專利名稱：一種均勻降解的骨科植入鎂合金材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可降解生物醫(yī)用合金材料，特別涉及一種適合作為骨科植入的具有均勻降解特性和誘導(dǎo)骨細(xì)胞生長(zhǎng)的鎂合金材料。
背景技術(shù)：
目前臨床應(yīng)用的骨科植入材料主要是不銹鋼和鈦合金材料。但是不銹鋼和鈦合金都是生物惰性材料，在體內(nèi)不可降解，并容易產(chǎn)生可溶性離子，易引起生物毒性、局部過敏或炎癥；骨愈合后需要二次手術(shù)將植入材料取出，增加了患者的痛苦、心理和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。另夕卜，不銹鋼和鈦合金的彈性模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人 骨的彈性模量，對(duì)局部骨組織產(chǎn)生很大的“應(yīng)力遮擋”效應(yīng)，可能導(dǎo)致自然骨功能退化甚至萎縮的可能。鎂合金具有良好的力學(xué)相容性，比重小，其密度約1.738g/cm3，與人骨密度(約1.75g/cm3)非常接近。是目前所有金屬材料中生物力學(xué)性能與人體骨最接近的金屬材料。鎂合金的彈性模量約為45GPa，約是臨床用鈦合金的1/2，臨床用不銹鋼的1/4-1/5，而鎂合金的彈性模量與人體骨彈性模量是最接近的，能有效降低“應(yīng)力遮擋”效應(yīng)，促進(jìn)骨的愈合。鎂是人體內(nèi)重要的營(yíng)養(yǎng)元素之一，是人體內(nèi)第4位金屬元素、細(xì)胞內(nèi)僅次于K+的第2位的陽離子。此外，由于鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位較低，在人體環(huán)境中可降解，同時(shí)鎂合金具有較高的屈服強(qiáng)度，因此，鎂合金可以承受較大的載荷，可應(yīng)用于骨科固定材料。目前，鎂合金作為生物可降解醫(yī)用材料，受到了國(guó)內(nèi)外材料、醫(yī)學(xué)等科研工作者的關(guān)注，并由最初的商用鎂合金為研究對(duì)象到現(xiàn)在致力于開發(fā)新型生物醫(yī)用鎂合金。然而，由于鎂的降解速率過快、局部降解不均勻、骨誘導(dǎo)能力不良等問題，目前鎂合金尚不能滿足臨床要求。因此，必須開發(fā)低降解速率、均勻降解且具有誘導(dǎo)骨細(xì)胞生長(zhǎng)的骨科植入生物鎂合金材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)當(dāng)前可降解鎂合金作為骨科植入材料在降解性能、骨誘導(dǎo)能力等方面存在的不足，提供一種均勻降解的骨科植入多元鎂合金，該材料具有理想的均勻降解性能，良好的誘導(dǎo)骨細(xì)胞生長(zhǎng)的性能，適于可降解的骨科植入材料。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種均勻降解的骨科植入鎂合金材料，其各組分及重量百分比含量為GdO "5%, Ndl 5%、Sr(T2%且不包括0，Zn (TO. 5%, Zr(Tl%且不包括0，其余為Mg。本發(fā)明的鎂合金元素，Gd和Nd的加入提高鎂合金的強(qiáng)度與耐蝕性能。此外，少量的Gd和Nd均具有較好的生物安全性；Sr具有誘導(dǎo)成骨細(xì)胞生長(zhǎng)的作用；Zn是人體必須的微量營(yíng)養(yǎng)元素，Zn的加入可提高合金延伸率和耐腐蝕性；Zr具有細(xì)化晶粒，提高合金的強(qiáng)度和耐蝕性的作用，并可使鎂的降解速度更均勻，少量添加無細(xì)胞毒性。因此采用本發(fā)明的有益效果是
(I)本發(fā)明的鎂合金具有理想的體內(nèi)降解性能，且是均勻降解，避免因局部降解過快導(dǎo)致植入材料過早失效，達(dá)到了生物可降解材料的理想支撐效果。(2)在成分設(shè)計(jì)上選取的合金化和微合金化元素在所提出的成分范圍內(nèi)均是無細(xì)胞毒性的，尤其是Sr的加入，具有誘導(dǎo)成骨細(xì)胞生長(zhǎng)的作用。(3)本發(fā)明的鎂合金具有良好的綜合力學(xué)性能。其最高抗拉強(qiáng)度可達(dá)400 MPa，延伸率可達(dá)38%，年降解速率低于O. 40 mm/year。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例1
