CN111020327A

CN111020327A - 一种组织再生的可吸收镁合金及其制备方法

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Publication number: CN111020327A
Application number: CN201911164636.9A
Authority: CN
Inventors: 吴盛; 张强; 张俊
Original assignee: Wenzhou Guangli Biomedical Technology Co ltd
Current assignee: Wenzhou Guangli Biomedical Technology Co ltd
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2020-04-17

Abstract

本发明公开了一种组织再生的可吸收镁合金及其制备方法，属于医用材料制备技术领域。其特征在于，以该镁合金的总重量为100%计，其成分组成包括：铝：10‑20%，锌：10‑30%，锰：0.5‑10%，二氧化钛：1‑10%，石墨烯：15‑20%，余量为Mg。本发明进一步改进和扩大了可吸收镁合金修复系统的应用范围和性能，所得镁合金延展性良好，可根据不同的临床使用特点，设计为不同的形状，同时兼具优良的抗菌性能和生物相容性。

Description

一种组织再生的可吸收镁合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种组织再生的可吸收镁合金及其制备方法，属于医用材料制备技术领域。

背景技术

用于人体硬组织修复或替换的外科植入材料，在临床上有广泛的应用需求，具有良好生物相容性、可降解体内可吸收的镁合金是近年来研究的热点。在生物材料和医疗器械中，最具有应用前景的是骨、牙和关节等硬组织的修复和替换材料。主要原因是：镁具有良好的生物相容性、可完全降解不需二次手术、镁合金的密度与人骨相差不大，弹性模量与骨接近等优点，避免应力遮挡效应。

镁合金具有高的比强度和比刚度，其强度可超过200MPa。纯镁的密度在1.74g/cm³左右，与人骨的密质骨密度(1.75g/cm³)相当。另外镁及镁合金的标准电极电位较低(-2.36V SCV)，不耐腐蚀，特别是在含有Cl-的模拟体液中易腐蚀降解，因此可作为新一代可降解植入材料。尽管临床应用已证实，镁合金具有良好的生物相容性，但由于镁及镁合金在人体中腐蚀降解速率过快，会产生氢气，限制了镁合金作为生物植入材料的应用。因此，在降低镁合金在体液中的腐蚀降解速率的同时，提高镁合金的力学性能是镁合金作为医用材料的关键。

镁合金作为常见的生物医用镁合金材料，有良好的生物相容性和生物可降解性，多用于心血管支架、骨折固定等。但是根据使用的部位、周围环境、适应症不同，其对材料的性能要求也不同。目前的镁合金存在降解速度较快、含有的元素生物相容性差等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有抗菌能力、生物相容性良好的组织再生的可吸收镁合金及其制备方法。本发明在镁铝合金的基础上添加了石墨烯、二氧化钛，并选择性以碳酸氢铵作为添加剂以使镁合金材料具有少量多孔结构，有效增加了材料的生物相容性、强度和抗菌性；本发明应用广泛，延展性好，可被讲解吸收并避免二次手术带来的问题；降解产物镁元素可促新骨形成，加速骨愈合；易于修剪、操作方便。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。

一种组织再生的可吸收镁合金，以该镁合金的总重量为100%计，其成分组成包括：铝：10-20%，锌：10-30%，锰：0.5-10%，二氧化钛：1-10%，石墨烯：15-20%，余量为Mg。

根据本发明一优选具体实施方式，以本发明的组织再生的可吸收镁合金的总重量为100%计，其成分组成包括：铝：10-20%，锌：10-30%，锰：0.5-10%，二氧化钛：3-7%，石墨烯：15-20%，余量为Mg。

根据本发明一更优选的具体实施方式，以本发明的组织再生可吸收镁合金的总重量为100%计，其成分组成包括：铝：10-20%，锌：10-30%，锰：0.5-10%，二氧化钛：5%，石墨烯：20%，余量为Mg。

在骨移植和修复过程中伤口经常出现细菌感染的情况，很容易导致骨修复失败，尽管生物镁合金降解后的碱性产物就有一定的抗菌活性，但效果十分有限。因此，本发明向镁合金中加入抗菌二氧化钛。

石墨烯(GO)作为典型的二维结构的纳米材料，由疏水的平面结构和亲水的边缘构成，特殊的结构决定其优异的抗菌特性。本发明向镁合金中加入石墨烯，部分石墨烯沉积在镁合金表面，同样发挥抗菌作用。

