一种具有抗菌功能的医用钽铜合金及其制备制造技术

本发明专利技术提供了一种新型医用抗菌钽铜(Ta-Cu)合金及其制备方法，其化学成分为重量百分比：铜(Cu)：5-20％，余量为钽(Ta)。本发明专利技术采用热等静压的方法制备医用钽铜合金，经过优化的制备工艺参数可以获得具有优良力学性能和抗菌功能的钽铜合金。所得医用钽铜合金具有独特的抗菌功能，能够显著降低现有医疗技术中钽基合金植入医疗器械使用中引发的细菌感染风险，主要用于缝合骨、肌腱、筋膜及牙齿固定，或用于内脏手术的缝合，也可广泛应用于骨科、口腔科、心血管支架介入等医学临床领域中使用的各类钽铜合金植入医疗器械。

【技术实现步骤摘要】
一种具有抗菌功能的医用钽铜合金及其制备
本专利技术属于生物材料
，特别适用于医用金属材料领域，具体为一种具有抗菌功能的医用钽铜合金及其制备。
技术介绍
金属钽以其优良的化学稳定性、优异的生物学特性和独特的结构性质已经引起生物医学界的广泛关注。与现有医用金属材料相比，钽主要具有两方面的明显优势：(1)钽具有更为优异的化学稳定性和耐蚀性能，常温下，钽与盐酸、浓硝酸甚至“王水”都不发生化学反应，一般的无机盐对钽均没有腐蚀作用；(2)钽的生物相容性极佳，植入一段时间后，生物组织易在钽表面上生长，所以钽又有“亲生物金属”之称。金属钽的诸多优势为其在医疗领域的应用提供了广阔的发展空间。目前金属钽在医疗领域中有如下应用：由于钽的延展性佳，可制成与头发丝相当甚至更细的细丝。钽丝作为手术缝合线具备灭菌简易、刺激较小、抗张力大等优点，主要用于缝合骨、肌腱、筋膜及牙齿固定，或用于内脏手术的缝合。然而，随着医用金属材料越来越广泛的应用，随之带来的一系列问题，包括以医用金属材料植入为中心引发的术后感染(BCI)越来越频繁，已经成为临床医疗的一个重要的亟待解决的问题。世界卫生组织发布的数据表明，每年医院内有超过1400万人正在饱受细菌感染诱发的炎症等带来的痛苦，其中60％的细菌感染与植入物的使用有关。在骨科领域，在无菌操作以及全身预防性抗炎治疗前提下，第一次全髋关节置换术后的细菌感染发生率在0.5-3.0％，肿瘤切除后大量骨缺损的体内假肢置换的感染率在5-35％，2-30％的行外固定支架手术的病例存在术后感染。有统计数据表明：表皮葡萄球菌和金黄色葡萄球菌是引发骨科植入器械感染的主要细菌，比例分别为34％和32％，其它球菌比例13％。因此，医用金属材料引发的细菌感染已经成为制约其发展的重要因素之一。此外，良好的生物相容性也是医用金属材料必须具备的性能之一。生物相容性是指生命体组织对材料产生反应的一种性能，包括组织相容性和血液相容性。良好的生物相容性是对植入物材料的首要要求。材料的生物相容性包括组织相容性与血液相容性，是评价新型生物材料必须考虑的问题。因此，现有技术的不足在于：目前还没有自身具有抗细菌感染，并兼具优异生物相容性的医用金属植入材料。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提出了一种具有优异的生物相容性能的抗菌功能的新型医用钽铜合金，以解决现有金属植入材料自身不具有抗细菌感染功能的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：在医用钽金属中添加适量的铜元素(Cu)，其化学成分为重量百分比：铜(Cu)：5-20％，余量为钽(Ta)。该合金中其它杂质元素含量应符合医用钽基合金国家标准中的相应要求。其中Cu元素的重量百分比优选为：Cu：10-15％。该合金具有显著的抗菌性能，且兼具优异的生物相容性，不仅有望降低钽金属植入器件在临床使用中周围组织的感染发生率，还能显著提高组织与钽金属器件的生物相容性，进而提升了钽金属植入器件的医疗功效与成功率。在本专利技术的具有抗菌功能的医用钽铜合金的成分设计中，Cu是本专利技术所述医用钽铜合金中最重要的合金元素，这是保证钽铜合金具有抗菌功能并兼具优异生物相容性的必要条件，也是本专利技术的主要创新点之一。本专利技术是在医用钽金属中加入适量的铜元素，以保证微量铜离子能够从钽合金表面持久释放，从而赋予钽金属抗菌功能。如果铜含量相对较低，钽合金不能释放足量的铜离子，会降低钽合金的抗菌功能。如果铜含量相对过高，则会导致钽合金释放过多的铜离子，进而影响钽合金的耐蚀性能及生物安全性，过高的铜含量对钽合金的力学性能和加工性能也会产生负面影响。只有在本专利技术提供的Cu含量的范围内，钽铜合金才能同时保证优异的抗菌性能与生物相容性能。在本专利技术还提供了所述医用钽铜合金的制备方法，其特征在于：制备过程包括混粉和热等静压成型两个步骤。