CN113661265A - 表面改性镁合金 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过对表面进行改性而改善了耐腐蚀性的镁合金及其制造方法。(1)一种表面改性镁合金，其由具有任意形状的镁合金、对镁合金表面实施氟化处理而形成的氟化镁层及形成于所述氟化镁层上的类金刚石碳层构成。(2)一种表面改性镁合金的制造方法，其中，对具有任意形状的镁合金表面实施氟化处理，从而在所述镁合金表面形成氟化镁层，然后，将形成了所述氟化镁层的镁合金配置于高频等离子体CVD装置，导入含碳元素的原料气体，从而在所述氟化镁层上形成类金刚石碳层。

Description

表面改性镁合金

相关申请

本申请要求2019年3月28日在日本提出申请的日本特愿2019-62875和2020年1月8日在日本提出申请的日本特愿2020-001521的优先权，通过参考引用其整体内容并将其作为本申请的一部分。

技术领域

本发明涉及一种通过利用腐蚀抑制层包覆生物可降解镁合金表面从而对该镁合金表面进行保护的表面改性镁合金(也称为包覆改性镁合金)。本发明的表面改性镁合金可以用作骨外科、口腔外科、整形外科、心血管外科或脑外科的植入物等。

背景技术

在现代医疗技术中，出于外科手术的目的、或者为了附着或固定组织或骨，将植入物广泛地应用于支撑物。但是，残留于接受了手术的人体中的植入物会在人体内引发多种并发症，因此达成目的之后，必须在手术后通过追加手术来去除植入物，较为繁琐。

至今开展了许多以生物可降解材料制作植入物的金属的研究，其结果提出了由聚合物类材料、陶瓷类材料及金属类材料等多种材料构成的生物可降解(biodegradable)材料。

受此影响，要求开发一种具有强度、加工性、延展性且同时兼具生物可降解性的金属材料，作为生物可降解材料，提出了镁、铁及钨等，尤其是其中的镁作为最合适的生物可降解材料而受到关注，最近，镁合金开始被使用于用于骨衔接的固定螺丝等的一部分器材。

另一方面，生物可降解材料在生物体内的降解速度必须与组织的再生速度成比例，若镁合金的降解速度过快，在受损的组织恢复之前便失去其稳定性，则无法正常发挥医疗器械原有的功能，另一方面，若降解速度过慢，则会引起诸如并发症这样的问题。因此，在设计使用了生物可降解镁的医疗器械时，生物可降解镁的降解速度的控制是必须要考虑的因素。因此，作为生物可降解镁合金的表面处理，尝试了对镁合金表面进行氟化处理(专利文献1等)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：WO2018/139647

发明内容

本发明要解决的技术问题

本申请的发明人发现，仅通过利用氢氟酸对上述现有文献中记载的镁合金表面实施处理而在镁合金表面形成氟化镁层，不足以对镁合金表面的降解速度进行充分的控制。

因此，本发明所要解决的技术问题在于，在镁合金表面形成氟化镁层，进一步，在该氟化镁层上形成抑制镁合金的降解速度的腐蚀抑制层，从而得到可用于植入物的表面改性镁合金。本申请的发明人对上述技术问题进行了深入研究，结果得到了本发明。

即，本发明由以下的方案构成。

[方案1]

一种表面改性镁合金，其由具有任意形状的镁合金、对所述镁合金表面实施氟化处理而形成的氟化镁层及形成于所述氟化镁层上的类金刚石碳层构成。

本申请的发明人发现，通过对镁合金表面实施氟化处理而在镁合金表面形成氟化镁层(第一层)，进一步，在该氟化镁层上形成类金刚石碳层(第二层)，能够充分控制镁合金表面的降解速度，并形成实用的医疗用植入物。

作为镁合金，可列举出AZ系列(Mg-Al-Zn)(AZ31、AZ61、AZ91等)、AM系列(Mg-Al-Mn)、AE系列(Mg-Al-RE)、EZ系列(Mg-RE-Zn)、ZK系列(Mg-Zn-Zr)、WE系列(Mg-RE-Zr)、AX或AXJ系列(Mg-Al-Ca)等，其中，优选不含对人体有害的铝、稀有金属的、含有90质量％以上的镁且含有Zn、Zr及Mn作为次要成分的镁合金。

通过使用所述镁合金，并对镁合金表面实施氟化处理而形成氟化处理层，进一步，在所述氟化处理层上形成类金刚石碳层，能够将镁的生物降解速度控制在对于作为植入物而言适宜的范围内。氟化处理层和类金刚石碳层分别优选形成于镁合金表面的整个区域。

[方案2]根据方案1中记载的表面改性镁合金，其中，以质量％计，所述镁合金含有0.95～2.00％的Zn、0.05％以上且小于0.30％的Zr、0.05～0.20％的Mn，且剩余部分由Mg和不可避免的杂质构成，

