医用可降解Zn-Cu-X合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种医用可降解Zn-Cu-X合金材料及其制备方法。前述合金材料包括如下重量百分含量的各组分；Cu：1≤Cu≤10％，X：0≤X≤4％，其余为Zn，所述元素X为Mg，Ca，Sr，Si，Fe，Mn，Ag，Y，Nd，Gd，Er，Ho或Dy中的一种或多种的混合；本发明专利技术还涉及前述合金材料的制备方法。本发明专利技术是一种由完全有生物安全性的人体营养元素Zn、Cu、X元素组成的多元可降解Zn基合金材料，具有良好的生物相容性、优异的力学性能和可调控的腐蚀速率，在医用可降解内植入材料领域具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
医用可降解Zn-Cu-X合金材料及其制备方法
本专利技术涉及的是一种可完全生物体内降解的生物医用材料领域的Zn基合金材料，具体来说，涉及的是一种医用可降解的Zn-Cu-X合金材料及其制备方法。
技术介绍
目前，手术植入人体内的医用材料一般采用的是不可降解的金属材料，例如奥氏体不锈钢、钴铬合金、医用钽、钛及其合金、镍钛形状记忆合金、铂铱合金。这些永久性植入材料的应用在临床上存在一定的弊端。因此，生物体内可降解吸收材料成为了生物材料发展的一个重要方向，目前临床应用的生物体内可降解吸收材料主要是聚合物和某些陶瓷材料，如聚乳酸、磷酸钙等等。但由于聚合物材料强度偏低、陶瓷材料的塑性较差而限制了其在临床上的广泛应用。近年来，可降解金属基医用生物材料受到了人们的特别关注，这类新型的金属基可降解医用生物材料的提出改变了人们对于金属基植入材料的传统观念，即采用生物活性材料作为金属植入材料。目前，可降解金属基生物材料主要有三大类：铁基、镁基和锌基合金，他们巧妙地利用这些合金在人体环境中易发生腐蚀的特性，来实现金属植入器件在体内逐渐降解直至最终消失的医学临床目的。同时，由于他们为金属基材料，相对于聚合物和某些陶瓷材料来说，其强度、塑性、刚度、加工性能均远优于现已开始临床医用的聚乳酸等可降解高分子材料，因而更适合在骨科和心血管介入支架方面的临床应用。前述的三类金属基生物材料中，铁基生物材料降解速率比较慢；而镁基生物材料的腐蚀降解速度又相对较快，因此对于镁基生物材料往往需要进行表面改性处理来降低其降解速度；锌基生物材料的降解腐蚀速率居于上述两类生物材料之间，其腐蚀速度最容易满足临床的需要。此外锌是人体必须的微量元素之一，成人体内的锌含量为1.4～2.3g，健康成人每天锌的膳食许可量为15～40mg，因此锌具有良好的生物相容性。然而，纯锌的力学性能较差，强度和塑性都不能满足植入的要求。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种医用生物可降解锌合金及其制备方法。选择对人体无害或者毒害性极小的合金元素对纯锌进行合金化处理，然后对合金化后的锌合金进行热处理及塑性变形加工，获得满足临床需要的可降解的锌合金医用生物材料。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现：本专利技术提供了一种医用可降解Zn-Cu-X合金材料，所述合金材料包括以下重量百分比的各元素：1≤Cu≤10％，0＜X≤4％，余量为锌；所述元素X为Mg，Ca，Sr，Si，Fe，Mn，Ag，Y，Nd，Gd，Er，Ho或Dy中的一种或多种的混合。优选地，所述X为Mg，Fe，Ag，Nd，Gd。所述Zn-Cu-X合金材料中，Cu含量过高会导致合金材料的综合力学性能下降、同时合金的腐蚀降解速率大幅度增加；Cu含量过低会时(Cu含量小于1％时)合金的延伸率较低导致合金在制备成医疗植入器械的过程中加工困难，且合金含量过低使得合金抗菌效果不明显。本专利技术还提供了一种医用可降解Zn-Cu-X合金材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S1：根据权利要求1所述的合金元素配比秤取各原料；步骤S2：依次将纯锌、含Cu原料、含X原料加热熔化，搅拌均匀，形成合金熔体；步骤S3：合金熔体经过精炼、静置、铸造后冷却得到医用可降解Zn-Cu-X合金材料。优选地，步骤S2中，所述含Cu原料为纯Cu或Cu-Zn中间合金；所述含X原料为纯X、Zn-X中间合金或者Cu-X中间合金中的一种或多种。更优选地，所述含Cu原料为Cu-Zn中间合金；所述含X原料为Zn-X中间合金。优选地，步骤S2中，所述依次将纯锌、含Cu原料、含X原料加热熔化具体为：先将纯锌加入熔化，待熔体温度上升至530～550℃时加入含Cu原料，待含Cu原料完全熔化后，再加入含X原料。更优选地，所述待含Cu原料完全熔化后，在480～510℃下加入含X原料。优选地，所述步骤S3中，采用六氯乙烷进行精炼，精炼温度为500±20℃。优选地，所述六氯乙烷的量为合金熔体总重量的0.2～0.3％。优选地，步骤S3中，所述静置温度为500±20℃，静置时间10～15min。