混粉：以平均粒度均小于200um的纯钽粉末和纯铜粉末为原料，将原料粉末放入混料机进行干式机械混合20-30小时。热等静压成型：将真空封装的装有合金粉末的包套在热等静压机中成型，热等静压工艺参数优选范围为1200℃-1400℃/200MPa-300MPa/4h-10h，在高温下利用各向均等的静压力进行压制得到致密化的钽铜合金。采用传统火法冶金工艺无法制备钽铜合金，过程存在较大困难。原因在于金属钽的熔点为3020℃，而铜的沸点为2563℃，用火法冶金方法冶炼钽铜合金时很容易造成金属铜的气化挥发，很难控制钽合金中铜的收到率和成分，本专利技术采用粉末冶金的方法制备具有抗菌功能的医用钽铜合金。热等静压方法是一种优选的粉末冶金制备钽铜合金的制备方法，而该方法就涉及制备参数如烧结温度，保温时间，烧结压强等的优化过程。比如，烧结温度过低，则就有可能造成材料致密度降低，进而造成材料力学性能和耐蚀性能不足的问题，烧结温度过高，还会使得钽合金中低熔点富铜相液化，严重破坏材料的力学性能和耐蚀性能。同时，保温时间较少和烧结压强过低，均会使得钽铜合金的孔隙率增加，密度降低，从而影响材料的使用性能，保温时间过长和烧结压强较大，并不会大幅提高材料的相关性能，同时还会增加设备的技术要求和制备成本。因此，只有在本专利技术提供的合适的热等静压制备工艺参数的范围内，医用钽铜合金才会保证足够的力学性能和耐蚀性能，进而才能充分发挥其抗菌功能。本专利技术所述具有抗菌功能的医用钽铜合金主要用于缝合骨、肌腱、筋膜及牙齿固定，或用于内脏手术的缝合，也可广泛应用于骨科、口腔科、心血管支架介入等医学临床领域中使用的各类钽铜合金植入医疗器械。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过粉末冶金中热等静压工艺参数的优化，制备出力学性能、耐蚀性能、抗菌性能优良的新型医用钽铜合金。2、本专利技术所述医用钽铜合金作为植入物时，可向其附近组织中持续释放微量Cu元素，不仅能够抗感染，还能有效地提高生物相容性能，可广泛应用于骨科、口腔科、心血管支架等医学临床领域中使用的各类钽金属植入医疗器械。具体实施方式根据本专利技术钽铜合金所设定的化学成分范围，采用粉末冶金的制备工艺方法，制备出实施例1-9和对比例1-7钽铜合金各1公斤，实施例1-9和对比例1-7的钽铜合金的化学成分数据见表1。表1实施例和对比例钽铜合金的化学成分(重量％)制备工艺方法包括如下步骤：(1)混合原料：以平均粒度均为45um的纯钽粉末和纯铜粉末为原料，每组按照表1的合金化学成分配比成总质量为1kg的原料粉末，将原料粉末放入混料机进行干式机械混合25小时。(2)热等静压成型：将真空封装的装有合金粉末的纯Ta包套放入热等静压机中，热等静压工艺参数如表2所示。表2热等静压工艺参数设计在高温下利用各向均等的静压力进行压制得到致密化的钽铜合金。经热等静压烧结后的试样加工成力学性能测试和生物学性能测试样品，相关测试方法和结果如下：一、钽铜合金力学性能测试将热等静压后的钽铜合金胚体取出，各例所得到的钽铜合金胚体采用阿基米德排水法测量胚体的体积密度，结果如表3所示。取部分钽铜合金用线切割的方法加工取样并标记，切割10mm×10mm×2mm规格的试样，经过打磨抛光后进行硬度测试和抗菌实验，用HVS-1000显微维氏硬度计测定试样硬度，载荷1.96N，保荷时间20S，硬度测定结果如表3所示。按国标加工成圆棒状拉伸试样，在MT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有抗菌功能的医用钽铜合金，其特征在于，其化学成分为重量百分比：铜：5‑20％，余量为钽。

【技术特征摘要】
1.一种具有抗菌功能的医用钽铜合金，其特征在于，其化学成分为重量百分比：铜：5-20％，余量为钽。2.按照权利要求1所述具有抗菌功能的医用钽铜合金，其特征在于：所述合金中铜含量为重量百分比Cu：10-15％。3.一种权利要求1所述医用钽铜合金的制备方法，其特征在于：制备过程包括混粉和热等静压成型两个步骤。4.按照权利要求3所述医用钽铜合金的制备方法，其特征在于：以平均粒度均小于200um的纯钽粉末和纯铜粉末为原料，将原料粉末放入混料机进行干式机械混合20-30...

【专利技术属性】
技术研发人员：任玲，武学强，杨春光，于晓明，孙子晴，张书源，杨柯，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21