所述镁合金具有平均结晶粒径为1.0～3.0μm且标准偏差为0.7以下的粒径分布。

形成所述表面改性镁合金的镁合金被用于人体的治疗，其会在人体体内留置一定的期间，因此，从对人体安全性的角度出发，优选为下述镁合金，即，以质量％计，含有0.95～2.00％的Zn、0.05％以上且小于0.30％的Zr、0.05～0.20％的Mn，且剩余部分由Mg和不可避免的杂质构成，并且具有平均结晶粒径为1.0～3.0μm且标准偏差为0.7以下的粒径分布的镁合金。上述镁合金优选为不可避免的杂质的总量为30ppm以下，且不含稀土类元素和铝的镁合金。

上述镁合金通过JIS Z2241测定的断裂伸长率可以为15～50％。断裂伸长率优选大于30％。

上述镁合金通过JIS Z2241测定的拉伸强度可以为250～300MPa，屈服强度可以为145～220MPa。

上述镁合金优选不含粒径为500nm以上的析出物，进一步优选不含粒径为100nm以上的析出物。

[方案3]

根据方案1或方案2中记载的表面改性镁合金，其中，

所述镁合金具有轮状、板状、杆状、管状、带状、丝状、环状或者上述形状中的一种或多种组合形成的形状，且具有根据镁合金的用途而选择的形状。

[方案4]

根据方案1～3中任意一个方案中记载的表面改性镁合金，其中，所述表面改性镁合金为用于骨外科植入物的合金、用于口腔外科植入物的合金、用于整形外科植入物的合金、用于心血管外科植入物的合金或用于脑外科植入物的合金。

[方案5]

根据方案1～4中任意一个方案中记载的表面改性镁合金，其中，所述表面改性镁合金为用于血管夹、吻合器、缝合线、缝合针等缝合器具的合金；用于骨针、骨螺钉、缝线锚钉等骨接合构件的合金；用于消化器官、食道等的治疗植入物的合金；用于循环器官支架的合金；用于下肢支架的合金或动脉瘤线圈的合金。

所述对消化器官、食道等进行治疗的治疗用植入物、循环器官支架、下肢支架及动脉瘤线圈被总称为管腔区域用植入物，所述用于缝合器具和用于骨接合构件的植入物被总称为非管腔区域用植入物。

[方案6]根据方案1～5中任意一个方案中记载的表面改性镁合金，其中，

所述氟化镁层的层厚为0.5～1.5μm。

在镁合金表面形成氟化镁层对于降低镁合金的降解速度这一点而言是有效的，但是难以通过氢氟酸处理形成大于1.5μm的氟化镁层，优选在0.5～1.5μm的范围内适当地选择。

[方案7]

根据方案1～6中任意一个方案中记载的表面改性镁合金，其中，

所述类金刚石碳层的层厚为10nm～5μm。

在本发明中，由于类金刚石碳层形成于氟化镁层上，因此能够以较薄的层有效控制镁合金的降解速度。

[方案8]

根据方案1～7中任意一个方案中记载的表面改性镁合金，其中，

所述类金刚石碳层为含硅元素(硅)类金刚石碳层。

[方案9]

根据方案1～8中任意一个方案中记载的表面改性镁合金，其中，

在所述类金刚石碳层的至少一部分表面上形成有生物可降解聚合物层。

[方案10]

一种表面改性镁合金的制造方法，其中，(1)对具有任意形状的镁合金表面实施氟化处理，从而在所述镁合金表面形成氟化镁层，然后，(2)将形成有所述氟化镁层的镁合金配置于高频等离子体CVD装置，导入含有碳元素的原料气体(乙炔、甲烷等)，从而在所述氟化镁层上形成类金刚石碳层，所述表面改性镁合金在所述镁合金表面具有(1)氟化镁层和(2)在所述氟化镁层上的类金刚石碳层。

如上所述，镁合金的形状可具有轮状、板状、杆状、管状、带状、丝状、环状或者上述形状中的一种或多种组合形成的形状，并可根据镁合金的用途而为各种形状。将各种形状的镁合金浸渍在氢氟酸水溶液中以进行氟化处理，然后，将形成有氟化处理层的镁合金配置于CVD装置，并导入含有碳元素的原料气体，从而在氟化镁层上形成类金刚石碳层，由此，能够制造本发明的表面改性镁合金。

[方案11]

本发明方案11为方案10中记载的制造方法，其中，使用含有碳元素与硅元素的原料气体(单甲基硅烷、三乙基硅烷、四甲基硅烷等)作为所述含有碳元素的原料气体，在所述氟化镁层上形成含硅类金刚石碳层。

另外，权利要求书和/或说明书附图所公开的至少两种构成要素的任意组合也包含在本发明中。特别是权利要求书中记载的两项以上的权利要求的任意组合也包含在本发明中。

发明效果

在本发明的方案1中，通过在镁合金表面上形成氟化镁层后，在氟化镁层上形成基于类金刚石碳的碳镀层而得到的表面改性镁合金被赋予了耐腐蚀性，且能够在规定期间内维持机械强度。

