一种可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金及制备方法技术

本发明专利技术的实施例公开一种可降解生物医用材料Zn‑Si‑X系锌合金及制备方法，属于医用可降解合金技术领域。所述Zn‑Si‑X系锌合金中主要元素为Zn、Si和X，其中的X为Ga、Ge、Cu、Ag、Mn、Mg、Ca、Sr、Fe、Ti、Zr、Sn、Y、Nd和Yb中的至少一种元素，按重量百分比计：0＜Si≤20wt％，0≤X≤15wt％。所述制备方法为将Zn、Si、X元素混合，进行熔炼或烧结或者熔炼或烧结之后涂覆涂层得到Zn‑Si‑X系合金。本发明专利技术制备的锌合金力学性质符合医用植入体对强度和韧性的要求，同时又可体内降解，具有可生物腐蚀降解特性和适宜的腐蚀速率保证提供长期有效的力学支撑双重特性。

【技术实现步骤摘要】
一种可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金及制备方法
本专利技术属于医用可降解合金
，涉及一种可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金及制备方法。
技术介绍
随着医学和材料科学的发展，对于一些需要临时服役的材料，如缝合线、骨折固定板，心脑颈血管支架、尿道支架、胆道支架等，人们希望植入体内的材料只是起到暂时替代的作用，并随着组织或器官的再生而逐渐降解吸收，以最大限度地减少材料对机体的长期影响。由于生物降解性材料容易在生物体内与体液等介质相互作用逐渐降解，其分解产物可以代谢，并最终排出体外，无需二次手术取出，不会给病人带来二次手术的身理和心里的痛苦，因而越来越受到人们的重视，已成为当今国际生物材料领域的研究前沿与研究热点。目前临床常用的可降解医用材料主要为可生物降解高分子材料和可生物降解陶瓷。这两种材料都存在一些问题，使得不能广泛使用。具体来讲：可生物降解高分子材料虽能够完全被人体吸收，但强度低，很难提供结构支撑的功能；可生物降解陶瓷的缺点是韧性差，无法协调变形。虽然已经开发了一系列的生物医用可降解镁合金，如AZ31、WE43、Mg-Ca等，但是研究发现镁合金存在腐蚀速度过快，在组织器官没有充分愈合之前，植入物便很快会丧失它的机械完整性，使得植入物在组织器官中的作用并没有发挥完整，组织器官愈合程度和功能不完整，因而有必要开发新型可降解合金以满足临床需求。与镁及镁合金相同，金属锌及其合金由于化学性质活泼、易于腐蚀常常被用作腐蚀保护中被牺牲的阳极材料。但与镁相比，金属锌及其合金具有更高的腐蚀电位，因而相比镁合金来说金属锌及其合金腐蚀速率相对较慢，因而更加符合临床生物降解的材料需求，有望发展成为新型生物医用可降解植入材料及器件。而锌合金中的锌元素和硅元素即使降解，一部分会被人体吸收，另一部分则会通过人体代谢系统排泄出去，并不会对人体产生负面影响，也不需要二次手术取出。人体正常含锌量为2-3克。锌是体内数十种酶的主要成分。锌分布于绝大部分器官与组织中，其中肝脏、肌肉和骨骼中含量较高。锌在人体中虽为微量元素，但作用却非常之大。有“生命的火花塞”之称。(1)锌与各种骨基质合成酶有关，它能够参与骨形成与骨重建。当锌缺乏时，骨中多种含锌酶的活性下降，骨的生长受到抑制；(2)锌是生物膜的关键组成部分，其在维持2000多种转录因子和300多种酶的结构和功能中具有重要作用；(3)锌能够迅速进入内皮细胞，维持内皮细胞的完整性，降低血管对动脉粥样硬化的易感性；(4)锌可以保护心肌细胞避免急性氧化应激以及心肌损伤引起的炎性反应；(5)锌能够积极参与核酸蛋白合成，加速创伤愈合；(6)此外，锌还与体内各种细胞代谢作用密切相关，如糖代谢、脂类代谢和抗衰老等。锌缺乏会导致动脉硬化、心率失常与衰竭、脑功能畸形、免疫力低下、下痢、食欲不振、生长减缓、掉发、夜盲、前列腺肥大、男性生殖功能减退、贫血等。成人每日需补充15-25mg锌。硅(Si)是人体必需的微量元素之一。占体重的0.026％。硅能够增加结缔组织的弹性和强度，维持结构的完整性。硅参与骨的钙化作用，在钙化初始阶段起作用，食物中的硅能增加钙化的速度，尤其当钙摄入量低时效果更为明显。硅影响脯氨酰羟化酶活性，进而影响氨基酸的合成与代谢。硅摄入不足可导致生长迟缓、头发和指甲易断裂、皮肤黯淡无光等。