瘤治疗技术。它利用定位导入肿瘤靶区的磁性介质在交变磁场下的涡流损耗和磁滞损耗产热，对恶性肿瘤实施磁介导加温治疗。但目前还有一些关键问题需要进一步解决，磁性介质材料的产热性能，材质均匀性和致密性还没有得到很好的实现。
中国实用新型专利CN201719699U公开一种医用磁感应热籽；包括热籽主体和包覆于所述热籽主体外表面的包裹层，所述热籽主体为圆柱体，该圆柱体的长度和横截面直径的尺寸比例为4∶1～10∶1。该技术仅把普通的铜镍合金通过切割、打磨、镀金、超声清洗等加工工序，并没有铜镍合金的制造工艺，这很可能导致合金在加工过程中组分不均匀，从而导致磁感应热籽在交变磁场中升温时温度分布不均匀，进而导致肿瘤的温度分布不均匀、治疗时间过长等不良治疗效果。文献(Wang H,Wu J,Zhuo Z,et al.A three-dimensionalmodel and numerical simulation regarding thermoseed mediated magneticinduction therapy conformal hyperthermia[J].Technology and Health Care,2016,24(s2):S827-S839.)用磁感应热籽在频率为115kHZ，磁感应强度为0.012T，电流50A条件下模拟肿瘤治疗过程中，热籽温度和肿瘤温度均升温稍慢，大约要30分钟才可以达到治疗所需的温度，这将导致治疗时间的延长，增加病人痛苦。该文献中仅对普通铜镍合金进行形状上的加工，并没有对合金的制造工艺进行深入探究，这将导致合金的致密性、均匀性得不到保证，从而可能会导致这种不良影响。
发明内容
针对现有技术磁性介质材料的产热性能，材质均匀性和致密性还没有得到很好的实现等问题，本发明提供了一种致密性良好，在交变磁场内产热迅速且热分布均匀，同时还保留了磁感应热籽自控温特性和良好的生物相容性特点的医用磁热疗铜镍合金及其制备方法。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种医用磁热疗铜镍合金，按原料质量百分比计，其原料配方组成为：15-25％的Cu、50-60％的N i、0.05-0.08％的Sn、1-1.3％的Fe、0.01-0.015％的B、0.01-0.02％的Li；制备该医用磁热疗铜镍合金时，先将Cu、Ni、Fe原料碾磨，在1450-1550℃真空熔炼，降温到1200-1350℃，加入Sn、B和Li，电磁搅拌均匀，将合金液浇注至模具中，迅速水冷至室温，得到合金锭；将合金锭车削成细屑后粉碎得到合金粉；挤压成型后真空烧结；均质化处理。
所述的医用磁热疗铜镍合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)将配方中的Cu、Ni、Fe加入保护液中，通入氮气球磨搅拌均匀；
(2)将搅拌均匀的混合粉末投入高温感应炉，设定温度1450-1550℃，通入氮气作为保护气，控制高温感应炉压强为200-350Pa，进行真空熔炼并保温；随后将温度降低到1200-1350℃，加入Sn、B和Li，并电磁搅拌均匀后，将合金液浇注至模具中，迅速水冷至室温，得到合金锭；
(3)将合金锭车削成细屑后粉碎得到合金粉；
(4)将所述的合金粉置于挤压模具中，通入氮气作为保护气，挤压成型，得铜镍合金材料；
(5)对所述的铜镍合金材料进行真空烧结，分三阶段进行，先以300-330℃的温度烧结40-50s，然后以610-660℃的温度烧结30-40s，再以920-970℃的温度烧结20-30s；
(6)对烧结后的铜镍合金材料在800-850℃下保温4-6h，进行均质化处理，冷却，得到磁热籽医用铜镍合金。
为进一步实现本发明目的，优选地，所述的保护液为无水乙醇。
优选地，所述的无水乙醇加入量为Cu质量的10-60％。
优选地，所述的球磨的转速范围为公转50-70rpm，自转100-120rpm；所述的球磨的方式为每球磨40-70min停机15-25min，一共球磨4-5h。
优选地，所述的保温得的时间为60-80min。
优选地，所述的电磁搅拌的转速范围为1800-2100rpm。