通过在氟化镁层上进一步形成类金刚石碳层，可针对各种用途提供具有充分耐腐蚀性的表面改性镁合金。

氟化镁层会被生物降解从而被吸收至体内，但类金刚石碳层不会被吸收至体内。通过在氟化镁层上形成类金刚石碳层，能够使类金刚石碳层为薄层，其结果能够降低类金刚石碳层的残留对体内造成的影响。

在本发明的方案2中，由于镁合金不含稀有金属及铝，因此就对人体的安全性这一点而言是优异的。镁合金为几乎全部由完全固溶型的单一相构成的合金，或者具有在所述合金中分散有微粒的析出物的组织，所述微粒包含纳米尺寸的Zr。该镁合金的粒径微细且均匀，因此变形性(延展性、伸长率)优异，且不会伴有成为破坏起点的粗颗粒析出物，因此拉伸强度、屈服强度等机械特性也优异。

优选在所述镁合金中，作为不可避免的杂质的Fe、Ni、Co、Cu的含量分别小于10ppm。更优选上述镁合金不含作为不可避免的杂质的Co。

由上述镁合金构成的表面改性镁合金的变形特性优异，同时生物可降解特性也得以适当控制。

在本发明的方案3中，由于形成于各种形状的镁合金的表面的第一层及第二层具有变形追随性，因此能够用于各种用途。

在本发明的方案4和方案5中，本发明的表面改性镁合金被用于各种治疗用途，最终镁合金自身会被降解吸收而成为生物体组织的一部分，而由于类金刚石碳层为薄层，因此可被密合植入生物体组织内。

在本发明的方案6和方案7中，虽然氟化镁层和类金刚石碳层的厚度越厚则耐腐蚀性越高，但需要考虑氟化镁层的变形追随性与类金刚石碳层的变形追随性(缝隙的产生)之间的平衡。

在本发明的方案8中，相较于形成了不含硅元素(硅)的类金刚石碳层的镁合金，当选择含硅元素(硅)类金刚石碳层作为类金刚石碳层时，具有进一步提升抑制镁降解速度的效果的效果，并且，由于含有硅元素，还可实现在将形成有类金刚石碳层的植入物植入到体内后，抑制类金刚石碳层剥离的效果。

在本发明的方案9中，优选在所述类金刚石碳层的至少一部分表面上形成生物可降解聚合物层。通过生物可降解聚合物层，能够使表面改性镁合金产品顺利地植入到生物体的规定位置，并且，还能够使生物可降解聚合物层含有药剂(莫司类血管内膜增生抑制剂等)。

生物可降解聚合物层可以由所述类金刚石碳层的内层和生物体侧的外层这两层构成，也可以在任意一层中含有药剂。

根据本发明的方案10和方案11，能够制造在各种形状的镁合金表面上形成氟化镁层(第一层)，且进一步在其之上形成类金刚石碳层(第二层)的、具备第一层和第二层的表面改性镁合金。

附图说明

通过参照了附图的以下的优选实施方案的说明应当能够更加明确理解本发明。然而，实施方案以及附图仅用于图示和说明，不应用于限定本发明的范围。本发明的范围取决于权利要求书。

图1为示出本发明的表面改性镁合金的构成要素的示意图。

图2为示出本发明的表面改性镁合金植入物的一个实例的示意图。

图3为示出类金刚石碳层形成装置的一个实例的截面示意图。

具体实施方式

(表面改性镁合金)

如图1所示，本发明的表面改性镁合金(Mg合金)的一个实例具有：具有规定形状的镁合金a；通过对所述镁合金a表面实施氟化处理而形成的氟化镁(MgF₂)层(第一层)b[表面含有通过表面的Mg进行氧化而形成的Mg(OH)₂等而呈亲水性]；及形成于所述氟化镁层b上的类金刚石碳层(第二层)c。

作为所述构成的技术要素，具有：筛选出在具有生物可降解性的同时具有与用途相应的适性的镁合金组成的要素；为了控制具有所筛选出的合金组成的镁合金的腐蚀，而在镁合金表面上形成以MgF₂作为主要成分的氟化镁层(第一层)的要素；及在所述氟化镁层的表面上形成由类金刚石碳构成的碳镀层(第二层)的要素。

(镁合金)

作为本发明中使用的镁合金，可列举出AZ系列(Mg-Al-Zn)(AZ31、AZ61、AZ91等)、AM系列(Mg-Al-Mn)、AE系列(Mg-Al-RE)、EZ系列(Mg-RE-Zn)、ZK系列(Mg-Zn-Zr)、WE系列(Mg-RE-Zr)、AX或AXJ系列(Mg-Al-Ca)等，其中，可列举出不含对人体有害的铝、稀有金属，含镁90质量％以上，且含有Zn、Zr及Mn作为次要成分的镁合金。在本发明中，表面改性镁合金优选由下述镁合金构成，即，含有90质量％以上的镁(Mg)作为主要成分，含有锌(Zn)、锆(Zr)及锰(Mn)作为次要成分，且不含钪(Sc)、钇(Y)、镝(Dy)、钐(Sm)、铈(Ce)、钆(Gd)、镧(La)、中的至少一种稀土及铝(A1)，并且选自由由铁(Fe)、镍(Ni)、铬(Co)及铜(Cu)组成的组中的不可避免的杂质的含量在30ppm以下的镁合金。通过具有该构成，可以确保生物安全性和机械特性。

