CN112603518A - 一种可降解锌基接骨螺钉及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可降解锌基接骨螺钉及其制备方法与应用，所述可降解锌基接骨螺钉中Mg的含量为1.5％，Fe的含量为3％，余量为Zn和不可避免的杂质，所述可降解锌基接骨螺钉的制备方法，为首先将锌、镁、铁熔铸成型，得到铸造毛坯，再对所述铸造毛培进行均匀化处理，然后对均匀化处理后的铸造毛培进行机械加工，将机械加工后的铸造毛培进行旋锻，得到坯料，将锻造后的坯料进行无心磨处理，最后将棒材数控加工成螺钉。本申请所述的可降解锌基接骨螺钉成型性能较好、力学性能适中，腐蚀性能适中，能良好适应人体的内环境，且制备方法加工难度小、易成型，方便生产，可大范围推广。

Description

一种可降解锌基接骨螺钉及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及医用植入材料领域，特别涉及一种可降解锌基接骨螺钉及其制备方法与应用。
背景技术
锌离子是人体必须的营养元素，参与人体很多的新陈代谢活动，美国临床创新机构推荐人体每天必须摄入2.5到6.4毫克的锌，成年人每天大约摄入300毫克锌，才可能会有一定的毒性反应。一枚锌基可降解骨钉每天释放的锌大约0.2-0.3毫克，即使这些锌离子全部释放到血管里，也远远低于人体必需的摄入量，也就是说锌基可降解骨科植入医疗器械降解释放的锌离子不会引起全身毒性。研究还发现，锌离子在人体组织中的运输非常迅速，因此锌基可降解骨科植入器械附近不会出现锌富集、细胞毒性或坏死。锌离子在人体内的功能很多，对人体非常重要，其中很重要的一个功能就是促进骨组织生长。研究人员发现由于锌离子激活成骨细胞氨酰tRNA合成酶，并可有效抑制破骨细胞的分化与生长，因此锌离子的存在不仅促进了骨钙盐含量的增加，还有利于促进骨胶原蛋白含量的提高，这说明锌离子有直接促进成骨功能。另外，研究还发现锌离子促进软骨低聚基质蛋白与胶原的结合，是软骨成长与再生的催化元素。
人体内可降解医用材料正在成为研究和开发的重点，其中可降解高分子材料、纯铁及铁基合金、纯镁及镁基合金是近年研究最为深入的材料。可降解高分子材料强度过低，在临床使用过程中经常会发生断裂等事故，临床适用性受到极大限制。纯铁和铁基合金强度和韧性远高于高分子材料，但是铁降解速度太慢，完全降解可能长达数年。更为严重的是，铁降解过程中生成的铁锈状物质体积膨胀了数倍，并有明显的迁移趋势。纯镁及镁基合金的降解产物无毒、可降解，但其耐蚀性非常差，在人体内很快就会被降解，无法提供足够的力学支撑时间。骨钉和骨板是常用的固定骨折和韧带损伤的医疗器械植入器械，传统骨钉和骨板由不可降解金属制成，必须进行二次手术，对患者造成了极大的创伤。同时，传统金属材料的强度太高，容易造成应力屏蔽，导致受伤的骨头组织难以再生和愈合。
因此，有必要得到一种腐蚀效率适中，强度足够且加工难度小、易成型的新型植入型骨钉。
发明内容
本发明提供了一种可降解锌基接骨螺钉及其制备方法与应用，其目的是为了解决传统骨钉不可降解，需进行二次手术，对患者造成极大损伤的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种可降解锌基接骨螺钉的制备方法，包括如下布骤：首先将锌、镁、铁熔铸成型，得到铸造毛坯，再对所述铸造毛培进行均匀化处理，然后对均匀化处理后的铸造毛培进行机械加工，将机械加工后的铸造毛培进行旋锻，得到坯料，将锻造后的坯料进行无心磨处理，最后将棒材数控加工成螺钉。
进一步的，所述铸造毛坯中Mg的含量为1.5％，Fe的含量为3％，余量为Zn和不可避免的杂质
进一步的，所述熔铸成型时具体操作为先熔炼Zn5％Mg、Zn9％Fe中间合金，然后再以Zn、Zn5％Mg、Zn9％Fe为原材料熔炼铸造Zn1.5％Mg3％Fe铸锭。
进一步的，所述均匀化处理时具体操作为将铸造毛培从室温加热到220℃，然后保温120min，最后炉冷至室温。
