本發(fā)明涉及一種生物可降解的醫(yī)用鋅銅合金及其制備方法和用途，屬于醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，手術(shù)植入人體內(nèi)的醫(yī)用材料一般采用的是不可降解的金屬材料，例如奧氏體不銹鋼、鈷鉻合金、醫(yī)用鉭、鈦及其合金、鎳鈦形狀記憶合金、鉑銥合金。這些永久性植入材料的應(yīng)用存在如下弊端，例如1、永久性金屬血管支架植入人體后由于其不可降解，存在著容易形成血栓造成支架內(nèi)再狹窄、內(nèi)膜纖維化的不足，而且支架永久存留體內(nèi)，不能再次取出，一旦在同一位置再發(fā)生血管堵塞，再植入一個(gè)血管支架變得非常困難；2、不銹鋼、鈦合金骨釘、骨板等植入人體后，在骨組織痊愈后需要二次手術(shù)將其取出，增加了患者的痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此研究和開發(fā)具有良好的力學(xué)性能與生物相容性能的體內(nèi)降解的醫(yī)用金屬材料成為該領(lǐng)域中的重要發(fā)展方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種生物可降解的醫(yī)用鋅銅合金及其制備方法和用途。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

第一方面，本發(fā)明提供了一種生物可降解的醫(yī)用鋅銅合金，其由銅元素、鋅元素以及不可避免的雜質(zhì)元素組成，其中，銅元素的重量百分?jǐn)?shù)為1～10％，不可避免的雜質(zhì)元素的重量百分?jǐn)?shù)不超過0.1％。

作為優(yōu)選方案，所述銅元素的重量百分?jǐn)?shù)為1～4％。

第二方面，本發(fā)明提供了一種如前述的生物可降解的醫(yī)用鋅銅合金的制備方法，是以純鋅和黃銅或紫銅為原料，進(jìn)行熔煉，澆注后得到鋅銅合金鑄錠，優(yōu)選地，純鋅為純度不低于99.995％的鋅錠，黃銅中的銅的含量為62wt％，紫銅中銅的純度不低于99.99％。

作為優(yōu)選方案，所述的生物可降解的醫(yī)用鋅銅合金的制備方法的具體包括如下操作：

對(duì)純鋅進(jìn)行加熱熔化，將所述純鋅完全熔化后，加入黃銅或紫銅，待所述黃銅或紫銅完全熔化后，形成合金液；

對(duì)所述合金液進(jìn)行攪拌、扒渣、靜置后進(jìn)行澆注、脫模，得到鑄態(tài)鋅銅合金鑄錠材料；

將所述鑄態(tài)鋅銅合金鑄錠材料在350～380℃下保溫進(jìn)行熱處理后，在200～350℃下進(jìn)行熱擠壓，拉拔或軋制加工，得到鋅銅合金絲材，棒材，管材或板材。

作為優(yōu)選方案，所述熱擠壓的操作中，控制擠壓比為9～50。

作為優(yōu)選方案，所述熱軋制加工中，控制單道次軋制的變形量為5～20％。

第三方面，本發(fā)明還提供了生物可降解的醫(yī)用鋅銅合金在醫(yī)療器械中的用途。

作為優(yōu)選方案，所述醫(yī)療器械包括導(dǎo)管類器械、骨外科植入類器械中的一種。

作為優(yōu)選方案，所述導(dǎo)管類器械包括血管類支架、膽管類支架或氣管類支架；所述骨外科植入類器械包括骨板或骨釘。

作為優(yōu)選方案，所述醫(yī)療器械包括血管類支架、膽管類支架、氣管類支架等導(dǎo)管類器械和骨板或骨釘?shù)裙峭饪浦踩腩惼餍怠?/p>

眾所周知，銅和鋅均為人體最為基本的必要微量元素。其中，鋅能促進(jìn)細(xì)胞的更新，可增強(qiáng)人體的免疫能力，維持肌體的生長和發(fā)育。鋅是許多蛋白質(zhì)、核酸合成酶的成分，是上百種酶的活性中心。鋅又為胰島素成分，是維持生命正常活動(dòng)的關(guān)鍵因素。鋅缺損可能導(dǎo)致人體所有的生理機(jī)能紊亂。鋅合金作為生物可降解醫(yī)用植入材料具有潛在的應(yīng)用前景。