为了提高生物安全性和机械特性，更优选Mg的含量为93质量％以上，进一步优选为95质量％以上。

通过不含Sc、Y、Dy、Sm、Ce、Gd、La中的至少一种稀土和Al，能够防止对人体造成危害。

本发明中优选的镁合金以质量％计，含有0.95～2.00％的Zn、0.05％以上且小于0.30％的Zr、0.05～0.20％的Mn，且剩余部分由Mg和不可避免的杂质构成，并具有平均结晶粒径为1.0～3.0μm且标准偏差为0.7以下的粒径分布。

在本发明中，确认到了通过将镁合金的组成控制在上述范围内，塑性加工性增高、通过合金的粒径微细化及均匀化而使断裂伸长率等特性增高等优点。

上述构成的镁合金由于能够避免形成成为破坏起点的粗颗粒析出物，因此能够抑制变形时或变形后发生破坏的可能性。另外，虽然为了合金的结晶粒径微细化而添加的Zr有时会形成析出物，但该析出物通常以纳米尺寸(小于100nm的尺寸)分散在母相中，几乎可忽略其对合金的变形或腐蚀带来的影响。

锌(Zn)：以质量％计为0.95％以上且2.00％以下

Zn与Mg固溶，为了提高合金的强度、伸长率而添加Zn。若Zn的添加量小于0.95％，则无法获得所需的效果。若Zn的含量大于2.00％，则会超过固溶限，形成富集有Zn的析出物而使耐腐蚀性降低，因此不优选。因此，将Zn的含量设为0.95％以上且2.00％以下。Zn的含量也可以小于2.00％。

锆(Zr)：以质量％计为0.05％以上且小于0.30％

Zr几乎不与Mg固溶，会形成微细的析出物，具有防止合金的结晶粒径粗化的效果。若Zr的添加量小于0.05％，则无法获得添加Zr所带来的效果。若添加量为0.30％以上，则析出物的量增多，粒径微细化的效果降低。此外，析出物发生偏析的位置会成为腐蚀或破坏的起点。因此，将Zr的含量设为0.05％以上且小于0.30％。Zr的含量也可以为0.10％以上且小于0.30％。

锰(Mn)：以质量％计为0.05％以上且0.20％以下

Mn在合金的微细化及提高耐腐蚀性方面具有效果。若Mn的含量小于0.05％，则无法获得所需的效果。若Mn的含量大于0.20％，则塑性加工性降低。因此，将Mn的含量设为0.05％以上且0.20％以下。优选的Mn含量为0.10％以上且0.20％以下。

(不可避免的杂质)

在医疗用镁合金中，优选还对不可避免的杂质的含量进行控制。由于Fe、Ni、Co、Cu会促进镁合金的腐蚀，因此优选将各自的含量设为小于10ppm，进一步优选设为5ppm以下，优选基本上不含Fe、Ni、Co、Cu。优选将不可避免的杂质的总量设为30ppm以下，进一步优选设为10ppm以下。此外，优选基本上不含稀土元素及铝。此处，若在合金中的含量小于1ppm则视作基本上不含。不可避免的杂质的含量例如可通过ICP发光分光分析来进行确认。

(镁合金的制造)

上述镁合金可按照常规的镁合金的制法，通过以下方式制造：向坩埚内投入Mg、Zn、Zr、Mn的原料金属块或合金，以650～800℃的温度进行熔解、铸造。可根据需要，在铸造后进行固溶热处理。原料金属块中不包含稀土类(及铝)。此外，通过使用高纯度的原料金属块，能够抑制杂质中的Fe、Ni、Co、Cu的量。对于杂质中的Fe、Ni、Co，也可以在进行了熔融的阶段通过除铁处理来去除。且/或可以使用经蒸馏冶炼的原料金属块。

(金属组织和机械特性)

通过控制上述的组成及制造方法，能够将镁合金制成对粒径分布进行观察时平均结晶粒径为1.0～3.0μm、例如为1.0～2.0μm，标准偏差为0.7以下、例如为0.5～0.7的具有微细且均匀的组织的镁合金。优选标准偏差为0.65以下。能够将包含Zr的细粒的析出物制成粒径小于500nm，优选制成粒径小于100nm。优选不包括Zr析出物的母相为Mg-Zn-Mn三元合金的完全固溶体。