专利CN111012420A一种抗菌、生物可降解锌合金吻合钉的制备方法及其应用中的锌合金成分选择为包括Zn-Cu、Zn-Ag、Zn-Li、Zn-Cu-Fe、Zn-Cu-Mg或Zn-Cu-Mn合金系；专利CN111020246A一种基于超细三相共晶组织增强的高强韧医用生物可降解锌合金及其制备方法中的锌合金成分选择为锌镁合金；CN110585475A一种光控抗菌可降解锌合金缝合线材料及其制备方法中的锌合金成分选择为Zn-2～4at％Li锌合金；CN110241453A一种缓释氟和铈的可降解锌合金骨钉及其制备方法中的锌合金成分选择为采用微弧氧化技术在其表面获得的掺杂有微量氟和铈的氧化锌涂层；CN107838222A生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法及其应用中的锌合金成分选择为Zn-Cu二元合金、Zn-Li二元合金、Zn-Mg二元合金、Zn-Fe二元合金、Zn-Cu-X多元合金或Zn-Li-X’多元合金，其中X为Mg、li、Fe、Ca、Sr、RE、Y中的至少一种，X’为Mg、Fe、Ca、Sr、RE、Y中的至少一种。综上，目前国内外还没有文献和专利报道了本申请提出的一种可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金及制备方法。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是目前可降解合金大多选择的是镁合金，而镁合金存在腐蚀速度过快，在组织器官没有充分愈合之前，植入物便很快会丧失它的机械完整性，使得植入物在组织器官中的作用并没有得到彻底发挥，组织器官愈合程度和功能不彻底。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金，所述Zn-Si-X系锌合金中主要元素为Zn、Si和X，其中的X为Ga、Ge、Cu、Ag、Mn、Mg、Ca、Sr、Fe、Ti、Zr、Sn、Y、Nd和Yb中的至少一种元素，按重量百分比计：0＜Si≤20wt％，0≤X≤15wt％。优选地，所述Zn-Si-X系锌合金的可降解生物医用材料的表面涂覆有涂层，所述涂层的材料选择为可降解非晶合金涂层、可降解高熵合金涂层、可降解高分子涂层和可降解陶瓷涂层或可降解药物涂层中的至少一种。优选地，所述可降解非晶合金涂层、所述可降解高熵合金涂层、所述可降解高分子涂层、所述可降解陶瓷涂层和所述可降解药物涂层的厚度均为0.001～5mm。优选地，所述可降解非晶合金涂层为镁基非晶合金涂层、钙基非晶合金涂层、锌基非晶合金涂层和铁基非晶合金涂层中的至少一种；所述可降解高熵合金涂层为镁基高熵合金涂层、钙基高熵合金涂层、锌基高熵合金涂层和铁基高熵合金涂层中的至少一种；所述可降解高分子涂层为聚己酸内酯、聚乳酸、聚羟基乙酸、L-聚乳酸、聚氰基丙烯酸酯、聚酸酐、聚膦腈、聚对二氧杂环己烷酮、聚-羟基丁酸酯和聚羟基戊酸酯中的任一种，或者为聚乳酸、聚己酸内酯、聚羟基乙酸、L-聚乳酸、聚氰基丙烯酸酯和聚对二氧杂环己烷酮中的任意两种或两种以上的共聚物；所述可降解陶瓷涂层为羟基磷灰石、磷酸三钙或磷酸氧四钙中的至少一种；所述可降解药物涂层为雷帕霉素及其衍生物涂层、紫杉醇涂层、依维莫司涂层、西罗莫司涂层、丝裂霉素涂层和抗菌涂层中的至少一种。一种可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：选择可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金的元素组成和元素含量，按照选择好的元素组成和元素含量称取相应的原料并混合得到混合物，在CO2和SF6气氛保护下，将前述混合物进行熔炼或烧结，经冷却后得到多孔结构的可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金。优选地，所述制备方法包括以下步骤：选择可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金的元素组成和元素含量，按照选择好的元素组成和元素含量称本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金，其特征在于，所述Zn-Si-X系锌合金中主要元素为Zn、Si和X，其中的X为Ga、Ge、Cu、Ag、Mn、Mg、Ca、Sr、Fe、Ti、Zr、Sn、Y、Nd和Yb中的至少一种元素，按重量百分比计：0＜Si≤20wt％，0≤X≤15wt％。/n