另一方面，上述可再生镁合金的制备方法，包括以下步骤：将浇铸态的镁合金放于真空管式炉中，在280-500℃下，固溶处理10-30小时；并在220-480℃下，时效处理20-60小时。

本发明镁合金制备方法进一步包括：将镁合金粉末与适量碳酸氢铵粉末、表面活性剂混合，以本发明的组织再生可吸收镁合金的总重量为100%计，其成分组成包括镁合金粉末85-90%，碳酸氢铵粉末10-15%，丙二醇甲醚醋酸酯不超过前述所有材料总量的5%，在保护气氛下，经高速球磨得到混合粉末；然后在保护气氛下，通过激光选区融化制备具有微孔结构的镁合金。整个熔炼过程置于CO₂和SF₆混合气氛中进行保护，按体积百分比计，99-99.5%的CO₂和0.5-1.0%的SF₆。

加入表面活性剂或起泡剂可以使镁合金产生微孔结构。具有微孔结构的镁合金适用于作为骨缺损修复材料使用。

所述表面活性剂可为领域内熟知适用的任意表面活性剂，优选为丙二醇甲醚醋酸酯。

本发明镁合金制备方法进一步包括：按比例将适量二氧化钛粉末、石墨烯和镁合金置于球磨机中，在保护气氛下，经高速球磨得到混合粉末，然后在保护气氛下，通过激光选区融化制备具有抗菌功能的镁合金。

本发明可再生抗菌镁合金所用二氧化钛可为纳米颗粒，粒径为1-100nm，优选为10-100nm。通过一同研磨，二氧化钛能够均匀的分散在镁合金中，从而提高持续抗菌功能。

在一个优选的实施方案中，所制备镁合金具有少量多孔结构，其降解速度匹配皮质骨和松质骨部位新骨的形成速度，可用于修复骨缺损。

上述可吸收镁合金可用于口腔引导骨/组织再生的修复系统中。

上述可吸收镁合金可用于口腔引导骨/组织再生修复中的屏障膜、固位钉、支撑钉、成骨基台中的一种或几种。

在上述的组织再生可吸收镁合金中，优选以所述镁合金的总重量为100%计，其所含有除铝、锌、锰、二氧化钛、镁以外的夹杂元素总量为0.05%以下。本发明严格控制铁、铜、镍等杂质含量，能够使镁合金具有更佳的性能表现。

可以理解的是，本领域技术人员将理解本发明提供镁合金材料表面可以通过各种方法改性，进一步提高其生物相容性和降解性能。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1. 本发明进一步改进和扩大了可吸收镁合金修复系统的应用范围和性能；

2. 采用失重实验测得本发明镁合金的降解速率为0.5-1.5mm/年(优选为0.5-1mm/年)，同时延展性良好，可根据不同的临床使用特点，设计为不同的形状;

3. 本发明镁合金兼具优良的抗菌性能和生物相容性。

附图说明

图1：本发明镁合金材料微观结构示意图。以本发明的组织再生可吸收镁合金的总重量为100%计，制备时其成分组成包括镁合金粉末90%，碳酸氢铵粉末10%。

图2：本发明镁合金材料微观结构示意图。以本发明的组织再生可吸收镁合金的总重量为100%计，制备时其成分组成包括镁合金粉末85%，碳酸氢铵粉末15%。

图3：材料降解情况示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但应理解的是以下实施例并不限制本发明。

实施例一

一种组织再生的可吸收的镁合金，以本发明的组织再生的可吸收镁合金的总重量为100%计，其成分组成包括：铝：10%，锌：15%，锰：0.8%，二氧化钛：7%，石墨烯：15-20%，余量为Mg。

所述组织再生的可吸收的镁合金的制备方法包括如下步骤：

按比例配制二氧化钛、石墨烯和镁合金基体粉末；将粉末混合放入球磨机中，在保护氛围下，将粉末研磨至均一；在保护氛围下，采用选择性激光熔化工艺得到含有二氧化钛的镁溶体；将浇铸态镁合金放于真空管式炉中，在280-500℃下，固溶处理10-30小时；并在220-480℃下，时效处理20-60小时。

实施例二

一种组织再生的可吸收的镁合金，以本发明的组织再生的可吸收镁合金的总重量为100%计，其成分组成包括：铝：10%，锌：15%，锰：0.8%，二氧化钛：4%，石墨烯：15-20%，余量为Mg。