优选地，所述的合金粉的粒径范围为10-20μm。
优选地，所述的挤压成型通过挤压机进行，加压机的挤压压力控制为1300-1450MPa，真空度控制在0.1-0.01Pa。
本发明Cu、Ni：Cu的加入可以降低Ni的居里点，使合金的居里点维持在50-80℃左右，有利于肿瘤治疗时的温度控制。铜镍合金中加入适量的Sn可以增强合金的均匀性和致密性，这是由于其在铜基体中固溶度小、扩散速率快以及与空位之间的结合能力较强所致。使得合金在交变磁场中产热分布更均匀，Sn的质量百分比优选为0.05-0.08％。本发明B有利于改善合金的湿润性，有利于提升铜镍合金的加工性能，减轻了铜镍合金在被加工成热籽时合金表面层受到的影响，本发明B的量优选为0.01-0.015％。本发明Fe有利于细化合金晶粒，提高合金的耐腐蚀性，本发明Fe的量优选为1.7-1.9％。本发明配方中加入Li等稀有金属，改善了材料的金相结构和铸态组织，增强了材料的致密性和促进基体结合，有利于细化晶粒。本发明Li的用量优选为0.01-0.02％。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
1)本发明医用磁热疗铜镍合金配方使得产品具有良好的相对磁导率和合适的居里温度，在交变磁场内产热迅速且热分布均匀，在肿瘤模拟热疗过程中可以快速到达治疗所需的温度，减少治疗时间。
2)本发明合金粉料在保证合金锭具有良好的成型性前提下，还使得所得材料金相组织孔隙和夹杂含量不高，且分布比较均匀，因此合金材料致密度较高、材质分布较均匀。
3)本发明把合金在冷水中冷却到室温，合金液得以快速冷却，合金在高温阶段停留的时间短，合金元素来不及扩散，从而得到细化组织，降低偏析的效果。
4)热籽外表面镀金可以阻断金属与人体体液之间的化学反应，镀金层具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，保证了医用磁感应热籽植入体内的安全性。
5)本发明通过产生的电磁力，打断枝晶梢成为等轴晶核，使晶粒细化形成细密的等轴晶，可提高铸坯的等轴晶率，得到良好凝固组织的铸坯，从而改善产品性能。
附图说明
图1、2、3分别为实施例1、2、3合金的金相组织图；
图4、5、6分别为实施例1、2、3所得材料的合金加工成的热籽的相对磁导率u的函数图；
图7、8、9分别为实施例1、2、3所得材料的合金加工成的热籽在肿瘤热疗模拟中温度曲线图；
图10、11、12分别为所得材料的合金加工成的热籽在肿瘤热疗模拟中温度场分布图；
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限如此。
实施例1
一种医用磁热疗铜镍合金的制备方法，包括如下步骤：
1)按原料质量百分比计，将28.2％Cu、70％Ni、1.7％Fe和无水乙醇(无水乙醇不在组成原料中，无水乙醇与铜的质量比为1:5)放入行星式球磨机进行球磨，调节机器转速为公转60rpm，自转110rpm，为防止氧化需通入氮气作为保护气，每球磨45min停机20min，一共球磨4h，烘干后得到合金粉末(粒径为16μm左右)；
2)将搅拌均匀的混合粉末投入高温感应炉，设定温度1480℃，通入氮气作为保护气，使感应炉压强为260Pa，进行真空熔炼并保温65min；随后将温度降低到1250℃，按原料质量百分比计，加入0.07％Sn、0.01％B和0.02％Li，并电磁搅拌45min(转速为1900rpm)，待成分均匀后，将合金液浇注至模具中，迅速水冷至室温，得到合金锭；
3)将合金锭车削成细屑后粉碎得到合金粉并置于挤压模具中，通过挤压机挤压成型，挤压过程中为了防止金属被氧化，通入氮气作为保护气，设定挤压压力为1330MPa，真空度0.05Pa；
4)对挤压完成后的铜镍合金材料进行真空烧结，分三阶段进行，先以310℃的温度烧结40s，然后以630℃的温度烧结35s，再以960℃的温度烧结30s。
5)对上述铜镍合金材料进行均质化处理，在830℃下保温4h，经冷却即可得到用于制作磁感应热籽的铜镍合金。