进一步的，所述机械加工后铸造毛坯外径为20±0.05mm。
进一步的，所述旋锻时锻造9次，具体为第一道次旋锻至外径为17mm，第二道次旋锻至外径为15mm，第三道次旋锻至外径为13.5mm，第四道次旋锻至外径为12mm，第五道次旋锻至外径为10.5mm，第六道次旋锻至外径为9mm，第七道次旋锻至外径为7.5mm，第八道次旋锻至外径为6mm，第九道次旋锻至外径为5.3mm。
进一步的，所述第一道次旋锻和第二道次旋锻为热锻，且第六道次旋锻后还要进行退火处理，所述退火处理具体为在150℃保温40min。
本发明还提供了一种可降解锌基接骨螺钉。
本发明还提供了一种所述可降解锌基接骨螺钉在颅颌面及四肢内固定系统中的应用。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
1.本申请所述的可降解锌基接骨螺钉成型性能较好、力学性能适中，腐蚀性能适中，能良好适应人体的内环境；
2.本申请所述的可降解锌基接骨螺钉的制备方法加工难度小、易成型，方便生产，可大范围推广。
附图说明
图1为实施例1材料表面质量图；
图2为实施例2材料表面质量图；
图3为实施例3材料表面质量图；
图4为实施例4材料表面质量图；
图5为实施例1材料的应力应变曲线图；
图6为实施例2材料的应力应变曲线图；
图7为实施例3材料的应力应变曲线图；
图8为实施例4材料的应力应变曲线图；
图9为本申请所述可降解锌基接骨螺钉的图纸。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的问题，提供了一种可降解锌基接骨螺钉的制备方法，包括如下布骤：首先将锌、镁、铁熔铸成型，得到铸造毛坯，再对所述铸造毛培进行均匀化处理，然后对均匀化处理后的铸造毛培进行机械加工，将机械加工后的铸造毛培进行旋锻，得到坯料，将锻造后的坯料进行无心磨处理，最后将棒材数控加工成螺钉。
其中，所述铸造毛坯中Mg的含量为1.5％，Fe的含量为3％，余量为Zn和不可避免的杂质
其中，所述熔铸成型时具体操作为先熔炼Zn5％Mg、Zn9％Fe中间合金，然后再以Zn、Zn5％Mg、Zn9％Fe为原材料熔炼铸造Zn1.5％Mg3％Fe铸锭。
其中，所述均匀化处理时具体操作为将铸造毛培从室温加热到220℃，然后保温120min，最后炉冷至室温。
其中，所述机械加工后铸造毛坯外径为20±0.05mm。
其中，所述旋锻时锻造9次，具体为第一道次旋锻至外径为17mm，第二道次旋锻至外径为15mm，第三道次旋锻至外径为13.5mm，第四道次旋锻至外径为12mm，第五道次旋锻至外径为10.5mm，第六道次旋锻至外径为9mm，第七道次旋锻至外径为7.5mm，第八道次旋锻至外径为6mm，第九道次旋锻至外径为5.3mm。
其中，所述第一道次旋锻和第二道次旋锻为热锻，且第六道次旋锻后还要进行退火处理，所述退火处理具体为在150℃保温40min。
所述可降解锌基接骨螺钉加工制备完成后的具体结构如图9所示。
实施例1
本实施例提供了一种可降解锌基接骨螺钉，其材料成分比例为：Mg1％，其余为金属Zn，制备方法如上述。
实施例2
本实施例提供了一种可降解锌基接骨螺钉，其材料成分比例为：Mg1.5％，其余为金属Zn，制备方法如实施例1。
实施例3
本实施例提供了一种可降解锌基接骨螺钉，其材料成分比例为：Mg2％，其余为金属Zn，制备方法如实施例1。
实施例4
本实施例提供了一种可降解锌基接骨螺钉，其材料成分比例为：Mg2.5％，其余为金属Zn，制备方法如实施例1。
表1为实施例最终成型尺寸以及表面质量结果
Figure BDA0002839733990000041
Figure BDA0002839733990000051
表2为实施例力学性能数据结果
序号 实验材料 抗拉强度/MPa 断后伸长率
1 实施例1 190 30
2 实施例2 287 10
3 实施例3 308 7
4 实施例4 362 4.5
表3为实施例腐蚀性能数据结果
序号 实验材料 降解速度(毫米/年)
1 实施例1 1.8
