一种生物医用可降解Mg‑Zn‑Y‑Nd‑Cu合金及其制备方法技术

一种生物医用可降解Mg‑Zn‑Y‑Nd‑Cu合金及其制备方法，属于生物可降解镁合金材料领域，按重量百分比计，该合金材料具体组分包括：Zn：1.0%~3.0%；Y：0.3%~0.5%；Nd 0.4%~0.5%；Cu 0.1~0.5%；余量为Mg。本发明专利技术Mg‑Zn‑Y‑Nd‑Cu合金不仅具有良好生物相容性，而且具有优异的力学性能和腐蚀性能，还兼具长效抗菌，促进成骨和促进内皮细胞快速生长和增殖等多种生物医学性能，能够有效降低植入物部位发生感染的几率，并调控成骨细胞及内皮细胞的生物学功能，实现快速内皮化，促进病变血管的修复和再生，在骨科用内植入和血管支架用内植入等医疗领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物医用可降解镁合金材料领域，具体涉及一种兼具长效抗菌，促进成骨和促进血管化功能的生物医用可降解Mg-Zn-Y-Nd-Cu合金及制备方法。
技术介绍
近年来，随着人们生活水平的提高，包括冠状动脉硬化、心肌梗塞、心肺血管功能障碍等心血管疾病患者日益增多。心血管疾病已经逐渐成为导致人类死亡的首要疾病之一。血管支架介入治疗是临床较为成熟的有效治疗手段之一。微小的支架的植入，使得心肌缺血和冠心病等临床病症在手术后可立刻得到缓解，并且病人在术后24h即可步行出院，疗效显著。传统意义上，理想的惰性血管支架材料需要具有高强韧性、良好的生物相容性、好的可视性、可靠地膨胀性和高的膨胀比。不锈钢（316LSS）、镍钛合金和钴铬合金等材料由于高的强韧性、好的耐蚀性成为临床上广泛使用的三大血管支架材料。传统的惰性支架材料植入血管后，作为永久性异物存在于人体病变部位，造成排异反应和长期的物理刺激和慢性的局部炎症，延缓再内皮化，容易产生血栓，导致再狭窄。因此，可降解血管支架材料近年来逐渐成为各国科学家研究的热点之一。镁及镁合金作为血管支架材料近年来成为生物材料领域中的一个研究热点。镁合金作为可降解血管支架材料主要有以下优点：（1）良好的生物相容性。镁是人体必需的营养元素，在人体中正常含量为25g，绝大多数存在于骨骼、牙齿和软组织中，镁具有多种生理功能，参与体内一系列新陈代谢过程。（2）镁合金的密度为1.74~2.0g/cm3，与人骨密度1.8~2.1g/cm3相近。（3）镁合金具有较好的比强度和比刚度，杨氏模量为41~45GPa，接近人骨的弹性模量（20GPa左右），能够有效缓解应力遮挡效应。（4）镁合金具有可降解性，且降解产物能够被人体完全吸收。2003年，德国人Heublein等人首先用AE21镁合金制备了冠状动脉支架，将20只AE21支架成功植入到11只猪动脉内。2005年，Zartner等人首次将可降解镁合金支架（AMS）成功植入到一名幼儿的左肺动脉内，实现了首次镁合金血管支架对患者的成功介入治疗。2009年，中国科学院沈阳金属研究所与中国医科大学第一附属医院合作，成功将新开发的可降解镁合金血管支架植入到14只兔子体内。这是目前国内报道的首例关于镁合金支架的动物体内置入实验。尽管临床应用已经证实镁合金能够满足生物安全性的要求，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，限制了镁合金作为植入材料的应用。此外，植入物作为异物植入体内，容易诱发排异反应，产生炎症，致使周围新生组织形成缓慢等问题也阻碍了可降解镁合金走向临床应用的步伐。因此，在保证生物安全性的前提下，在降低镁合金在体液中的腐蚀降解速率的同时，赋予镁合金一些对患者康复有益的重要的生理功能，成为镁合金作为医用材料走向临床的关键。锌元素，在生物学上，锌是一种人体必需的微量元素。锌元素对细胞生长发育有重要影响，是脱氢酶类，DNA聚合酶，碳酸酐酶等的辅因子。同时，锌是人体新陈代谢活动必须的营养元素，缺锌会导致口、眼、肛门或外阴部红肿、丘疹、湿疹等疾病。锌增加熔体流动性，是一种弱晶粒细化剂。锌会扩大合金的结晶温度间隔，使合金的缩松倾向显著增加。同时，多数研究表明适量稀土元素Y、Nd对人体无毒，且具有抗癌作用；同时Nd能够提高镁合金材料的抗凝血性能。Y、Nd稀土元素不仅能在镁合金熔炼过程中起到净化、除杂作用，而且Y、Nd可有效细化晶粒，提高力学性能及耐蚀性；Nd还可以均匀组织，提高室温力学性能。铜是人体必须的微量元素，铜在正常成人体内含量约为100~150mg，是人体中含量位居第二的必需微量元素，主要分布在肌肉、骨骼和肝脏中，对维持人的正常生命活动发挥着重要的作用。铜缺乏可导致生长和代谢的紊乱。铜在人体内作为一种高效的催化剂，参与人体内多种酶的组成，生命代谢的许多环节，具有极其重要的生理生化作用。铜能起到一种独特的催化剂作用，参与细胞色素C及多种金属酶的合成，能促进血管基质胶原和弹性蛋白合成。由于基质胶原能使心肌细胞聚集，弹性蛋白具有使心脏血管保持弹性的功效，很好地营养心血管，增加血管韧性。铜能够促进造血机能，维护毛发正常结构及神经系统的结构和功能，抑制血栓和动脉平滑肌的变形，促进病变血管修复和再生，促进生长发育，保证内分泌功能的正常，具有多种生理功能。此外，铜离子具有强烈的广谱抗菌功能，通过破坏细菌细胞膜结构致使细菌死亡，对于金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等多种细菌都有强烈的杀灭作用。2005年，Heidenau等人将铜离子加入到钛合金表面的二氧化钛涂层中，体外细菌检测实验表明，含铜的涂层具有明显的杀菌效果。中科院金属研究所的杨柯等人将铜加入到317L不锈钢中，体内外实验均表明，含铜不锈钢具有明显的抗菌和抑制细菌生物膜形成的效果。根据以上
技术介绍
，本专利技术设计了一种Mg-Zn-Y-Nd-Cu合金，在保证力学性能、耐腐蚀性能良好的前提下，不仅具有强烈的抗菌作用，而且能够促进内皮细胞增殖，促进病变血管修复和再生的功能，从而减少或避免可降解镁合金植入物周围组织细菌性炎症反应的发生，并对新生血管内皮细胞的生长起到促进作用。目前国内外还没有文献或者专利提出Mg-Zn-Y-Nd-Cu系合金用作生物医用材料。
技术实现思路
针对现有生物医用可降解镁合金材料存在的不足，本专利技术的目的旨在提供一种兼具抗菌、促进成骨和促进血管化等多重功能的生物医用可降解Mg-Zn-Y-Nd-Cu合金及制备方法。该合金不仅具备优异的生物相容性，良好的力学性能和耐腐蚀性能，还兼具长效抗菌功能，以及促进成骨和促进血管化的功能。该合金作为一种兼具优异综合性能性能和多种生物医学功能的医用可降解镁合金材料，具有良好的临床应用前景。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种生物医用可降解Mg-Zn-Y-Nd-Cu合金，由以下重量百分比的各组分组成：Zn：1.0%~3.0%；Y：0.3%~0.5%；Nd：0.4%~0.5%；Cu：0.1~0.5%；余量为Mg。所述生物医用可降解Mg-Zn-Y-Nd-Cu合金的制备方法，以高纯镁锭、高纯锌锭、Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金和Mg-Cu中间合金为炉料熔炼制成铸态Mg-Zn-Y-Nd-Cu合金，炉料中Zn，Y，Nd的用量为其在Mg-Zn-Y-Nd-Cu合金中含量的1.1-1.6倍，Cu的用量为其在Mg-Zn-Y-Nd-Cu合金含量的1.1~1.5倍。进一步地，Mg-Y中间合金为Mg-30wt%Y中间合金，Mg-Nd中间合金为Mg-30wt%Nd中间合金，Mg-Cu中间合金为Mg-30wt%Cu中间合金，高纯镁锭和高纯锌锭的纯度≥99.9wt%。上述的生物医用可降解Mg-Zn-Y-Nd-Cu合金的制备方法，具体包括如下步骤：（1）按所述比例称取原材料高纯镁锭、高纯锌锭、Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Cu中间合金；（2）将刷过涂料的坩埚放入电阻炉中加热，待炉温升至350℃~500℃后，向电阻炉中通入保护气；（3）通保护气10~20min后，加入高纯镁锭，升温至700℃~730℃，保温至镁锭完全熔化（大约需15~20min）；（4）放入Mg-Y、Mg-Nd中间合金，升温至730℃~760℃，保温至完全熔化（大约需15~25min）后，搅拌均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物医用可降解Mg‑Zn‑Y‑Nd‑Cu合金，其特征在于，由以下重量百分比的各组分组成：Zn：1.0%~3.0%；Y：0.3%~0.5%；Nd 0.4%~0.5%；Cu 0.1~0.5%；余量为Mg。