取直径12mm，高为10mm的该实施例制成的铜镍合金的圆柱体为金相制样，依次经过打磨、抛光、化学浸蚀、水洗、无水酒精洗、风干后，用上海中研仪器制造厂生产的6XC-ST金相显微图像分析系统分析得到该实施例的金相组织图1。图中黑色点状与不规则洞穴为孔隙，极少量灰色点状、块状为Fe、Sn夹杂，另有少量条状为自由石墨。此金相组织孔隙、夹杂含量不高，且分布比较均匀，证明该实施例制成的合金材料致密度较高、材质分布较均匀。
参照(唐劲天.医用磁感应热籽[P].中国专利:CN201719699U,2011-01-26.)的方法，依次经过切割、打磨把该材料加工成医用磁感应热籽。热籽为圆柱体，其底面直径为1mm，高为1.5cm。随后对热籽表面进行镀金，其工艺流程为：脱脂(去除表面油污)、酸洗(吸取表面氧化物及脏物)、电镀、镀后处理(超声清洗，干燥)。镀金层可以阻断金属与人体体液之间的化学反应，具有良好的生物相容性和耐腐蚀性(夏启胜,刘轩,李红艳,等.热籽感应加温治疗肿瘤的实验与临床研究进展[J].中华物理医学与康复杂志,2005,27(6):380-382.)，保证了医用磁感应热籽植入体内的安全性。
用长沙天恒测控技术有限公司生产的TD9450居里温度测试仪测得该材料的居里点为66℃，满足治疗所需要的50-80℃范围。采用美国QD公司生产的MPMS-XL7磁学测量系统测得300K、0.004T、3200A/m下该热籽的相对s磁导率u0为343。可根据公式(蔡东阳,曹欣荣,卓子寒,et al.磁感应热疗植入热籽产热功率分析与实验验证[J].清华大学学报(自然科学版),2012(12):1741-1745.)用COMSOLMultiphysics模拟软件绘制得到图4。式中T为热籽的温度，Tc为热籽的居里温度，u(T)为热籽随温度变化的相对磁导率。该图表明该热籽的相对磁导率u随着热籽温度的升高不断降低，当温度接近热籽居里温度339K时，相对磁导率为接近1，此时热籽由铁磁性变成顺磁性，此时加热功率为0，温度不再继续升高，体现了热籽的自控温特性。
用美国DSC差式扫描量热仪(型号:DSC Q2000)测得该热籽的比热容为445J/(kg*℃),用COMSOL Multiphysics模拟软件对该热籽进行磁感应加热模拟。设置模拟的条件为：磁场方向与热籽轴向方向平行，频率为70kHZ，磁感应强度为0.01T，电流40A，模拟时间为4000s，得到图7及图10。从图7可以看出，热籽温度在1000s之前呈迅速升温趋势，1300s之后升温速率显著变慢，1400s左右时热籽温度已经升到测量的居里温度值66℃附近，之后温度逐渐趋于稳定。肿瘤边缘温度在1500s之前都呈匀速升温趋势，在1100s左右达到42℃，随后逐渐稳定到44℃左右。由于其热量是从内部热籽产生从而向肿瘤传输，所以肿瘤边界以内即肿瘤组织的温度一定大于42℃，满足肿瘤热疗的温度范围。因此只需使肿瘤边缘温度达到42℃以上并维持一段时间便可达到杀死肿瘤的目的。相比文献(Wang H,Wu J,Zhuo Z,etal.A three-dimensional model and numerical simulation regarding thermoseedmediated magnetic induction therapy conformal hyperthermia[J].Technology andHealth Care,2016,24(s2):S827-S839.)在频率为115kHZ，磁感应强度为0.012T，电流50A条件下的模拟而言，该实施例加工成的热籽在模拟中加热升温到居里温度附近的时间提前了大约5min；同时，肿瘤边界达到肿瘤治疗条件温度42℃的时间提前了大约10min，这表明该实施例加工成的热籽产热更为迅速，产热性能良好，较短的时间内就可以把热量传递给肿瘤组织，这样可以使治疗过程的肿瘤预热阶段(37℃-42℃)所需的时间大大缩短，迅速提前到热疗阶段(42℃-45℃)，从而减少整个治疗过程所需要的时间。由于治疗过程中是将热籽植入病人体内，所以滞留时间越少，病人受到的痛苦越少。因此，用此热籽进行肿瘤热疗可以显著减少病人的痛苦。这表明该实施例加工成的热籽产热更为迅速，产热性能良好，较短的时间内就可以把热量传递给肿瘤组织，从而可以减少治疗时间，减少病人痛苦。