在基于JIS Z2241的测定中，合金具有以下机械特性：拉伸强度为230～380MPa、例如为250～300MPa，屈服强度为145～220MPa，断裂伸长率为15～50％、例如为25～40％。其中，优选拉伸强度大于280MPa。优选断裂伸长率大于30％。

(镁合金的形状)

所述镁合金具有轮状、板状、杆状、管状、带状、丝状、环状或者上述形状中的一种或多种组合而成的形状，使用根据镁合金的用途而选择的形状的镁合金来形成上述的第一层与第二层。

(氟化镁层的形成)

对具有规定形状的镁合金表面实施氟化处理。只要能够形成MgF₂层，则氟化处理的条件没有特别的限定，例如能够将镁合金浸渍在氢氟酸水溶液等的处理液中而实施氟化处理。在浸渍时，例如以50～200ppm、优选以80～150ppm实施振荡。然后，取出形成了MgF₂层的镁合金，用清洗液(例如，丙酮水溶液)充分清洗。作为清洗，例如进行超声波清洗，在清洗后使镁合金干燥时，优选采用在减压下、在50～60℃下干燥24小时以上的方法。

(氟化镁层的构成)

氟化镁层以氟化镁为主要成分而构成。例如可以构成为含有90％以上的MgF₂作为主要成分。进一步，也可以含有MgO以及Mg(OH)₂这样的氧化物以及氢氧化物作为次要成分。另外，氟化镁层也可以含有除镁以外的构成上述目标医疗用具的金属的氧化物以及氢氧化物。

(氟化镁层的层厚)

就发挥防腐蚀性而言，优选氟化镁层的层厚为0.5μm以上，就发挥变形追随性而言，优选氟化镁层的层厚为1.5μm以下。

(类金刚石碳层的形成)

含硅类金刚石碳镀层能够通过使用化学气相沉积(CVD)法而形成。

图3为用于形成类金刚石碳层的装置的截面示意图，示出了放电用电源为高频电源的等离子体CVD装置。等离子体CVD装置1具有将兼具基板支架功能的电极板2设置于下部的真空容器3，且在该电极板2上载置形成有氟化镁层的镁合金(基板)4。电极板2与高频(RF)电源5以及隔直流电容器6连接

真空容器3中设有气体导入管线7和连接着排气系统(未图示出)的排气口8，其中，通过气体导入管线7导入作为原料气体的含碳元素的气体[甲烷气体、乙炔气体等C系气体]或含硅和碳元素的气体[四甲基硅烷(TMS)等Si-C系气体]、与轰击处理用气体(Ar等非活性气体)。气体导入管线7经由各质量流量控制器11、12与原料气体供给装置9以及轰击气体供给装置10连接。真空容器3接地。

在电极板2上载置形成有氟化镁层的镁合金4，通过排气系统(未图示出)自排气口8进行排气，从而将真空容器3内调节至规定的压力。自原料气体供给装置9供给作为原料气体的C系气体(例如乙炔)或Si-C系气体(例如四甲基硅烷)，通过质量流量控制器11调节流量并将气体导入至真空容器3内。此时，自高频电源5向电极板2施加高频(RF)，从而使导入至真空容器3内的C系气体或Si-C系气体等离子体化。

此时，通过在载置了形成有氟化镁层的镁合金4的电极板2上形成自偏压，等离子体中的阳离子被吸引至镁合金4，进而在镁合金4的氟化镁层表面局部形成致密的类金刚石碳薄膜或含硅的类金刚石碳薄膜。

具体而言，将作为原料气体的含碳元素的C系气体或含硅和碳元素的Si-C系气体，以流量为50～250sccm，优选以流量为100～200sccm(cm³/分，其中，1气压，0℃)，压力为1～5Pa的方式导入至载置有基材的腔室内，并对RF电极施加100～500W的高频电力。由此，优选形成类金刚石碳镀层或含硅的类金刚石碳镀层。

作为含碳元素的C系气体，可以使用例如以甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、乙炔、苯等为主要成分的气体，作为含硅和碳元素的Si-C系气体，可以使用例如以单甲基硅烷、三乙基硅烷、四甲基硅烷等为主要成分的气体。其中优选使用四甲基硅烷等。

此外，在形成含硅类金刚石碳镀层的情况下，作为原料气体，也可以混合使用一种以上的至少含硅的硅系气体与一种以上的至少含碳元素的碳元素气体(烷烃等)。

如此，通过等离子体CVD法将作为原料气体的C系气体(乙炔等)或Si-C系气体(例如四甲基硅烷)离子化，并在镁合金4的氟化镁层的表面形成类金刚石碳膜，从而能够获得在氟化镁层上形成有类金刚石碳层的表面改性镁合金。

(类金刚石碳层的构成及层厚)

在本发明中，通过在氟化镁层上形成厚度为10nm～5μm的较薄的类金刚石碳层，能够在不阻碍生物可吸收性的前提下大幅提高Mg合金的耐腐蚀性。若厚度过薄，则存在防腐蚀效果不充分的倾向，若过厚，则存在阻碍生物可吸收性的倾向。

