專利名稱：生物體內(nèi)可吸收的Mg－Zn－Fe三元鎂合金材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的多元鎂合金，具體的說(shuō)，是一種生物體內(nèi)可吸收的Mg-Zn-Fe三元鎂合金材料。
背景技術(shù)：
生物體內(nèi)可降解吸收材料是生物材料發(fā)展的重要方向之一，目前研究開(kāi)發(fā)的生物體內(nèi)可降解吸收材料主要是聚合物材料和某些陶瓷材料，如聚乳酸、聚己內(nèi)酯、磷酸鈣等。但由于聚合物材料的力學(xué)性能通常較低、陶瓷材料的塑韌性較差，金屬材料則具有較好綜合力學(xué)性能，因此，金屬基生物體內(nèi)可降解吸收材料具有重要的醫(yī)療應(yīng)用價(jià)值。鎂是地球上儲(chǔ)量最豐富的元素之一，也是人體內(nèi)第四位、細(xì)胞內(nèi)第二位最豐富的陽(yáng)離子，是人體中不可缺少的重要營(yíng)養(yǎng)元素，在人體中總量約20多克。鎂在生命過(guò)程中促進(jìn)骨及細(xì)胞的形成，催化或激活機(jī)體300多種酶系，參與體內(nèi)能量代謝，并且在能量的輸送、貯存以及利用中是關(guān)鍵的元素。鎂在體內(nèi)三大代謝中通過(guò)調(diào)節(jié)核糖體DNA及RNA的結(jié)構(gòu)而對(duì)蛋白質(zhì)的合成起關(guān)鍵作用。人體內(nèi)鎂的平衡調(diào)節(jié)是由腸道吸收及腎臟排泄來(lái)完成的。鎂對(duì)人體的神經(jīng)、肌肉和心臟功能具有重要作用，鎂缺乏是某些嚴(yán)重心律失常、缺血性心臟病、高血壓，特別是動(dòng)脈硬化、心肌梗塞、猝死的病因?qū)W因素之一。鎂做為生物醫(yī)用材料具有良好的醫(yī)學(xué)安全性基礎(chǔ)，尤其適用于心血管疾病的治療中。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，B.Heublein等人在《Heart》(心臟)雜志2003年89卷第651-656頁(yè)中報(bào)道了“Biocorrosion of Magnesium AlloysA NewPrinciple in Cardiovascular Implant Technology？”(鎂合金的生物學(xué)腐蝕一種心血管植入技術(shù)的新原理？)，他們通過(guò)動(dòng)物(豬)實(shí)驗(yàn)研究AE21鎂合金(Mg-2％Al-1％Re，其中稀土Re包括Ce、Pr、Nd元素)用做心血管介入治療的支架的可行性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鎂合金的生物相容性良好，植入血管后不產(chǎn)生血栓栓塞等問(wèn)題，具有良好的應(yīng)用潛力。文獻(xiàn)中研究的鎂合金中含有Al元素和稀土元素，雖然鎂的生物相容性基礎(chǔ)良好，但Al元素不屬于人體的必需微量元素，被認(rèn)為具有神經(jīng)毒性，是導(dǎo)致早老性癡呆的因素，而稀土元素的生物相容性也存在爭(zhēng)議，一般認(rèn)為稀土元素在體內(nèi)的累積將表現(xiàn)為毒性作用。而現(xiàn)有的Mg-Zn及其Mg-Zn-Fe三元鎂合金材料都是應(yīng)用于一般工業(yè)中，至今尚未發(fā)現(xiàn)將Mg-Zn基的多元鎂合金材料應(yīng)用于生物醫(yī)用材料的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種生物體內(nèi)可吸收的Mg-Zn-Fe的三元鎂合金材料，使其作為生物醫(yī)用材料，克服了技術(shù)偏見(jiàn)。本發(fā)明利用鎂在水介質(zhì)中的化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殒V離子，鎂離子通過(guò)體內(nèi)的吸收和腎臟的代謝來(lái)調(diào)節(jié)平衡，從而使鎂合金材料在體內(nèi)逐漸被降解吸收。本發(fā)明的材料具有良好的生物相容性和力學(xué)性能，在血管介入治療的支架以及可吸收的骨釘、骨板等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明各組分及重量百分比為Zn1-8％，F(xiàn)e 0.1-2％，余量為Mg。
為獲得最佳的綜合力學(xué)性能和生物學(xué)腐蝕性能，重量百分比范圍進(jìn)一步為Zn 6±0.5％，F(xiàn)e 0.5±0.1％，余量為Mg。在此范圍中，本發(fā)明材料抗拉強(qiáng)度達(dá)到約290MPa，而塑性保持在約8％，這種強(qiáng)度和塑性的優(yōu)良結(jié)合可保證材料的加工變形性能和醫(yī)療應(yīng)用對(duì)材料強(qiáng)度的要求。同時(shí)，其在生物體液或血液環(huán)境中的生物學(xué)腐蝕性能良好，通過(guò)控制體液或血液環(huán)境中成分、離子濃度和pH值等可調(diào)節(jié)其被吸收的速率，從而滿足治療時(shí)對(duì)醫(yī)療器械的力學(xué)性能保持時(shí)間的要求。
本發(fā)明的Mg-Zn-Fe三元鎂合金材料須采用高純度的原材料和高潔凈度的熔煉技術(shù)來(lái)制造。原材料Mg的純凈度大于等于99.99％，Zn的純凈度大于等于99.999％，F(xiàn)e的純凈度大于等于99.9％。高潔凈的熔煉需要采用惰性氣體氬氣保護(hù)，采用專用的石墨或鈦坩堝熔煉，熔煉溫度在約750℃，然后在一種專用的鐵制模具中澆注鑄錠。鑄錠再經(jīng)熱處理和形變加工后制成所需的型材，從型材制成植入體內(nèi)的各種醫(yī)療器械來(lái)使用。