图7是整个模拟过程中的热籽温度和肿瘤边界温度的温升曲线图，图10是图7在1100s时刻时的肿瘤温度场分布图，图10可以更为直观的描述此时刻的肿瘤各个部位的温度情况。图10为加热过程中1100s时刻肿瘤的温度场分布图，之所以取1100s是因为在此时刻肿瘤边界温度已经达到42℃以上，随后边界温度继续升高并最终稳定在44℃左右。从图10可以看出其温度场分布非常均匀，以热籽长轴为中心呈轴对称分布，由内向外温度依次降低，证明用其热籽进行肿瘤热疗肿瘤内部不会出现过冷点或过热点，这无疑更加保证了治疗的安全性。
实施例2
一种医用磁热疗铜镍合金的制备方法，包括如下步骤：
1)按原料质量百分比计，将25.1％Cu、73％Ni、1.8％Fe和无水乙醇(无水乙醇不在组成原料中，无水乙醇与铜的质量比为1:5)放入行星式球磨机进行球磨，调节机器转速为公转55rpm，自转115rpm，为防止氧化需通入氮气作为保护气，每球磨50min停机30min，一共球磨4h，烘干后得到合金粉末(粒径为12μm左右)；
2)将搅拌均匀的混合粉末投入高温感应炉，设定温度1530℃，通入氮气作为保护气，使感应炉压强为220Pa，进行真空熔炼并保温70min；随后将温度降低到1300℃，按原料质量百分比计，加入0.08％Sn、0.01％B和0.01％Li，并电磁搅拌55min(转速为2050rpm)，待成分均匀后，将合金液浇注至模具中，迅速水冷至室温，得到合金锭；
3)将合金锭车削成细屑后粉碎得到合金粉并置于挤压模具中，通过挤压机挤压成型，挤压过程中为了防止金属被氧化，通入氮气作为保护气，设定挤压压力为1380MPa，真空度0.03Pa；
4)对挤压完成后的铜镍合金材料进行真空烧结，分三阶段进行，先以310℃的温度烧结50s，然后以650℃的温度烧结30s，再以930℃的温度烧结25s。
5)对上述铜镍合金材料进行均质化处理，在800℃下保温5h，经冷却即可得到用于制作磁感应热籽的铜镍合金。
取直径12mm，高为10mm的该实施例制成的铜镍合金的圆柱体为金相制样，依次经过打磨、抛光、化学浸蚀、水洗、无水酒精洗、风干后，用上海中研仪器制造厂生产的6XC-ST金相显微图像分析系统分析得到该实施例的金相组织图2。图中黑色点状与不规则洞穴为孔隙，极少量灰色点状、块状为Fe、Sn夹杂，另有少量条状为自由石墨。此金相组织孔隙、夹杂含量不高，且分布比较均匀，证明该实施例制成的合金材料致密度较高、材质分布较均匀。
参照(唐劲天.医用磁感应热籽[P].中国专利:CN201719699U,2011-01-26.)的方法，依次经过切割、打磨把该材料加工成医用磁感应热籽。热籽为圆柱体，其底面直径为1mm，高为1.5cm。随后对热籽表面进行镀金，其工艺流程为：脱脂(去除表面油污)、酸洗(吸取表面氧化物及脏物)、电镀、镀后处理(超声清洗，干燥)。镀金层可以阻断金属与人体体液之间的化学反应，具有良好的生物相容性和耐腐蚀性(夏启胜,刘轩,李红艳,等.热籽感应加温治疗肿瘤的实验与临床研究进展[J].中华物理医学与康复杂志,2005,27(6):380-382.)，保证了医用磁感应热籽植入体内的安全性。
用长沙天恒测控技术有限公司生产的TD9450居里温度测试仪测得该材料的居里点为71℃，满足治疗所需要的50-80℃范围。采用美国QD公司生产的MPMS-XL7磁学测量系统测得300K、0.004T、3200A/m下该热籽的相对磁导率u0为355。可根据公式(蔡东阳,曹欣荣,卓子寒,et al.磁感应热疗植入热籽产热功率分析与实验验证[J].清华大学学报(自然科学版),2012(12):1741-1745.)用COMSOL Multiphysics模拟软件绘制得到图4。式中T为热籽的温度，Tc为热籽的居里温度，u(T)为热籽随温度变化的相对磁导率。该图表明该热籽的相对磁导率u随着热籽温度的升高不断降低，当温度接近热籽居里温度344K时，相对磁导率为接近1，此时热籽由铁磁性变成顺磁性，此时加热功率为0，温度不再继续升高，体现了热籽的自控温特性。