【技术特征摘要】
1.一种生物医用可降解Mg-Zn-Y-Nd-Cu合金，其特征在于，由以下重量百分比的各组分组成：Zn：1.0%~3.0%；Y：0.3%~0.5%；Nd0.4%~0.5%；Cu0.1~0.5%；余量为Mg。2.一种制备如权利要求1所述的生物医用可降解Mg-Zn-Y-Nd-Cu合金的方法，其特征在于，以高纯镁锭、高纯锌锭、Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金和Mg-Cu中间合金为炉料熔炼制成铸态Mg-Zn-Y-Nd-Cu合金，炉料中Zn，Y，Nd的用量为其在Mg-Zn-Y-Nd-Cu合金中含量的1.1-1.6倍，Cu的用量为其在Mg-Zn-Y-Nd-Cu合金含量的1.1~1.5倍。3.如权利要求2所述的生物医用可降解Mg-Zn-Y-Nd-Cu合金的制备方法，其特征在于，Mg-Y中间合金为Mg-30wt%Y中间合金，Mg-Nd中间合金为Mg-30wt%Nd中间合金，Mg-Cu中间合金为Mg-30wt%Cu中间合金，高纯镁锭和高纯锌锭的纯度≥99.9wt%。4.如权利要求3所述的生物医用可降解Mg-Zn-Y-Nd-Cu合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）按所述比例称取原材料高纯镁锭、高纯锌锭、Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Cu中间合...

【专利技术属性】
技术研发人员：关绍康，屈长城，常蕾，王俊，冷文才，王利国，王剑锋，周轶凡，朱世杰，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41