一种具有骨诱导活性的医用可降解镁-锌-镁复合棒材及其制备方法技术

技术编号:24286232 阅读:73 留言:0更新日期:2020-05-26 18:32
本发明专利技术公开了一种具有骨诱导活性的医用可降解镁‑锌‑镁复合棒材,最内层为变形镁合金层,中间层为锌合金层,外层为铸造镁合金层,变形镁合金层和锌合金层,锌合金层和铸造镁合金层间均以燕尾凹槽和燕尾凸棱的形式连接,并且燕尾凸棱上沿棒材长度方向间隔设有凸起与凹槽,燕尾凹槽沿棒材长度方向贯通,避免在棒材长度方向上不同层之间出现脱离现象,并通过合金固态高温下周围浇注液态合金使其呈冶金结合,结合强度高。铸造镁合金层内设有圆孔,圆孔内有生物填充层,在植入人体时不会脱落。整体材料可完全降解,不需二次手术取出。本发明专利技术还提供一种具有骨诱导活性的医用可降解镁‑锌‑镁复合棒材的制备方法,具有操作方便,易于产业化生产的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种具有骨诱导活性的医用可降解镁-锌-镁复合棒材及其制备方法
本专利技术属于医用新材料
,具体是一种具有骨诱导活性的医用可降解镁-锌-镁复合棒材及其制备方法。
技术介绍
目前,临床上主要应用的植入材料包括不锈钢、钛及钛合金、Co-Cr合金等,但这些材料在临床上的应用存在以下问题:①金属材料的弹性模量远远高于人骨的弹性模量,对局部骨组织产生很大的“应力遮挡”效应,可能导致自然骨功能退化甚至萎缩的可能;②在体内不可降解,当作为临时性植入材料如血管支架、骨钉、骨板、骨针时,需要进行二次手术取出。在这种情况下,生物体内可降解吸收材料则成为生物材料的一个研究热点,目前临床应用上多采用生物可降解植入材料,包括高分子材料、生物活性陶瓷材料、金属基材料。但高分子材料综合力学性能过低,降解产生的酸性环境会增加人体产生炎症的机率,生物活性陶瓷材料的塑性及韧性较差,应用范围小,所以金属基可降解植入材料成为临床应用主要材料。金属基可降解植入材料主要包括镁合金、锌合金、铁基合金。镁合金与铁基合金作为可降解植入材料在降解速率方面存在一些问题,镁合金的降解速度过快,影响其生物相容性和在使用过程中的强韧度等,铁基合金最大的问题是降解速度过慢,会引发一系列不良反应。金属锌的化学活性介于镁和铁之间,其腐蚀速率介于二者之间,可以制备降解速率适当的材料。锌是人体必须的微量元素之一,健康成人每天锌的膳食许可量为20mg-40mg,因此锌作为可降解植入材料在降解速率的控制与生物安全性方面有一定的优势。另外,无论镁合金或锌合金均存在无骨诱导活性等问题。申请号201810865873.7的专利公开了一种医用植入可降解复合棒材及其制备方法,最内层为镁合金,中间层为锌合金,锌合金与镁合金两者间以燕尾槽的形式连接,并通过镁合金固态高温下周围浇注液态锌合金使两者呈冶金结合,最外层是生物涂层,生物涂层具有骨诱导活性。但该专利存在如下不足:①生物涂层涂覆在棒材的表面,附着力差,在手术使用过程中极易脱落进而失去骨诱导活性;②无论是镁合金还是锌合金均不含抗菌的铜离子或银离子,在棒材周围易出现细菌感染情况,给患者造成极大痛苦;③燕尾凸棱(锌合金)与燕尾槽(镁合金)的结合,小部分(如制成各种形状的弯曲处)破坏成小块的锌合金材料连同外部涂覆的生物涂层也不会脱落,仍能产生该复合棒材的效果(生物相容性、骨诱导活性),燕尾槽有其独特的作用,既承担了普通卡槽的防转动作用,又发挥了常规燕尾槽结构的机械连接效果,但却无法避免沿棒材长度方向上镁合金与锌合金脱离现象的发生,而锌合金的线胀系数(19×10-6K-1左右)与镁合金的线胀系数(为26×10-6K-1左右)有一定差距,在冶金结合不太充分的情况下存在两者沿长度方向滑动脱离的可能。