用美国DSC差式扫描量热仪(型号:DSC Q2000)测得该热籽的比热容为453J/(kg*℃),用COMSOL Multiphysics模拟软件对该热籽进行磁感应加热模拟。设置模拟的条件为：磁场方向与热籽轴向方向平行，频率为75kHZ，磁感应强度为0.012T，电流40A，模拟时间为4000s，得到图8及图11。从图8可以看出，热籽温度在1000s之前呈迅速升温趋势，1200s之后升温速率显著变慢，1500s左右时热籽温度已经升到测量的居里温度值71℃附近，之后温度逐渐趋于稳定。肿瘤边缘温度在1400s之前都呈匀速升温趋势，在1000s左右达到42℃，随后逐渐稳定到44℃左右。由于其热量是从内部热籽产生从而向肿瘤传输，所以肿瘤边界以内即肿瘤组织的温度一定大于42℃，满足肿瘤热疗的温度范围。因此只需使肿瘤边缘温度达到42℃以上并维持一段时间便可达到杀死肿瘤的目的。相比文献(Wang H,Wu J,Zhuo Z,etal.A three-dimensional model and numerical simulation regarding thermoseedmediated magnetic induction therapy conformal hyperthermia[J].Technology andHealth Care,2016,24(s2):S827-S839.)在频率为115kHZ，磁感应强度为0.012T，电流50A条件下的模拟而言，该实施例加工成的热籽在模拟中加热升温到居里温度附近的时间提前了大约5min；同时，肿瘤边界达到肿瘤治疗条件温度42℃的时间提前了大约11min，这表明该实施例加工成的热籽产热更为迅速，产热性能良好，较短的时间内就可以把热量传递给肿瘤组织，这样可以使治疗过程的肿瘤预热阶段(37℃-42℃)所需的时间大大缩短，迅速提前到热疗阶段(42℃-45℃)，从而减少整个治疗过程所需要的时间。由于治疗过程中是将热籽植入病人体内，所以滞留时间越少，病人受到的痛苦越少。因此，用此热籽进行肿瘤热疗可以显著减少病人的痛苦。这表明该实施例加工成的热籽产热更为迅速，产热性能良好，较短的时间内就可以把热量传递给肿瘤组织，从而可以减少治疗时间，减少病人痛苦。
图8是整个模拟过程中的热籽温度和肿瘤边界温度的温升曲线图，图11是图8在1000s时刻时的肿瘤温度场分布图，图11可以更为直观的描述此时刻的肿瘤各个部位的温度情况。图11为加热过程中1000s时刻肿瘤的温度场分布图，之所以取1000s是因为在此时刻肿瘤边界温度已经达到42℃以上，随后边界温度继续升高并最终稳定在44℃左右。从图11可以看出其温度场分布非常均匀，以热籽长轴为中心呈轴对称分布，由内向外温度依次降低，证明用其热籽进行肿瘤热疗肿瘤内部不会出现过冷点或过热点，这无疑更加保证了治疗的安全性。
实施例3
一种医用磁热疗铜镍合金的制备方法，包括如下步骤：
1)按原料质量百分比计，将26.3％Cu、71.7％Ni、1.9％Fe和无水乙醇(无水乙醇不在组成原料中，无水乙醇与铜的质量比为1:5)放入行星式球磨机进行球磨，(调节机器转速为公转65rpm，自转105rpm)为防止氧化需通入氮气作为保护气，每球磨40min停机15min，一共球磨5h，烘干后得到合金粉末(粒径为15μm左右)；
2)将搅拌均匀的混合粉末投入高温感应炉，设定温度1500℃，通入氮气作为保护气，使感应炉压强为300Pa，进行真空熔炼并保温80min；随后将温度降低到1340℃，按原料质量百分比计，加入0.065％Sn、0.015％B和0.02％Li，并电磁搅拌60min(转速为1850rpm)，待成分均匀后，将合金液浇注至模具中，迅速水冷至室温，得到合金锭；
3)将合金锭车削成细屑后粉碎得到合金粉并置于挤压模具中，通过挤压机挤压成型，挤压过程中为了防止金属被氧化，通入氮气作为保护气，设定挤压压力为1410MPa，真空度0.01Pa；
4)对挤压完成后的铜镍合金材料进行真空烧结，分三阶段进行，先以330℃的温度烧结45s，然后以640℃的温度烧结40s，再以970℃的温度烧结20s。
5)对上述铜镍合金材料进行均质化处理，在820℃下保温6h，经冷却即可得到用于制作磁感应热籽的铜镍合金。