采用重力鑄造方法制備Mg-Gd-Nd-Sr-Zn-Zr鎂合金鑄錠，其各組分及重量百分比含量 為Gd 1%，Nd2%，SrO. 1%，ZnO. 1，ZrO. 5，其余為Mg。原料中鎂的純度為99. 95%, Zn的純度為 99. 999%，Gd、Nd、Sr 和 Zr 的加入分別以 Mg-30%Gd、Mg-30%Nd、Mg_25%Sr 和 Mg_30%Zr 二元中間合金的形式加入，它們的純度均超過99. 95%。該鑄態(tài)合金在含有葡萄糖的模擬體液中的降解速率為O. 25 mm/year，并且降解均勻。細(xì)胞毒性結(jié)果顯示該合金對(duì)成骨細(xì)胞無細(xì)胞毒性。對(duì)該合金進(jìn)行固溶處理(540 °C,10 h)和擠壓變形加工(擠壓溫度270 °C，擠壓比9，壓桿的擠壓速度2 mm/min)后，其室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)410 Mpa，延伸率為9%。實(shí)施例2
采用重力鑄造方法制備Mg-Gd-Nd-Sr-Zn-Zr鎂合金鑄錠，其各組分及重量百分比含量為 GdO. 5%, Ndl. 5%, SrO. 5%, ZnO. 2，ZrO. 3，其余為 Mg。原料中鎂的純度為 99. 95%, Zn 的純度為 99. 999 %，Gd、Nd、Sr 和 Zr 的加入分別以 Mg_30%Gd、Mg_30%Nd、Mg-25%Sr 和 Mg_30%Zr二元中間合金的形式加入，純度大于99. 95%。該鑄態(tài)合金在含有葡萄糖的模擬體液中的降解速率為O. 28 mm/year，降解均勻。細(xì)胞毒性結(jié)果顯示該合金對(duì)成骨細(xì)胞無細(xì)胞毒性。對(duì)該合金進(jìn)行固溶處理(540 °C,10h)和擠壓變形加工(擠壓溫度380°C，擠壓比9，壓桿的擠壓速度8 mm/min)后，其室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)280Mpa，延伸率為20%。實(shí)施例3
采用重力鑄造方法制備Mg-Nd-Sr-Zn-Zr鎂合金鑄錠，其各組分及重量百分比含量為Nd5%，Sr2%，ZnO. 3，Zrl，其余為Mg。原料中鎂的純度為99. 95%, Zn的純度為99. 999%,Nd、Sr和Zr的加入分別以Mg_30%Nd、Mg_25%Sr和Mg_30%Zr 二元中間合金的形式加入，純度大于99. 95%。該鑄態(tài)合金在含有葡萄糖的模擬體液中的降解速率為O. 35 mm/year，降解均勻。細(xì)胞毒性結(jié)果顯示該合金對(duì)成骨細(xì)胞無細(xì)胞毒性。對(duì)該合金進(jìn)行固溶處理(540 V,IOh)和擠壓變形加工(擠壓溫度320°C，擠壓比9，壓桿的擠壓速度8 mm/min)后，其室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)300Mpa，延伸率為28%。實(shí)施例4
采用重力鑄造方法制備Mg-Gd-Nd-Sr-Zn-Zr鎂合金鑄錠，其各組分及重量百分比含量為Gd5%, Ndl%，Srl%，ZnO. 5，ZrO. 8，其余為Mg。原料中鎂的純度為99. 95%, Zn的純度為99. 999%, Gd,Nd, Sr 和 Zr 的加入分別以 Mg-30%Gd、Mg-30%Nd、Mg_25%Sr 和 Mg_30%Zr 二元中間合金的形式加入，純度大于99. 95%。該鑄態(tài)合金在含有葡萄糖的模擬體液中的降解速率為O. 36mm/year，降解均勻。細(xì)胞毒性結(jié)果顯示該合金對(duì)成骨細(xì)胞無細(xì)胞毒性。對(duì)該合金進(jìn)行固溶處理(540 V，IOh)和擠壓變形加工(擠壓溫度300°C，擠壓比9，壓桿的擠壓速度8mm/min)后，其室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)360Mpa，延伸率為22%。實(shí)施例5
采用重力鑄造方法制備Mg-Gd-Nd-Sr-Zr鎂合金鑄錠，其各組分及重量百分比含量為Gd2%, Nd3%, SrO. 3%, ZrO. 4，其余為 Mg。原料中鎂的純度為 99. 95%, Gd、Nd、Sr 和 Zr 的加入分別以Mg-30%Gd、Mg-30%Nd、Mg_25%Sr和Mg_30%Zr 二元中間合金的形式加入，純度大于99. 95%。該鑄態(tài)合金在含有葡萄糖的模擬體液中的降解速率為O. 32mm/year,降解均勻。細(xì)胞毒性結(jié)果顯示該合金對(duì)成骨細(xì)胞無細(xì)胞毒性。對(duì)該合金進(jìn)行固溶處理(540 °C，10h)和擠壓變形加工(擠壓溫度300°C，擠壓比9，壓桿的擠壓速度8 mm/min)后，其室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)280Mpa，延伸率為30%。實(shí)施例6