2 实施例2 2.8
3 实施例3 3.0
4 实施例4 3.1
5 纯镁 4.32
本发明通过比较不同组分锌镁合金加工性能、力学性能以及腐蚀性能等数据，发现Mg含量为1.5％其余为Zn的合金材料成型性能较好、力学性能适中，但腐蚀性能较快，因此考虑在锌镁合金里面加入铁元素改善其腐蚀性能。
实施例5
本实施例提供了一种可降解锌基接骨螺钉，其材料成分比例为：Mg1.5％，Fe1％，其余为金属Zn，制备方法如实施例1。
实施例6
本实施例提供了一种可降解锌基接骨螺钉，其材料成分比例为：Mg1.5％，Fe2％，其余为金属Zn，制备方法如实施例1。
实施例7
本实施例提供了一种可降解锌基接骨螺钉，其材料成分比例为：Mg1.5％，Fe4％，其余为金属Zn，制备方法如实施例1。
实施例8
本实施例提供了一种可降解锌基接骨螺钉，其材料成分比例为：Mg1.5％，Fe3％，其余为金属Zn，制备方法如实施例1。
表3为实施例腐蚀性能数据结果
序号 实验材料 降解速度(毫米/年)
1 实施例5 2.6
2 实施例6 1.9
3 实施例7 2.4
4 实施例8 2.0
通过比较不同组分锌镁铁合金腐蚀性能等数据，可以发现Mg含量为1.5％，Fe3％，其余为Zn的合金材料成型性能较好、力学性能适中，腐蚀性能适中。
可见，实施例8的材料加工性能良好、力学性能良好、腐蚀性能适中，可用于制备医用可降解螺钉。且本申请所述的可降解锌基接骨螺钉的制备方法加工难度小、易成型，方便生产，可大范围推广。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可降解锌基接骨螺钉的制备方法，其特征在于，包括如下布骤：首先将锌、镁、铁熔铸成型，得到铸造毛坯，再对所述铸造毛培进行均匀化处理，然后对均匀化处理后的铸造毛培进行机械加工，将机械加工后的铸造毛培进行旋锻，得到坯料，将锻造后的坯料进行无心磨处理，最后将棒材数控加工成螺钉。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铸造毛坯中Mg的含量为1.5％，Fe的含量为3％，余量为Zn和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔铸成型时具体操作为先熔炼Zn5％Mg、Zn9％Fe中间合金，然后再以Zn、Zn5％Mg、Zn9％Fe为原材料熔炼铸造Zn1.5％Mg3％Fe铸锭。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述均匀化处理时具体操作为将铸造毛培从室温加热到220℃，然后保温120min，最后炉冷至室温。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述机械加工后铸造毛坯外径为20±0.05mm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述旋锻时锻造9次，具体为第一道次旋锻至外径为17mm，第二道次旋锻至外径为15mm，第三道次旋锻至外径为13.5mm，第四道次旋锻至外径为12mm，第五道次旋锻至外径为10.5mm，第六道次旋锻至外径为9mm，第七道次旋锻至外径为7.5mm，第八道次旋锻至外径为6mm，第九道次旋锻至外径为5.3mm。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一道次旋锻和第二道次旋锻为热锻，且第六道次旋锻后还要进行退火处理，所述退火处理具体为在150℃保温40min。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述制备方法得到的可降解锌基接骨螺钉。
9.一种如权利要求1-7任意一项所述制备方法得到的可降解锌基接骨螺钉或如权利要求8所述可降解锌基接骨螺钉在颅颌面及四肢内固定系统中的应用。
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