取直径12mm，高为10mm的该实施例制成的铜镍合金的圆柱体为金相制样，依次经过打磨、抛光、化学浸蚀、水洗、无水酒精洗、风干后，用上海中研仪器制造厂生产的6XC-ST金相显微图像分析系统分析得到该实施例的金相组织图3。图中黑色点状与不规则洞穴为孔隙，极少量灰色点状、块状为Fe、Sn夹杂，另有少量条状为自由石墨。此金相组织孔隙、夹杂含量不高，且分布比较均匀，证明该实施例制成的合金材料致密度较高、材质分布较均匀。
参照(唐劲天.医用磁感应热籽[P].中国专利:CN201719699U,2011-01-26.)的方法，依次经过切割、打磨把该材料加工成医用磁感应热籽。热籽为圆柱体，其底面直径为1mm，高为1.5cm。随后对热籽表面进行镀金，其工艺流程为：脱脂(去除表面油污)、酸洗(吸取表面氧化物及脏物)、电镀、镀后处理(超声清洗，干燥)。镀金层可以阻断金属与人体体液之间的化学反应，具有良好的生物相容性和耐腐蚀性(夏启胜,刘轩,李红艳,等.热籽感应加温治疗肿瘤的实验与临床研究进展[J].中华物理医学与康复杂志,2005,27(6):380-382.)，保证了医用磁感应热籽植入体内的安全性。
用长沙天恒测控技术有限公司生产的TD9450居里温度测试仪测得该材料的居里点为69℃，满足治疗所需要的50-80℃范围。采用美国QD公司生产的MPMS-XL7磁学测量系统测得300K、0.003T、3300A/m下该热籽的相对磁导率u0为364。可根据公式(蔡东阳,曹欣荣,卓子寒,et al.磁感应热疗植入热籽产热功率分析与实验验证[J].清华大学学报(自然科学版),2012(12):1741-1745.)用COMSOL Multiphysics模拟软件绘制得到图4。式中T为热籽的温度，Tc为热籽的居里温度，u(T)为热籽随温度变化的相对磁导率。该图表明该热籽的相对磁导率u随着热籽温度的升高不断降低，当温度接近热籽居里温度341K时，相对磁导率为接近1，此时热籽由铁磁性变成顺磁性，此时加热功率为0，温度不再继续升高，体现了热籽的自控温特性。
用美国DSC差式扫描量热仪(型号:DSC Q2000)测得该热籽的比热容为439J/(kg*℃),用COMSOL Multiphysics模拟软件对该热籽进行磁感应加热模拟。设置模拟的条件为：磁场方向与热籽轴向方向平行，频率为65kHZ，磁感应强度为0.013T，电流40A，模拟时间为4000s，得到图9及图12。从图9可以看出，热籽温度在900s之前呈迅速升温趋势，900s之后升温速率显著变慢，1600s左右时热籽温度已经升到测量的居里温度值69℃附近，之后温度逐渐趋于稳定。肿瘤边缘温度在1500s之前都呈匀速升温趋势，在1050s左右达到42℃，随后逐渐稳定到44℃左右。由于其热量是从内部热籽产生从而向肿瘤传输，所以肿瘤边界以内即肿瘤组织的温度一定大于42℃，满足肿瘤热疗的温度范围。因此只需使肿瘤边缘温度达到42℃以上并维持一段时间便可达到杀死肿瘤的目的。相比文献(Wang H,Wu J,Zhuo Z,etal.A three-dimensional model and numerical simulation regarding thermoseedmediated magnetic induction therapy conformal hyperthermia[J].Technology andHealth Care,2016,24(s2):S827-S839.)在频率为115kHZ，磁感应强度为0.012T，电流50A条件下的模拟而言，该实施例加工成的热籽在模拟中加热升温到居里温度附近的时间提前了大约5min；同时，肿瘤边界达到肿瘤治疗条件温度42℃的时间提前了大约10min，这表明该实施例加工成的热籽产热更为迅速，产热性能良好，较短的时间内就可以把热量传递给肿瘤组织，这样可以使治疗过程的肿瘤预热阶段(37℃-42℃)所需的时间大大缩短，迅速提前到热疗阶段(42℃-45℃)，从而减少整个治疗过程所需要的时间。由于治疗过程中是将热籽植入病人体内，所以滞留时间越少，病人受到的痛苦越少。因此，用此热籽进行肿瘤热疗可以显著减少病人的痛苦。这表明该实施例加工成的热籽产热更为迅速，产热性能良好，较短的时间内就可以把热量传递给肿瘤组织，从而可以减少治疗时间，减少病人痛苦。