(生物可降解树脂层)

在本发明中，也可在类金刚石碳层表面的整个区域或部分区域形成生物可降解聚合物层。作为生物可降解聚合物，可列举出聚酯等，例如可列举出聚-L-乳酸(PLLA)、聚-D,L-乳酸(PDLLA)、聚乳酸-乙醇酸(PLGA)、聚乙醇酸(PGA)、聚己内酯(PCL)、聚乳酸-ε-己内酯(PLCL)、聚乙醇酸-ε-己内酯(PGCL)、聚对二氧环己酮、聚乙醇酸-三亚甲基碳酸酯、聚-β-羟基丁酸等。

(药剂)

根据使用本发明的表面改性镁合金的治疗目的，可在生物可降解树脂层中含有药物。

(医疗用途)

所得到的表面改性镁合金作为骨外科植入物用合金、口腔外科植入物用合金、整形外科植入物用合金、循环器官支架用合金、下肢支架用合金或脑外科植入物用合金而被应用于对患者的治疗。作为具体实例，可列举出用于吻合器、缝合针等缝合器具的合金；用于骨针、骨螺钉等骨接合构件的合金；用于消化器官、食道等的管腔区域治疗植入物的合金；用于动脉瘤线圈的合金等。

(镁合金的制造例)

作为材料，准备Mg、Zn、Mn、Zr的高纯度原料金属块。以使各金属成为表1中记载的成分浓度的方式，分别秤量这些高纯度原料金属块并将其投入坩埚中，对以730℃进行熔融、搅拌而成的熔体进行铸造，制成铸块，得到主要成分的配比在本发明范围内的制造例1、制造例2的镁合金。所使用的原料中不包含作为不可避免的杂质的稀土元素及铝。作为镁原料金属块，使用杂质Cu的浓度低且纯度为99.99％的镁原料金属块，并在炉内进行除铁处理以从金属熔体中去除铁、镍。使用ICP发光分光分析仪(Agilent Technologies,Inc.制造，AGILENT 720 ICP-OES)，测定以上述方式得到的试样的杂质浓度。制造例1与制造例2的成分如表1所示。Fe、Ni、Cu的浓度均为8ppm以下(Ni、Cu为3ppm以下)，且未检测出Al及稀土元素，Co也在检测限以下。杂质浓度的总量为11ppm。

[表1]

表1

[机械特性的测定]

通过热挤压加工将制造例的各合金制成圆棒材料，并按照JIS Z2241测定拉伸强度、屈服强度以及断裂伸长率。将其结果示于表2。

[表2]

表2

(Mg合金的制造例3)

作为材料，准备Mg、Zn、Mn、Zr的高纯度原料金属块。以使各金属成为以下记载的成分浓度的方式，分别秤量这些高纯度原料金属块并将其投入坩埚中，对以730℃进行熔融搅拌而得到的熔体进行铸造，制成铸块。所使用的原料中不包含作为不可避免的杂质的稀土元素及铝。

作为镁原料金属块，使用杂质Cu的浓度低且纯度为99.9％的镁原料金属块，并在炉内进行除铁处理以从金属熔体中去除铁、镍。

使用ICP发光分光分析仪(Agilent Technologies,Inc.制造，AGILENT 720 ICP-OES)，测定所得到的铸块的杂质浓度。

所得到的铸块的成分浓度(质量％)如下所示，且不含铝和稀土。

Mg剩余部分、Zn 1.5％、Mn 0.4％、Zr 0.4％、

上述铸块中以下述浓度包含作为不可避免的杂质的Fe、Ni、Co及Cu。

Fe 5ppm、Ni 5ppm、Co ND(检测限以下)、Cu 1ppm

(镁板的制造)

将制造例3的镁合金铸块加工成图2所示的形状(厚度：1mm)(图2所示的尺寸(dimension)为mm)，将其作为镁合金基材A。

此外，将制造例3的镁合金铸块加工成盘状(直径50mm×厚度1mm)，将其作为镁合金基材B。

(镁合金基材的电解抛光)

用酸性溶液去除附着在所得到的镁合金基材表面的氧化物。接着，将该镁合金基材作为阳极侧浸渍在电解液中，经由直流电源将其与作为阴极侧的金属板连接后，通过施加电压而对阳极的镁合金基材进行镜面抛光，得到平滑表面。为了使施加电压时的粘液层稳定，以一边搅拌电解液一边使温度保持恒定的方式进行控制。此外，为了抑制在阴极产生气泡，适当地重复施加电压和切断电压。另外，若从阴极游离的气泡附着于镁合金基材，则会导致表面精度不良。

使用所得到的镜面性状镁合金基材，制作下述的实施例及比较例中示出的样本。

(重量残留率和拉伸强度残留率的评价方法)