如何解决上述问题,是本领域科技人员工作的当务之急。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足,本专利技术的目的之一在于提供一种具有骨诱导活性的医用可降解镁-锌-镁复合棒材,解决如下技术问题:①如何解决医用植入镁合金降解过快的问题;②如何解决生物涂层涂覆在棒材的表面的附着力差,在手术使用过程中极易脱落进而失去骨诱导活性的问题;③如何解决可降解材料具有一定的消炎抗菌效果的问题。本专利技术的目的之二在于提供一种具有骨诱导活性的医用可降解镁-锌-镁复合棒材的制备方法。本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现:一种具有骨诱导活性的医用可降解镁-锌-镁复合棒材,所述复合棒材的最内层为变形镁合金层,中间层为锌合金层,最外层是铸造镁合金层,所述变形镁合金层上设有和锌合金层结合的燕尾凸棱Ⅰ和燕尾凹槽Ⅰ,所述燕尾凸棱Ⅰ和燕尾凹槽Ⅰ在变形镁合金层的周向上均匀间隔分布,所述燕尾凸棱Ⅰ沿棒材长度方向间隔设有凸起Ⅰ与凹槽Ⅰ,所述燕尾凹槽Ⅰ沿棒材长度方向贯通,通过变形镁合金层固态高温下周围浇注液态锌合金层使两者呈冶金结合;所述锌合金层上设有和铸造镁合金层结合的燕尾凸棱Ⅱ和燕尾凹槽Ⅱ,通过锌合金层固态高温下周围浇注液态铸造镁合金层使两者呈冶金结合,所述燕尾凸棱Ⅱ和燕尾凹槽Ⅱ在锌合金层的周向上均匀间隔分布,所述燕尾凸棱Ⅱ沿棒材长度方向间隔设有凸起Ⅱ与凹槽Ⅱ,所述燕尾凹槽Ⅱ沿棒材长度方向贯通;所述铸造镁合金层内设有圆孔,所述圆孔内设有生物填充层。进一步地,所述变形镁合金层及铸造镁合金层均由镁合金组成,所述镁合金的化学成分按质量百分比计为:Cu2.2%-3.2%,Ag1.5%-2.8%,Sr1.2%-1.8%,Ca2.2%-3.2%,Y0.5%-1.5%,La1.0%-1.5%,余量为Mg。镁合金层的化学成分中含有Cu、Ag、Sr、Ca、Y、La、Mg。1)Cu离子具有强烈的广谱抗菌功能,对于金黄色葡萄球菌等多种细菌都有强烈的杀灭作用,Cu离子的释放在达到抗菌效果的同时,有助于为人体补充铜离子,改善Cu离子缺乏引起的不良症状;2)Ag具很好的抗菌作用;3)添加了Sr元素,可有效促进骨细胞形成以及抑制破骨细胞的骨吸收,具有调节钙代谢、减少骨折发生率的功效;4)Ca是构成骨骼的重要元素,在骨骼的生长过程中起到无可替代的作用,Ca可以凝固受伤后流血的伤口,防止细菌的感染,保持血液的洁净,也能降低血液的粘稠度,提高血液的流动性,促进人体有益细胞的活性,抑制细菌的繁殖;5)Y作为稀土元素,可用于抗凝血剂并具有抗炎杀菌的作用,还可促进骨骼组织的生长,Y还可以增强镁合金的抗氧化性和延展性;6)La离子与Ca离子半径相近,La离子将钙离子置换后形成La-HAP,这样不仅不会引起钙的流失,反而使原来晶体更加稳定,且有利于周围环境中的钙离子进入是的HAP晶体矿化或在基质表面形成La-HAP晶体,防止Ca离子进一步流失,对人体骨骼有很高的亲和性,并且能够改善镁合金的力学与可降解性;7)镁合金在人体内降解后,作为腐蚀产物的镁离子能够通过新陈代谢完全排出体外,镁离子的微量释放有利于维持人体的生命机能和新陈代谢。进一步地,所述锌合金层(2)由锌合金组成,所述锌合金的化学成分按质量百分比计为:Mn2.2%-2.5%,Sr3.5%-4.0%,Cu9%-11%,Ag1%-2%,Ce0.5%-1.2%,纳米MgO颗粒1.0%-2.2%,余量为Zn。锌合金层的化学成分中含有Mn、Sr、Cu、Ag、Ce、纳米MgO颗粒、Zn。