图9是整个模拟过程中的热籽温度和肿瘤边界温度的温升曲线图，图12是图9在1050s时刻时的肿瘤温度场分布图，图12可以更为直观的描述此时刻的肿瘤各个部位的温度情况。图12为加热过程中1050s时刻肿瘤的温度场分布图，之所以取1050s是因为在此时刻肿瘤边界温度已经达到42℃以上，随后边界温度继续升高并最终稳定在44℃左右。从图12可以看出其温度场分布非常均匀，以热籽长轴为中心呈轴对称分布，由内向外温度依次降低，证明用其热籽进行肿瘤热疗肿瘤内部不会出现过冷点或过热点，这无疑更加保证了治疗的安全性。

Claims (9)

1.一种医用磁热疗铜镍合金，其特征在于，按原料质量百分比计，其原料配方组成为：15-25％的Cu、50-60％的Ni、0.05-0.08％的Sn、1-1.3％的Fe、0.01-0.015％的B、0.01-0.02％的Li；制备该医用磁热疗铜镍合金时，先将Cu、Ni、Fe原料碾磨，在1450-1550℃真空熔炼，降温到1200-1350℃，加入Sn、B和Li，电磁搅拌均匀，将合金液浇注至模具中，迅速水冷至室温，得到合金锭；将合金锭车削成细屑后粉碎得到合金粉；挤压成型后真空烧结；均质化处理。
2.权利要求1所述的医用磁热疗铜镍合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将配方中的Cu、Ni、Fe加入保护液中，通入氮气球磨搅拌均匀；
(2)将搅拌均匀的混合粉末投入高温感应炉，设定温度1450-1550℃，通入氮气作为保护气，控制高温感应炉压强为200-350Pa，进行真空熔炼并保温；随后将温度降低到1200-1350℃，加入Sn、B和Li，并电磁搅拌均匀后，将合金液浇注至模具中，迅速水冷至室温，得到合金锭；
(3)将合金锭车削成细屑后粉碎得到合金粉；
(4)将所述的合金粉置于挤压模具中，通入氮气作为保护气，挤压成型，得铜镍合金材料；
(5)对所述的铜镍合金材料进行真空烧结，分三阶段进行，先以300-330℃的温度烧结40-50s，然后以610-660℃的温度烧结30-40s，再以920-970℃的温度烧结20-30s；
(6)对烧结后的铜镍合金材料在800-850℃下保温4-6h，进行均质化处理，冷却，得到磁热籽医用铜镍合金。
3.根据权利要求2所述的医用磁热疗铜镍合金的制备方法，其特征在于，所述的保护液为无水乙醇。
4.根据权利要求3所述的医用磁热疗铜镍合金的制备方法，其特征在于，所述的无水乙醇加入量为Cu质量的10-60％。
5.根据权利要求2所述的医用磁热疗铜镍合金的制备方法，其特征在于，所述的球磨的转速范围为公转50-70rpm，自转100-120rpm；所述的球磨的方式为每球磨40-70min停机15-25min，一共球磨4-5h。
6.根据权利要求2所述的医用磁热疗铜镍合金的制备方法，其特征在于，所述的保温得的时间为60-80min。
7.根据权利要求2所述的医用磁热疗铜镍合金的制备方法，其特征在于，所述的电磁搅拌的转速范围为1800-2100rpm。
8.根据权利要求2所述的医用磁热疗铜镍合金的制备方法，其特征在于，所述的合金粉的粒径范围为10-20μm。
9.根据权利要求2所述的医用磁热疗铜镍合金的制备方法，其特征在于，所述的挤压成型通过挤压机进行，加压机的挤压压力控制为1300-1450MPa，真空度控制在0.1-0.01Pa。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021203577A1 (zh) * 2020-04-08 2021-10-14 苏州大学 可植入金属作为肿瘤精准高效磁热治疗试剂的应用

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101124059A (zh) * 2005-04-04 2008-02-13 Cvrd英科有限公司 扩散结合的镍-铜粉末冶金粉末