本發(fā)明是由全營(yíng)養(yǎng)元素Mg、Zn、Fe組成的三元鎂合金體系。Zn作為Mg中重要的合金元素，可形成MgZn相，不僅提高鎂的強(qiáng)度，也改善鎂的腐蝕性能。Fe對(duì)改變鎂合金的腐蝕性能等具有重要影響。同時(shí)，Zn是對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育有重要影響的元素，F(xiàn)e則對(duì)血液功能等有重要作用。Mg、Zn、Fe都是人體必須的營(yíng)養(yǎng)元素，因此，由它們組成的合金體系具有良好的生物相容性和力學(xué)性能基礎(chǔ)，可較好地滿足血管內(nèi)支架、骨釘、骨板等醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Σ牧暇C合力學(xué)性能和生物學(xué)安全的要求。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1三元Mg-Zn-Fe合金材料，其中重量百分比Zn為1％，F(xiàn)e為0.1％。原材料Mg的純凈度大于等于99.99％，Zn的純凈度大于等于99.999％，F(xiàn)e的純凈度大于等于99.9％。經(jīng)過(guò)在氬氣保護(hù)下的高潔凈度熔煉和澆鑄后，再經(jīng)過(guò)熱處理和變形加工后制成所需型材來(lái)使用。該材料具有良好的生物相容性和力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度為200MPa，塑性為14％，可在生物體液或血液環(huán)境中降解吸收。
實(shí)施例2三元Mg-Zn-Fe合金材料，其中重量百分比Zn為6％，F(xiàn)e為0.5％。原材料Mg的純凈度大于等于99.99％，Zn的純凈度大于等于99.999％，Ca的純凈度大于等于99.9％。經(jīng)過(guò)在氬氣保護(hù)下的高潔凈度熔煉和澆鑄后，再經(jīng)過(guò)熱處理和變形加工后制成所需型材來(lái)使用。該材料具有良好的生物相容性和力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度為290MPa，塑性為8％，可在生物體液或血液環(huán)境中降解吸收。
實(shí)施例3三元Mg-Zn-Fe合金材料，其中重量百分比Zn為8％，F(xiàn)e為2％。原材料Mg的純凈度大于等于99.99％，Zn的純凈度大于等于99.999％，Ca的純凈度大于等于99.9％。經(jīng)過(guò)在氬氣保護(hù)下的高潔凈度熔煉和澆鑄后，再經(jīng)過(guò)熱處理和變形加工后制成所需型材來(lái)使用。該材料具有良好的生物相容性和力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度為250MPa，塑性為4％，可在生物體液或血液環(huán)境中降解吸收。
權(quán)利要求
1.一種生物體內(nèi)可吸收的Mg-Zn-Fe三元鎂合金材料，其特征在于，各組分及重量百分比為Zn 1-8％，F(xiàn)e 0.1-2％，余量為Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物體內(nèi)可吸收的Mg-Zn-Fe三元鎂合金材料，其特征是，各組分及重量百分比為Zn 6±0.5％，F(xiàn)e 0.5±0.1％，余量為Mg。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物體內(nèi)可吸收的Mg-Zn-Fe三元鎂合金材料，其特征是，Mg的純凈度大于等于99.99％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物體內(nèi)可吸收的Mg-Zn-Fe三元鎂合金材料，其特征是，Zn的純凈度大于等于99.999％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物體內(nèi)可吸收的Mg-Zn-Fe三元鎂合金材料，其特征是，F(xiàn)e的純凈度大于等于99.9％。
全文摘要
一種生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的生物體內(nèi)可吸收的Mg－Zn－Fe三元鎂合金材料。本發(fā)明各組分及重量百分比為Zn 1－8％，F(xiàn)e 0.1－2％，余量為Mg。本發(fā)明采用高純度的原材料和高潔凈度的熔煉技術(shù)來(lái)制造。本發(fā)明是由全營(yíng)養(yǎng)元素Mg、Zn、Fe組成的三元鎂合金體系。Zn作為Mg中重要的合金元素，可形成MgZn相，不僅提高鎂的強(qiáng)度，也改善鎂的腐蝕性能。Fe對(duì)改變鎂合金的腐蝕性能等具有重要影響。同時(shí)，Zn是對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育有重要影響的元素，F(xiàn)e則對(duì)血液功能等有重要作用。Mg、Zn、Fe都是人體必須的營(yíng)養(yǎng)元素，因此，由它們組成的合金體系具有良好的生物相容性和力學(xué)性能基礎(chǔ)，可較好地滿足血管內(nèi)支架、骨釘、骨板等醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Σ牧暇C合力學(xué)性能和生物學(xué)安全的要求。
文檔編號(hào)A61L27/04GK1792382SQ20051011179
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者張小農(nóng) 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)