銅占人體體重的百萬分之一，每人約含100～150mg。成年人每天必須攝入3～5mg銅，才能維持代謝的平衡。嬰兒和女童缺銅的首要征象為中性粒細(xì)胞缺乏癥，低色素性貧血，用鐵治療無效，骨質(zhì)疏松，類似維生素C缺乏時(shí)所發(fā)生的骨質(zhì)病變。其次為皮膚及毛發(fā)色素減少、蒼白，脂溢性皮炎，淺表靜脈擴(kuò)張、惡食、腹瀉、肝脾腫大、生長停滯。銅的生理功用主要有如下幾個(gè)方面：1、維護(hù)正常的造血機(jī)能，表現(xiàn)在以下兩方面：①促進(jìn)鐵的吸收和運(yùn)輸；②銅藍(lán)蛋白能促進(jìn)血紅素和血紅蛋白的合成。2、維護(hù)骨骼、血管和皮膚的正常。銅酶賴氨酰氧化酶促進(jìn)骨骼、血管和皮膚膠原和彈性蛋白的交聯(lián)。3、維護(hù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的健康。4、保護(hù)肌體細(xì)胞免受超氧離子的毒害。5、銅離子能夠誘導(dǎo)內(nèi)皮生長因子，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，加快血管再生過程，但阻止平滑肌細(xì)胞 的過度增殖；并能抑制血栓形成等功效，可有效降低血管支架等植入后引發(fā)的再狹窄率(參考文獻(xiàn)：G.f.Hu.Copper stimulates proliferation of human endothelial cells under culture[J].Journal ofCellular Biochemistry.1998,69(3):326-335.)。6、銅離子能夠通過促進(jìn)骨膠原的沉積而促進(jìn)骨組織的形成與生長，即具有促進(jìn)成骨作用(參考文獻(xiàn)：C.Gérard，L.-J.Bordeleau，J.Barralet，C.J.Doillon.The stimulation of angiogenesis and collagen deposition by copper[J].Biomaterials.2010,31(5):824-831.)。7、銅離子具有殺菌效果，這對(duì)于植入器械具有重要價(jià)值。8、其他：銅對(duì)膽固醇代謝、心肌細(xì)胞氧化代謝、肌體防御機(jī)能、激素分泌等許多生理、生化和病理生理過程也有影響。因此，選擇銅元素為鋅基合金的主要添加合金化元素，一方面增加鋅的強(qiáng)度和塑性起到強(qiáng)韌化材料的作用，另一方面材料在降解的過程中，微量的銅離子的釋放是對(duì)人體具有上述有益的生物功能作用，這就是本發(fā)明生物可降解Zn-Cu二元合金的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明的鋅合金具有力學(xué)性能好、易加工、耐蝕性優(yōu)良、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，抗拉強(qiáng)度為187～271MPa，拉伸屈服強(qiáng)度為150～230MPa，延伸率為22.2～52.3％；

2、耐腐蝕性能優(yōu)良，在37℃的Hanks溶液中的腐蝕速度為0.02～0.2毫米/年；

3、可以作為制備多種可降解醫(yī)用植入器械的材料，不僅具有非常優(yōu)良的力學(xué)性能和生物相容性能，同時(shí)可以在6～18個(gè)月內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全降解；

4、適用于制備可降解的醫(yī)用植入絲材、血管支架、膽管支架、氣管支架、骨板、骨釘和骨組織工程支架等，完全滿足上述植入器械對(duì)材料綜合力學(xué)性能和生物安全性的要求。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為具體實(shí)施例1中所述的四種鑄態(tài)合金錠的金相顯微組織圖；

圖2為具體實(shí)施例2中Zn-Cu合金擠壓棒材的金相顯微組織圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明的一種生物可降解醫(yī)用Zn-Cu二元合金材料含有(重量％)：Cu 1～4％，鋅為余量。

材料的組織決定材料性能，因此，根據(jù)應(yīng)用需要可以對(duì)合金的組織進(jìn)行調(diào)控，例如，在上述的合金成分含量的范圍內(nèi)調(diào)整合金的成分、對(duì)合金進(jìn)行熱處理、對(duì)合金進(jìn)行變形加工(如軋制、擠壓等)等手段調(diào)整合金的組織，從而達(dá)到提高和改善合金性能的目的。