将材料磨成直径5mm，厚度为100微米的圆片，植入实验大鼠颅骨缺损内，2周、4周和8周时取材，分析材料降解情况，结果如图3所示。

实施例三

一种组织再生的可吸收的镁合金，以本发明的组织再生的可吸收镁合金的总重量为100%计，其成分组成包括：铝：10%，锌：15%，锰：0.8%，二氧化钛：10%，石墨烯：15-20%，余量为Mg。

测试发现，加入的二氧化钛能在镁合金成形过程中保持结构稳定，并均匀分散在镁合金晶界上。用细菌计数法对所得镁合金进行抗菌检测：采用1×10⁷cfu/mL的大肠杆菌悬浮液共培养24h后，含有二氧化钛的镁合金共培液的细菌浓度为0.21×10⁷cfu/mL，抗菌率达到79%，而没有添加二氧化钛、采用同样方法合成得到的镁合金的共培液细菌浓度为0.37×10⁷cfu/mL，抗菌率为63%，低于添加了二氧化钛的镁合金。

实施例四

一种组织再生的可吸收的镁合金，其制备方法包括：将镁合金粉末、二氧化钛粉末、石墨烯与适量碳酸氢铵粉末、丙二醇甲醚醋酸酯混合，以本发明的组织再生可吸收镁合金的总重量为100%计，其成分组成包括铝：11.5%，锌：13.5%，锰：1.5%，镁：47.5%，二氧化钛：9%，石墨烯：17%；碳酸氢铵粉末为前述所有材料总重量的15%，丙二醇甲醚醋酸酯为前述所有材料总重量的5%，在保护气氛下，经高速球磨得到混合粉末，之后以激光熔炼。整个熔炼过程置于CO₂和SF₆混合气氛中进行保护，按体积百分比计，99-99.5%的CO₂和0.5-1.0%的SF₆。

对所得镁合金内含孔径进行测量，发现孔径尺寸分布在10-100微米之间。

Claims

1.一种组织再生的可吸收镁合金，其特征在于，以该镁合金的总重量为100%计，其成分组成包括：铝：10-20%，锌：10-30%，锰：0.5-10%，二氧化钛：1-10%，石墨烯：15-20%，余量为Mg。

2.权利要求1的可吸收镁合金，其中二氧化钛为3-7%。

3.权利要求1的可吸收镁合金，其中二氧化钛为5%。

4.权利要求1的可吸收镁合金，其中所含有除铝、锌、锰、二氧化钛、镁以外的夹杂元素总量为0.05%以下。

5.按照权利要求1所述的一种组织再生的可吸收镁合金的制备方法，其包括：按比例将适量二氧化钛粉末、石墨烯和镁合金置于球磨机中，在保护气氛下，经高速球磨得到混合粉末，然后在保护气氛下，通过激光选区融化制备具有抗菌功能的镁合金；将浇铸态的镁合金放于真空管式炉中，在280-500℃下，固溶处理10-30小时；并在220-480℃下，时效处理20-60小时。

6.权利要求6中的制备方法，其中二氧化钛为纳米颗粒，粒径为1-100nm，优选为10-100nm。

7.权利要求6中的镁合金，其中所含有除铝、锌、锰、银、钙、二氧化钛、镁以外的夹杂元素总量为0.05%以下。

8.一种制备含有微孔结构的组织再生的可吸收镁合金，其包括：按比例将适量二氧化钛粉末、石墨烯和镁合金与适量碳酸氢铵粉末、丙二醇甲醚醋酸酯混合，以本发明的组织再生可吸收镁合金的总重量为100%计，其成分组成包括镁合金粉末85-90%，碳酸氢铵粉末10-15%，所加入表面活性剂不超过前述所有材料总量的5%，在保护气氛下，经高速球磨得到混合粉末；在保护气氛下，通过激光选区融化制备具有微孔结构的镁合金；并将浇铸态的镁合金放于真空管式炉中，在280-500℃下，固溶处理10-30小时；并在220-480℃下，时效处理20-60小时。

9.权利要求8中的方法，其中所制备的镁合金特征在于含有微孔结构，所含微孔结构尺寸分布在10-100微米之间。

10.权利要求8中的方法，其中表面活性剂为丙二醇甲醚醋酸酯。