生物體內(nèi)可降解吻合釘及其生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及組織工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種生物體內(nèi)可降解吻合釘及其生產(chǎn)工藝，吻合釘按質(zhì)量百分比由以下組分組成：Zn 2?6％，Mn 2?5％，Sn 0.1?1％，Ag 1.5?2％，HA粉0.5?2%，余量為Mg。本發(fā)明一種生物體內(nèi)可降解吻合釘可以在生物體內(nèi)自然降解，達(dá)到醫(yī)療效果后在一定的時(shí)間內(nèi)會(huì)從體內(nèi)降解，避免了二次手術(shù)給病人造成經(jīng)濟(jì)和身體的負(fù)擔(dān)；在成分設(shè)計(jì)上避免了使用Al和稀土金屬，從材料的選擇上保證了材料的生物安全性；具有高耐蝕性、良好的塑性變形能力和良好的生物相容性，滿足內(nèi)植入材料對(duì)腐蝕速率的要求，并且該材料無明顯的細(xì)胞毒性，血液相容性好，可滿足內(nèi)植入材料對(duì)生物相容性的要求。
【專利說明】
生物體內(nèi)可降解吻合釘及其生產(chǎn)工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及組織工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種生物體內(nèi)可降解吻合釘及其生產(chǎn)工 -H- 〇
【背景技術(shù)】
[0002] 醫(yī)用金屬材料未來仍將在生物材料領(lǐng)域占有重要地位，這是因?yàn)獒t(yī)用金屬材料具 備優(yōu)良的機(jī)械性能。316L不銹鋼、鈦及鈦合金和Co-Cr合金等以優(yōu)異的力學(xué)性能而得到了廣 泛的應(yīng)用。但是不銹鋼和鈦合金等現(xiàn)有金屬植入材料中存在一個(gè)普遍問題是與生物骨的力 學(xué)相容性差。不銹鋼、鈦合金等的抗拉強(qiáng)度比天然骨高5倍以上，彈性模量更是高10倍以 上。這樣的材料植入人體后可對(duì)局部骨組織產(chǎn)生很大的"應(yīng)力遮擋"效應(yīng)。由于基體骨所受 應(yīng)力刺激下降，骨改建出現(xiàn)負(fù)平衡，導(dǎo)致骨吸收增加，骨形成減少，誘發(fā)遮擋性骨質(zhì)缺失。同 時(shí)這些材料當(dāng)作為臨時(shí)性植入材料如血管支架、骨釘、骨板、骨針時(shí)，需要進(jìn)行二次手術(shù)取 出，對(duì)病人造成經(jīng)濟(jì)和身體的負(fù)擔(dān)。
[0003] 為了解決上述問題，有關(guān)技術(shù)人員對(duì)生物可降解吸收材料進(jìn)行了研發(fā)，就目前而 言，生物可降解吸收材料主要是聚合物和某些陶瓷材料，如聚乳酸、磷酸鈣等，但是由于目 前所用聚合物材料本身的性質(zhì)影響，如力學(xué)性能偏低、加工困難、體內(nèi)分解產(chǎn)生較多酸性物 且易引發(fā)炎癥和腫脹的問題，限制了其應(yīng)用；陶瓷材料的塑韌性差，用這種材料制成體積很 小的血管支架材料是非常困難的，廢品率極高。
[0004] 鎂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 性約為45GPa，比目前廣泛應(yīng)用的生物材料鈦合金（IOOGPa)更接近人骨的彈性模量 (20GPa)，能有效降低"應(yīng)力遮擋效應(yīng)"，促進(jìn)骨的愈合。同時(shí)鎂合金具有較高的屈服強(qiáng)度，可 以承受較大的載荷，應(yīng)用于骨組織承載部位、也可以應(yīng)用于血管內(nèi)支架，起到支撐血管的作 用。但是，傳統(tǒng)的鎂合金存在耐蝕性差、塑性變形能力差。因此，開發(fā)塑性變形能力強(qiáng)、高耐 蝕性的生物醫(yī)用鎂合金以有效降低其在人體中的腐蝕降解速率對(duì)于促進(jìn)鎂合金在生物醫(yī) 學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要。