优选地，还包括对步骤S3获得的合金材料进行均匀化处理、以及热挤压或轧制变形的处理。优选地，所述均匀化处理温度为350～380℃，处理时间6～10h；所述热挤压温度为300～320℃，挤压比为9～30:1。本专利技术通过在基体Zn中加入一定量的具有抗菌效果的Cu元素，大幅度改善合金的力学性能的同时还能使合金在生物体内环境下具有抗菌等生物学功效；同时加入另一种组元X，利用其具有促进生物体组织修复、消炎等生物学功效或是调控合金组织而调控合金力学性能、腐蚀降解性能等功效，从而进一步的改善Zn-Cu基合金的力学性能、腐蚀降解性能及生物学性能。本专利技术是一种由完全有生物安全性的人体营养元素Zn、Cu、X元素组成的多元可降解Zn基合金材料，具有良好的生物相容性、优异的力学性能和可调控的腐蚀速率，在医用可降解内植入材料领域具有重要的应用潜力，具有良好的应用前景。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、选用锌基合金作为可降解医用金属材料。众所周知，锌为人体最为基本的必要微量元素。其中，锌能促进细胞的更新，可增强人体的免疫能力，维持肌体的生长和发育。锌是许多蛋白质、核酸合成酶的成分，是上百种酶的活性中心。锌又为胰岛素成分，是维持生命正常活动的关键因素。因此，锌基合金具有良好的生物相容性。同时锌合金的腐蚀降解速率介于铁基合金和镁基合金之间，其腐蚀速率最适于临床应用。2、选用铜合金作为主要的合金化元素。铜占人体体重的百万分之一，每人约含100～150mg。成年人每天必须摄入3～5mg铜，才能维持代谢的平衡。铜的生理功用主要有如下几个方面：1)维护正常的造血机能，表现在以下两方面：①促进铁的吸收和运输；②铜蓝蛋白能促进血红素和血红蛋白的合成。2)维护骨骼、血管和皮肤的正常。铜酶赖氨酰氧化酶促进骨骼、血管和皮肤胶原和弹性蛋白的交联。3)维护中枢神经系统的健康。4)保护肌体细胞免受超氧离子的毒害。5)铜离子能够诱导内皮生长因子，促进内皮细胞的增殖，加快血管再生过程，但阻止平滑肌细胞的过度增殖；并能抑制血栓形成等功效，可有效降低血管支架等植入后引发的再狭窄率(参考文献：G.f.Hu.Copperstimulatesproliferationofhumanendothelialcellsunderculture[J].JournalofCellularBiochemistry.1998,69(3):326-335.)。6)铜离子能够通过促进骨胶原的沉积而促进骨组织的形成与生长，即具有促进成骨作用(参考文献：C.Gérard，L.-J.Bordeleau，J.Barralet，C.J.Doillon.Thestimulationofangiogenesisandcollagendepositionbycopper[J].Biomaterials.2010,31(5):824-831.)。7)铜离子具有杀菌效果，这对于植入器械具有重要价值，可以避免器件植入之后引起感染，从而减轻患者的痛苦与麻烦。8)其他：铜对胆固醇代谢、心肌细胞氧化代谢、肌体防御机能、激素分泌等许多生理、生化和病理生理过程也有影响。因此，选择铜元素为锌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种医用可降解Zn‑Cu‑X合金材料，其特征在于，所述合金材料包括以下重量百分比的各元素：1≤Cu≤10％，0＜X≤4％，余量为锌；所述元素X为Mg，Ca，Sr，Si，Fe，Mn，Ag，Y，Nd，Gd，Er，Ho或Dy中的一种或多种的混合。

【技术特征摘要】
1.一种医用可降解Zn-Cu-X合金材料，其特征在于，所述合金材料包括以下重量百分比的各元素：1≤Cu≤10％，0＜X≤4％，余量为锌；所述元素X为Mg，Ca，Sr，Si，Fe，Mn，Ag，Y，Nd，Gd，Er，Ho或Dy中的一种或多种的混合。2.一种根据权利要求1所述的医用可降解Zn-Cu-X合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：根据权利要求1所述的合金配比秤取各原料；步骤S2：依次将纯锌、含Cu原料、含X原料加热熔化，搅拌均匀，形成合金熔体；步骤S3：合金熔体经过精炼、静置、铸造后冷却得到医用可降解Zn-Cu-X合金材料。3.根据权利要求2所述的医用可降解Zn-Cu-X合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述含Cu原料为纯Cu或Cu-Zn中间合金；所述含X原料为纯X、Zn-X中间合金或者Cu-X中间合金中的一种或多种。4.根据权利要求2所述的医用可降解Zn-Cu-X合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述依次将纯锌、含Cu原料、含X原料加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄华，袁广银，丁文江，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31