将所得到的样本浸渍于人工血浆(EMEM+10％FBS)后，在37℃·5％CO₂气氛下，以100rpm进行浸渍及振荡。浸渍28天后，用铬酸对取出的样本进行超声波清洗，完全去除氢氧化镁等的腐蚀产物，评价浸渍前后的重量残留率(n＝5)。

另一方面，以相同方式对所得到的样本进行浸渍及振荡，并在28天后，清洗取出的样本并去除腐蚀产物，将样本夹紧在拉伸试验机中并以5mm/分钟的十字头速度(crossheadspeed)实施拉伸试验，评价浸渍前后的拉伸强度残留率(n＝5)。

[实施例1]

将镜面性状镁合金基材A浸渍在27M氢氟酸水溶液中并以100rpm进行振荡。用水、丙酮对24小时后取出的样本充分进行超声波清洗后，在减压下以60℃干燥24小时，得到形成有氟化镁层(厚度1μm)的样本。通过CVD法在该样本上形成厚度为1μm的类金刚石碳层，从而得到在氟化镁层上具有类金刚石碳层的样本。

[实施例2]

将以与实施例1相同的方法得到的样本在将1％聚乳酸溶解于THF而得到的1％溶液中浸渍3分钟。将从溶液中取出的样本在减压下以60℃干燥24小时，得到依次具有氟化镁层、类金刚石碳层、聚乳酸层的样本。

[比较例1]

将镜面性状镁合金基材A浸渍在27M氢氟酸水溶液中并以100rpm进行振荡。用水、丙酮对24小时后取出的样本充分进行超声波清洗后，在减压下以60℃干燥24小时，从而得到形成有氟化镁层(厚度1μm)的样本。

[比较例2]

得到通过CVD法在镜面性状镁合金基材A(未实施氟化处理)上形成有厚度为1μm的类金刚石碳层的样本。

[比较例3]

将以与比较例2相同的方法得到的样本在将1％聚乳酸溶解于THF而得到的1％溶液中浸渍3分钟。将从溶液中取出的样本在减压下以60℃干燥24小时，从而得到在类金刚石碳层上具有聚乳酸层的样本。

对于上述样本，将重量残留率的测定结果示于表3，将拉伸强度残留率的测定结果示于表4。另外，浸渍前的样本的重量为0.36±0.1g，浸渍前的拉伸强度为310±10MPa。

[表3]

表3浸渍前后的样本的重量残留率[％]

	浸渍前	浸渍后
			实施例1	100	98.8±0.6
实施例2	100	97.9±0.8
			比较例1	100	94.8±1.2
比较例2	100	86.5±3.1
			比较例3	100	88.1±4.3

[表4]

表4浸渍前后的样本的拉伸强度残留率[％]

	浸渍前	浸渍后
			实施例1	100	95.0±1.9
实施例2	100	94.8±1.2
			比较例1	100	87.8±2.9
比较例2	100	79.9±3.8
			比较例3	100	78.7±4.1

与不具有类金刚石碳层的样本(比较例1)及不具有氟化镁层的样本(比较例2及比较例3)相比，本发明的样本(实施例1及实施例2)的重量以及拉伸强度的降低率显著较小，暗示了可通过氟化镁层与类金刚石碳层的两层构造，获得优异的防腐蚀效果。

(基于小鼠皮下植入的炎症性评价方法)

具有优异的防腐蚀性的样本在生物组织内能够抑制由腐蚀引起的炎症反应。因此，通过对组织的炎症性进行评价，能够掌握样本的防腐蚀性。

将所得到的测试样本植入小鼠的背部皮下(2个/只)后，在第60天以下述四个等级对组织的炎症性进行打分评价(n＝5)。

[表5]

等级	评价标准
		0	在支撑物(strut)周围未观察到炎症细胞
1	在支撑物周围发现了少量炎症细胞
		2	在支撑物周围发现了50％以上的面积的炎症细胞
3	支撑物周围均被炎症细胞包围

[实施例3]

将镜面性状镁合金基材B浸渍在27M氢氟酸水溶液中并以100rpm进行振荡。用水、丙酮对24小时后取出的样本充分进行超声波清洗后，在减压下以60℃干燥24小时，从而得到形成有氟化镁层(厚度1μm)的样本。通过CVD法在该样本上形成厚度为1μm的类金刚石碳层，从而得到在氟化镁层上具有类金刚石碳层的样本。

[实施例4]

将以与实施例3相同的方法得到的样本在将1％聚乳酸溶解于THF而得到的1％溶液中浸渍3分钟。将从溶液中取出的样本在减压下以60℃干燥24小时，从而得到在氟化镁层及类金刚石碳层上具有聚乳酸层的样本。

[比较例4]

将镜面性状镁合金基材B浸渍在27M氢氟酸水溶液中并以100rpm进行振荡。用水、丙酮对24小时后从溶液中取出的样本充分进行超声波清洗后，在减压下以60℃干燥24小时，从而得到形成有氟化镁层(厚度1μm)的样本。