[0005] 合金化是提高鎂合金塑性變形能力、提高鎂合金耐蝕性能、解決其腐蝕降解速率 過快問題的有效途徑。研究發(fā)現(xiàn)，鋁加入鎂合金中可提高合金的耐蝕性能，起到固溶強(qiáng)化和 沉淀強(qiáng)化作用，但Al元素會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害、不宜用于生物醫(yī)用鎂合金材料。另外，稀 土元素的加入也可顯著改善鎂合金的耐腐蝕性能，且無應(yīng)力腐蝕傾向，但是有報(bào)道表明，稀 土元素容易在腦中富集，缺乏一定的生物安全性。目前，研究較多的滿足生物相容性要求的 多元鎂合金有Mg-Mn-Sr-Ca、Mg-Zn_Ca、Mg-Zn-Mn-Ca等，但上述這些材料的綜合性能依然 有待提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對(duì)目前吻合釘材料不能兼顧良好的塑性變形能力和較高耐蝕 性的問題，提供一種具有高耐蝕性、良好的塑性變形能力和良好的生物相容性的生物體內(nèi) 可降解吻合釘及其生產(chǎn)工藝。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是： 一種生物體內(nèi)可降解吻合釘，按質(zhì)量百分比由以下組分組成： Zn 2-6%，Mn 2-5%，Sn 0.1-1%，Ag 1.5-2%，HA粉 0.5-2%，余量為Mg。
[0008] 作為優(yōu)選，所述HA粉為納米棒狀HA粉，其粒徑為20-60nm。
[0009] 羥基磷灰石(HA)作為天然骨的一種成分，在人體環(huán)境內(nèi)的溶解度很低，其在鎂合 金中的添加，一方面可以調(diào)節(jié)鎂合金支架的機(jī)械性能，使支架的機(jī)械性能與生物體不同部 位的骨的力學(xué)性能相匹配，緩解或避免應(yīng)力遮擋效應(yīng)，另一方面羥基磷灰石的添加，有利于 骨細(xì)胞的生長和增殖，在一定程度上可以提高鎂合金支架的耐蝕性能。本發(fā)明中選用的HA 為南京埃普瑞納米材料有限公司提供的貨號(hào)為MHO 1的HA。
[0010] 作為優(yōu)選，所述Zn的純凈度在99.99%以上。
[0011] 鋅(Zn)是一種鎂合金中比較常見的合金元素，可以提高鑄件的抗蠕變性能，可以 增加熔體的流動(dòng)性，弱晶粒細(xì)化劑，有形成顯微縮松傾向，有沉淀強(qiáng)化作用。
[0012] 作為優(yōu)選，所述Sn的純凈度在99.99%以上。
[0013]錫(Sn)可以提高鎂合金的耐腐蝕性和強(qiáng)度。
[0014] 作為優(yōu)選，所述Ag的純凈度在99.99%以上。
[0015] 銀(Ag)在Mg中的固溶度最大可達(dá)到15%，當(dāng)Ag溶入Mg中后，間隙式固溶原子造成非 球形對(duì)稱畸變，從而產(chǎn)生很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化效果和時(shí)效強(qiáng)化效果，鎂合金中Ag的加入能夠比 較顯著地提高合金的抗拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。
[0016] 作為優(yōu)選，所述Mg的純凈度在99.99%以上。
[0017] 作為優(yōu)選，所述Mn的純凈度在99.99%以上。