1)Mn在人体中不仅可以激活多种必要的辅酶,使维生素B和维生素C能顺利地被人体吸收,而且这些辅酶中含有与软骨合成有关的辅酶,有助于人体形成结缔组织,具有很好的骨诱导活性,对强壮骨骼至关重要;2)添加了Sr元素,可有效促进骨细胞形成以及抑制破骨细胞的骨吸收,具有调节钙代谢、减少骨折发生率的功效;3)Cu离子具有强烈的广谱抗菌功能,对于金黄色葡萄球菌等多种细菌都有强烈的杀灭作用,Cu离子的释放在达到抗菌效果的同时,有助于为人体补充铜离子,改善Cu离子缺乏引起的不良症状;4)Ag具很好的抗菌作用;5)Ce是一种重要的稀土元素,添加Ce可以对锌合金进行稀土合金化,不仅细化了锌合金组织进而提高其力学性能,而且改善了锌合金的铸造性能利,Ce对人体具有抗凝血、抗本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种具有骨诱导活性的医用可降解镁-锌-镁复合棒材,其特征在于,所述复合棒材的最内层为变形镁合金层(1),中间层为锌合金层(2),最外层为铸造镁合金层(3),所述变形镁合金层(1)上设有和锌合金层结合的燕尾凸棱Ⅰ(1-1)和燕尾凹槽Ⅰ(1-2),所述燕尾凸棱Ⅰ(1-1)和燕尾凹槽Ⅰ(1-2)在变形镁合金层(1)的周向上均匀间隔分布,所述燕尾凸棱Ⅰ(1-1)沿棒材长度方向间隔设有凸起Ⅰ(1-1-1)与凹槽Ⅰ(1-1-2),所述燕尾凹槽Ⅰ(1-2)沿棒材长度方向贯通;/n所述锌合金层(2)上设有和铸造镁合金层(3)结合的燕尾凸棱Ⅱ(2-1)和燕尾凹槽Ⅱ(2-2),所述燕尾凸棱Ⅱ(2-1)和燕尾凹槽Ⅱ(2-2)在锌合金层(2)的周向上均匀间隔分布,所述燕尾凸棱Ⅱ(2-1)沿棒材长度方向间隔设有凸起Ⅱ(2-1-1)与凹槽Ⅱ(2-1-2),所述燕尾凹槽Ⅱ(2-2)沿棒材长度方向贯通;所述铸造镁合金层(3)内设有圆孔(4),所述圆孔(4)内设有生物填充层(5)。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有骨诱导活性的医用可降解镁-锌-镁复合棒材,其特征在于,所述复合棒材的最内层为变形镁合金层(1),中间层为锌合金层(2),最外层为铸造镁合金层(3),所述变形镁合金层(1)上设有和锌合金层结合的燕尾凸棱Ⅰ(1-1)和燕尾凹槽Ⅰ(1-2),所述燕尾凸棱Ⅰ(1-1)和燕尾凹槽Ⅰ(1-2)在变形镁合金层(1)的周向上均匀间隔分布,所述燕尾凸棱Ⅰ(1-1)沿棒材长度方向间隔设有凸起Ⅰ(1-1-1)与凹槽Ⅰ(1-1-2),所述燕尾凹槽Ⅰ(1-2)沿棒材长度方向贯通;
所述锌合金层(2)上设有和铸造镁合金层(3)结合的燕尾凸棱Ⅱ(2-1)和燕尾凹槽Ⅱ(2-2),所述燕尾凸棱Ⅱ(2-1)和燕尾凹槽Ⅱ(2-2)在锌合金层(2)的周向上均匀间隔分布,所述燕尾凸棱Ⅱ(2-1)沿棒材长度方向间隔设有凸起Ⅱ(2-1-1)与凹槽Ⅱ(2-1-2),所述燕尾凹槽Ⅱ(2-2)沿棒材长度方向贯通;所述铸造镁合金层(3)内设有圆孔(4),所述圆孔(4)内设有生物填充层(5)。


2.根据权利要求1所述具有骨诱导活性的医用可降解镁-锌-镁复合棒材,其特征在于,所述变形镁合金层(1)及铸造镁合金层(3)均由镁合金组成,所述镁合金的化学成分按质量百分比计为:Cu2.2%-3.2%,Ag1.5%-2.8%,Sr1.2%-1.8%,Ca2.2%-3.2%,Y0.5%-1.5%,La1.0%-1.5%,余量为Mg。


3.根据权利要求1所述具有骨诱导活性的医用可降解镁-锌-镁复合棒...

【专利技术属性】
技术研发人员:李宇徐艺铭谷晨熙谢颖颖许建中普亚华
申请(专利权)人:郑州大学第一附属医院
类型:发明
国别省市:河南;41

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