【技术特征摘要】
1.一种可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金，其特征在于，所述Zn-Si-X系锌合金中主要元素为Zn、Si和X，其中的X为Ga、Ge、Cu、Ag、Mn、Mg、Ca、Sr、Fe、Ti、Zr、Sn、Y、Nd和Yb中的至少一种元素，按重量百分比计：0＜Si≤20wt％，0≤X≤15wt％。


2.根据权利要求1所述的可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金，其特征在于，所述Zn-Si-X系锌合金的可降解生物医用材料的表面涂覆有涂层，所述涂层的材料选择为可降解非晶合金涂层、可降解高熵合金涂层、可降解高分子涂层和可降解陶瓷涂层或可降解药物涂层中的至少一种。


3.根据权利要求2所述的可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金，其特征在于，所述可降解非晶合金涂层为镁基非晶合金涂层、钙基非晶合金涂层、锌基非晶合金涂层和铁基非晶合金涂层中的至少一种；所述可降解高熵合金涂层为镁基高熵合金涂层、钙基高熵合金涂层、锌基高熵合金涂层和铁基高熵合金涂层中的至少一种；所述可降解高分子涂层为聚己酸内酯、聚乳酸、聚羟基乙酸、L-聚乳酸、聚氰基丙烯酸酯、聚酸酐、聚膦腈、聚对二氧杂环己烷酮、聚-羟基丁酸酯和聚羟基戊酸酯中的任一种，或者为聚乳酸、聚己酸内酯、聚羟基乙酸、L-聚乳酸、聚氰基丙烯酸酯和聚对二氧杂环己烷酮中的任意两种或两种以上的共聚物；所述可降解陶瓷涂层为羟基磷灰石、磷酸三钙或磷酸氧四钙中的至少一种；所述可降解药物涂层为雷帕霉素及其衍生物涂层、紫杉醇涂层、依维莫司涂层、西罗莫司涂层、丝裂霉素涂层和抗菌涂层中的至少一种。


4.一种根据权利要求1所述的可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
选择可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金的元素组成和元素含量，按照选择好的元素组成和元素含量称取相应的原料并混合得到混合物，在CO2和SF6气氛保护下，将前述混合物进行熔炼或烧结，经冷却后得到多孔结构的可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金。


5.一种根据权利要求2所述的可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
选择可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金的元素组成和元素含量，按照选择好的元素组成和元素含量称取相应的原料并混合得到混合物，在CO2和SF6气氛保护下，将前述混合物进行熔炼或烧结，经冷却后选择涂层的材料成分，最后经过涂覆得到多孔结构的可降解生物医用材料Zn-Si-X系锌合金。


6.根据权利要求4或5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华芳，王鹏宇，黄金燕，林桂彩，郑宜星，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11