實(shí)施例1

采用現(xiàn)有的傳統(tǒng)電阻爐合金熔煉鑄造工藝制備得到Zn-Cu二元合金鑄錠材料，即在電阻爐中將純鋅熔化，添加Cu-Zn中間合金并升溫至550℃保溫60min；待中間合金完全熔化后，對(duì)合金液進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間為10-15min，再扒渣，靜置10-30min后澆注、脫模得到鑄態(tài)Zn-Cu二元合金鑄錠。四種代表性的Zn-xCu(x＝1,2,3,4wt.％)合金材料鑄態(tài)組織如附圖1所示。原料中Zn的純度為99.995％，Cu的加入選擇以Cu-38wt.％Zn二元中間合金或無氧紫銅(純度99.99％)兩種中的一種為原料。合金澆注后所得試樣的金相組織如附圖1所示。上述四種Zn-Cu二元合金材料中的第二相主要為CuZn₅(白色的樹枝狀第二相)，如附圖1標(biāo)示。生物學(xué)試驗(yàn)結(jié)果表明上述四種Zn-Cu二元合金材料均無明顯的細(xì)胞毒性，具有良好的生物相容性。

實(shí)施例2

對(duì)實(shí)施例1中所得的四種代表性Zn-xCu(x＝1,2,3,4)鑄錠材料進(jìn)行360℃-380℃保溫8個(gè)小時(shí)的均勻化熱處理，隨后進(jìn)行280℃擠壓比為9:1的擠壓，使其具有比較均勻的組織且晶粒細(xì)小，從而進(jìn)一步改善合金的性能，并制得擠壓棒材(或板材)。熱擠壓后的金相組織如附圖2所示。擠壓后第二相發(fā)生破碎并沿?cái)D壓方向呈條帶狀分布。擠壓后晶粒尺寸得到明顯細(xì)化，晶粒尺寸在1-10μm之間。擠壓后的室溫力學(xué)性能測試結(jié)果如附表1所示。Zn-Cu二元合金抗拉強(qiáng)度在187-271MPa范圍內(nèi)，屈服強(qiáng)度在150-230MPa范圍內(nèi)，延伸率在20％-55％范圍內(nèi)，腐蝕速率在0.02-0.2毫米每年范圍內(nèi)，滿足可降解醫(yī)用材料臨床應(yīng)用要求，適合進(jìn)一步制備可降解的血管支架、膽管支架、氣管支架、骨板、骨釘、骨組織工程支架等植入器械。

本實(shí)施例制備的鋅銅合金鑄錠材料的力學(xué)性能如表1所示。

附表1：擠壓態(tài)合金的力學(xué)性能

實(shí)施例3

對(duì)實(shí)施例1中的Zn-1Cu合金鑄錠機(jī)加工成10mm厚的板材，再進(jìn)行350℃熱軋，每道次軋制量約為10％，最終得到板厚約2mm的板材。板材的力學(xué)性能為沿著軋制方向，其抗拉強(qiáng)度為210MPa，屈服強(qiáng)度為160MPa延伸率為19.8％，37℃hanks溶液中的腐蝕速率為0.18毫米/年。滿足可降解醫(yī)用材料臨床應(yīng)用要求，可進(jìn)一步機(jī)加工成產(chǎn)品并應(yīng)用于制備可降解的骨板類內(nèi)植入材料。

實(shí)施例4

對(duì)實(shí)施例2中所得到的Zn-2Cu擠壓棒材機(jī)加工成直徑20mm高度13mm的無縫擠壓管坯，在300℃擠壓得到外徑為8mm，壁厚為0.8mm的無縫管。再對(duì)擠壓得到的無縫管進(jìn)行室溫軋制或者室溫拉拔，軋制或拉拔道次間施以300℃×30min的退火處理。工藝最終制備得到外徑為3mm壁厚為0.185mm的毛細(xì)管材。管材的抗拉強(qiáng)度為240MPa，屈服強(qiáng)度為200MPa，延伸率為40.3％，37℃hanks溶液中的腐蝕速率為0.12毫米/年。滿足可降解醫(yī)用支架類內(nèi)植入材料臨床應(yīng)用要求，可激光切割制備成血管支架、膽管支架、氣管支架。

實(shí)施例5

對(duì)實(shí)施例2中所得到的Zn-3Cu擠壓擠壓棒材機(jī)加工成直徑20mm高度30mm的圓柱錠擠壓坯料，在330℃擠壓成直徑1.5mm的絲材。該絲材的抗拉強(qiáng)度為270MPa，屈服強(qiáng)度為220MPa，延伸率為52％。對(duì)該絲材進(jìn)行多道次冷拉拔加工，拉拔道次間施以350℃×30min的退火處理，最終得到了直徑為500mm至50μm的微細(xì)絲材。該微細(xì)絲材的典型力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度為255MPa，屈服強(qiáng)度為216MPa，延伸率為44.6％。37℃hanks溶液中的腐蝕降解速度為0.08毫米/年。采用該絲材編制出了可降解導(dǎo)管，可用作血管支架、膽管支架、氣管支架等支架內(nèi)植入器械。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。