[比较例5]

得到通过CVD法在镜面性状镁合金基材B(未实施氟化处理)上形成有厚度为1μm的类金刚石碳层的样本。

[比较例6]

将以与比较例5相同的方法得到的样本在将1％聚乳酸溶解于THF而得到的1％溶液中浸渍3分钟。将从溶液中取出的样本在减压下以60℃干燥24小时，从而得到在类金刚石碳层上具有聚乳酸层的样本。

将实施例3～4及比较例4～6中得到的样本的炎症性评价结果示于表5。

[表6]

表5小鼠皮下植入第60天的炎症评分

	①	②	③	④	⑤	平均
							实施例3	1	1	0	1	1	1.0±0.0
实施例4	1	1	1	1	1	1.0±0.0
							比较例4	1	2	2	2	2	1.8±0.4
比较例5	2	2	2	2	1	1.8±0.4
							比较例6	2	2	2	2	2	2.0±0.0

(注)①～⑤：表示样本编号。

与不具有类金刚石碳层的样本(比较例4)及不具有氟化镁层的样本(比较例5及比较例6)相比，本发明的样本(实施例3及实施例4)的组织的炎症评分显著较小，暗示了可通过氟化镁层与类金刚石碳层的两层构造，得到优异的防腐蚀效果。

工业实用性

本发明通过提供一种具有可以有效延迟镁合金结构体的加速腐蚀所造成的机械强度降低的氟化镁层及形成于氟化镁层上的类金刚石碳层的表面改性镁合金，对医疗技术的发展做出了贡献，因此工业上的实用性极大。

如上所述，一边参照说明书附图一边对优选的实施例进行了说明，但本领域技术人员可根据本申请说明书和说明书附图容易地想到在显而易见的范围内的各种变更及修改。因此，可根据权利要求书将这样的变更及修改解释为属于发明的范围内。

附图标记说明

a：Mg合金；b：第一包覆层(氟化镁层)；c：第二包覆层(类金刚石碳层)；1：类金刚石碳层形成装置；2：电极板；3：真空容器；4：基板(形成有氟化镁层的镁合金)；5：RF(高频)电源；6：隔直流电容器；7：气体导入管线；8：排气口；9：原料气体供给装置；10：轰击气体供给装置；11：质量流量控制器；12：质量流量控制器。

Claims (11)

1.一种表面改性镁合金，其由具有任意形状的镁合金、对镁合金表面实施氟化处理而形成的氟化镁层及形成于所述氟化镁层上的类金刚石碳层构成。

2.根据权利要求1所述的表面改性镁合金，其中，

以质量％计，所述镁合金含有0.95～2.00％的Zn、0.05％以上且小于0.30％的Zr、0.05～0.20％的Mn，且剩余部分由Mg和不可避免的杂质构成，

所述镁合金具有平均结晶粒径为1.0～3.0μm且标准偏差为0.7以下的粒径分布。

3.根据权利要求1或2所述的表面改性镁合金，其中，

所述镁合金具有轮状、板状、杆状、管状、带状、丝状、环状或者上述形状中的一种或多种组合而成的形状。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的表面改性镁合金，其中，

所述表面改性镁合金为用于骨外科植入物的合金、用于口腔外科植入物的合金、用于整形外科植入物的合金、用于心血管外科植入物的合金或用于脑外科植入物的合金。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的表面改性镁合金，其中，

所述表面改性镁合金为(1)用于非管腔区域治疗植入物的合金、或(2)用于管腔区域治疗植入物的合金，所述非管腔区域治疗植入物包括血管夹、吻合器、缝合线、缝合针等缝合器具、及骨针、骨螺钉、缝线锚钉等骨接合构件，所述管腔区域治疗植入物包括消化器官、食道等的治疗植入物、循环器官支架、下肢支架及动脉瘤线圈。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的表面改性镁合金，其中，

所述氟化镁层的层厚为0.5～1.5μm。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的表面改性镁合金，其中，

所述类金刚石碳层的层厚为10nm～5μm。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的表面改性镁合金，其中，

所述类金刚石碳层为含硅类金刚石碳层。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的表面改性镁合金，其中，

在所述类金刚石碳层的部分表面上形成有生物可降解聚合物层。

10.一种表面改性镁合金的制造方法，其中，

(1)对具有任意形状的镁合金表面实施氟化处理，从而在所述镁合金表面形成氟化镁层，然后，

(2)将形成有所述氟化镁层的镁合金配置于高频等离子体CVD装置，导入含有碳元素的原料气体，从而在所述氟化镁层上形成类金刚石碳层，

所述表面改性镁合金在所述镁合金表面具有氟化镁层和在所述氟化镁层上的类金刚石碳层。

11.根据权利要求10所述的表面改性镁合金的制造方法，其中，

所述含碳元素的原料气体为含碳元素与硅元素的原料气体，且在所述氟化镁层上形成含硅类金刚石碳层。

Images