EP2014792A1 (en) * 2007-06-12 2009-01-14 Honeywell International Inc. Corrosion and wear resistant coating for magnetic steel
CN101914707A (zh) * 2010-09-16 2010-12-15 厦门大学 一种Ni-Cu-Fe-Si多孔合金及其制备方法
CN201719699U (zh) * 2010-08-05 2011-01-26 福州浩联医疗科技有限公司 医用磁感应热籽
CN102576587A (zh) * 2009-08-18 2012-07-11 荷兰技术基金会 多晶磁热材料
CN103496205A (zh) * 2013-09-17 2014-01-08 河南师范大学 一种无磁性、高强度织构Cu基合金复合基带及其制备方法
CN103906850A (zh) * 2011-10-21 2014-07-02 利默里克大学 形成烧结的镍-钛-稀土（Ni-Ti-RE）合金的方法
CN106531382A (zh) * 2015-09-10 2017-03-22 燕山大学 一种永磁材料及其制备方法
CN107338369A (zh) * 2017-07-14 2017-11-10 无锡隆达金属材料有限公司 镍铜合金棒材及其制备方法
CN109609808A (zh) * 2019-01-11 2019-04-12 上海胜桀精密机械科技有限公司 一种镍合金及其制备方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101124059A (zh) * 2005-04-04 2008-02-13 Cvrd英科有限公司 扩散结合的镍-铜粉末冶金粉末
EP2014792A1 (en) * 2007-06-12 2009-01-14 Honeywell International Inc. Corrosion and wear resistant coating for magnetic steel
CN102576587A (zh) * 2009-08-18 2012-07-11 荷兰技术基金会 多晶磁热材料
CN201719699U (zh) * 2010-08-05 2011-01-26 福州浩联医疗科技有限公司 医用磁感应热籽
CN101914707A (zh) * 2010-09-16 2010-12-15 厦门大学 一种Ni-Cu-Fe-Si多孔合金及其制备方法
CN103906850A (zh) * 2011-10-21 2014-07-02 利默里克大学 形成烧结的镍-钛-稀土（Ni-Ti-RE）合金的方法
CN103496205A (zh) * 2013-09-17 2014-01-08 河南师范大学 一种无磁性、高强度织构Cu基合金复合基带及其制备方法
CN106531382A (zh) * 2015-09-10 2017-03-22 燕山大学 一种永磁材料及其制备方法
CN107338369A (zh) * 2017-07-14 2017-11-10 无锡隆达金属材料有限公司 镍铜合金棒材及其制备方法
CN109609808A (zh) * 2019-01-11 2019-04-12 上海胜桀精密机械科技有限公司 一种镍合金及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.T.ALDRED ET AL.: "Magnetic-Moment Distributions in Ferromagnetic Ni-Cu Alloys", 《PHYSICAL REVIEW B》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021203577A1 (zh) * 2020-04-08 2021-10-14 苏州大学 可植入金属作为肿瘤精准高效磁热治疗试剂的应用

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