采用重力鑄造方法制備出Mg-Nd-Sr-Zr鎂合金鑄錠。其各組分及重量百分比含量為Nd3%，SrO. 1%，ZrO. 4，其余為Mg。原料中鎂的純度為99. 95%, Nd、Sr和Zr的加入分別以Mg-30%Nd、Mg-25%Sr和Mg_30%Zr 二元中間合金的形式加入，它們的純度均超過99. 95%。將合金進(jìn)行固溶處理(540 °C,10 h)后進(jìn)行擠壓變形加工(擠壓溫度350 °C，擠壓比9，壓桿的擠壓速度10 mm/min)。該鑄態(tài)合金在含有葡萄糖的模擬體液中的降解速率為O. 37 mm/year，且是均勻降解。該擠壓態(tài)合金室溫抗拉強(qiáng)度260 Mpa，延伸率為38%，細(xì)胞毒性結(jié)果顯示該合金對(duì)成骨細(xì)胞無細(xì)胞毒性。實(shí)施例7
采用重力鑄造方法制備出Mg-Nd-Sr-Zr鎂合金鑄錠。其各組分及重量百分比含量為Nd3%，SrO. 3%，ZrO. 5，其余為Mg。原料中鎂的純度為99. 95%, Nd、Sr和Zr的加入分別以Mg-30%Nd、Mg-25%Sr和Mg_30%Zr 二元中間合金的形式加入，它們的純度均超過99. 95%。將合金進(jìn)行均勻化處理(500 °C,10 h)后進(jìn)行擠壓變形加工(擠壓溫度300 °C，擠壓比9，壓桿的擠壓速度5 mm/min)ο該擠壓態(tài)合金在含有葡萄糖的模擬體液中的降解速率為O. 40mm/year，且是均勻降解。該擠壓態(tài)合金室溫抗拉強(qiáng)度330 Mpa，延伸率為24%，細(xì)胞毒性結(jié)果顯示該合金對(duì)成骨細(xì)胞無細(xì)胞毒性。實(shí)施例8
采用重力鑄造方法制備出Mg-Gd-Nd-Sr-Zr鎂合金鑄錠。其各組分及重量百分比含量為 Gdl. 5%, Ndl. 5%, SrO. 1%，ZrO. 3，其余為 Mg。原料中鎂的純度為 99. 95%, Gd、Nd、Sr 和Zr的加入分別以Mg-30%Gd、Mg-30%Nd、Mg-25%Sr和Mg_30%Zr 二元中間合金的形式加入，它們的純度均超過99. 95%。對(duì)該合金進(jìn)行固溶處理(540 °C,10 h)和擠壓變形加工(擠壓溫度300 °C，擠壓比18，壓桿的擠壓速度3 mm/min)后，其室溫抗拉強(qiáng)度為380 Mpa，延伸率為26%。該鑄態(tài)合金在含有葡萄糖的模擬體液中的降解速率為O. 29 mm/year，且是均勻降解。細(xì)胞毒性結(jié)果顯示該合金對(duì)成骨細(xì)胞無細(xì)胞毒性。本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，凡是在本發(fā)明公開的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)所公開的技術(shù)內(nèi)容，不需要?jiǎng)?chuàng)造性的勞動(dòng)就可以對(duì)其中的一些技術(shù)特征作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種均勻降解的骨科植入鎂合金材料，其特征在于，其各組分及重量百分比含量為GdO 5%，Nd I 5%，Sr O 2%且不包括0，Zn O O. 5%, Zr O 1%且不包括0，其余為Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金材料，其特征在于，其各組分及重量百分比含量為GdO 3%，Nd I 3%，Sr O.1 O. 5%, Zn O O. 2%, ZrO. 3 O. 5%,其余為 Mg。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂合金材料，其特征在于，其各組分及重量百分比含量為Gd1%，Nd 2%, Sr O. 1%，Zn O. 1%，Zr O. 5%，其余為 Mg。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂合金材料，其特征在于，其各組分及重量百分比含量為Gdl. 5%, Ndl. 5%, SrO. 1%，ZrO. 3%，其余為 Mg。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用合金材料，特別涉及一種均勻降解的骨科植入鎂合金材料，其各組分及重量百分比含量為Gd0～5%，Nd1～5%，Sr0～2%且不包括0，Zn0～0.5%，Zr0～1%且不包括0，其余為Mg。本發(fā)明的鎂合金元素，Gd和Nd的加入提高鎂合金的強(qiáng)度與耐蝕性能。此外，少量的Gd和Nd均具有較好的生物安全性；Sr具有誘導(dǎo)成骨細(xì)胞生長(zhǎng)的作用；Zn是人體必須的微量營(yíng)養(yǎng)元素，Zn的加入可提高合金延伸率和耐腐蝕性；Zr具有細(xì)化晶粒，提高合金的強(qiáng)度和耐蝕性的作用，并可使鎂的降解速度更均勻，少量添加無細(xì)胞毒性。
文檔編號(hào)C22C23/00GK103014465SQ20121055063
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者王強(qiáng), 章曉波, 王章忠, 巴志新 申請(qǐng)人:江蘇康欣醫(yī)療設(shè)備有限公司, 南京工程學(xué)院