[0018]錳(Mn)在Mg中的固溶度小，不與Mg形成化合物。Mn可以細(xì)化晶粒，提高合金的焊接 性能。但是對(duì)合金的強(qiáng)化作用比較小。在其他鑄造鎂合金或變形鎂合金中，往往加入少量的 Mn，提高鎂合金的耐蝕性能。Mn能與嚴(yán)重?fù)p害鎂合金耐蝕性能的雜質(zhì)Fe形成高熔點(diǎn)化合物 而沉淀出來，細(xì)化沉淀產(chǎn)物，增大蠕變抗力，提高合金的耐蝕性能。
[0019] -種上述的生物體內(nèi)可降解吻合釘?shù)纳a(chǎn)工藝，包括以下步驟： 1. 鎂合金的制備工藝： 1) 按比例稱取各組分； 2) 將上述稱取的各組分在100 °C的烘箱中烘干1-2小時(shí)； 3) 將稱取的2]1、]\111、511、48和1%加入至石墨謝堝，抽真空后，通入1^6和(1)2的混合氣體作 為保護(hù)氣體，在700-800°C的條件下使各組分完全溶解后，保持10_20min。
[0020] 4)將HA粉加入到熔煉有Zn、Mn、Sn、Ag和Mg的石墨坩堝中，并攪拌均勾，得熔煉溶 液； 5)將熔煉溶液倒入預(yù)先烘干的石墨模具中，得到鎂合金錠； 2. 鎂合金的熱處理工藝： 1) 將鎂合金的制備工藝中得到的鎂合金錠在540 °C的條件下固溶10小時(shí)； 2) 將固溶后的鎂合金錠放入預(yù)先預(yù)熱的模具中，預(yù)熱溫度為220-480°C，在300-500°C 的溫度下擠壓成型材，即吻合釘； 3) 將步驟2)中的型材在500 °C的條件下進(jìn)行退火處理； 4) 對(duì)步驟3)中退火的處理的型材進(jìn)行堿熱處理。
[0021 ]作為優(yōu)選，所述堿液處理包括如下步驟： 1) 在NaHCO3-NaOH-Mg (0H) 2溶液(pH9 · 3 )中浸泡24小時(shí)，取出自然風(fēng)干； 2) 在773K保溫10h，空冷。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是： (1)本發(fā)明一種生物體內(nèi)可降解吻合釘可以在生物體內(nèi)自然降解，達(dá)到醫(yī)療效果后在 一定的時(shí)間內(nèi)會(huì)從體內(nèi)降解，避免了二次手術(shù)給病人造成經(jīng)濟(jì)和身體的負(fù)擔(dān)。
[0023] (2)本發(fā)明一種生物體內(nèi)可降解吻合釘在成分設(shè)計(jì)上避免了使用Al和稀土金 屬，從材料的選擇上保證了材料的生物安全性。
[0024] (3)本發(fā)明一種生物體內(nèi)可降解吻合釘具有高耐蝕性、良好的塑性變形能力和 良好的生物相容性，滿足內(nèi)植入材料對(duì)腐蝕速率的要求，并且該材料無明顯的細(xì)胞毒性，血 液相容性好，可滿足內(nèi)植入材料對(duì)生物相容性的要求。
[0025] (4)本發(fā)明一種生物體內(nèi)可降解吻合釘采用羥基磷灰石(HA)，一方面可以調(diào)節(jié)鎂 合金支架的機(jī)械性能，使支架的機(jī)械性能與生物體不同部位的骨的力學(xué)性能相匹配，緩解 或避免應(yīng)力遮擋效應(yīng)，另一方有利于骨細(xì)胞的生長和增殖，在一定程度上可以提高鎂合金 支架的耐蝕性能。
[0026] (5)本發(fā)明一種生物體內(nèi)可降解吻合釘?shù)纳a(chǎn)工藝，在熱處理過程中，在型材擠壓 成型后，對(duì)型材在500°C進(jìn)行退火處理，從內(nèi)部提高了鎂合金的耐腐蝕性；后續(xù)的堿熱處理 從外部提高了鎂合金的耐腐蝕性。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0028] -種生物體內(nèi)可降解吻合釘，按質(zhì)量百分比其組分組成見下表：
一種生物體內(nèi)可降解吻合釘?shù)纳a(chǎn)工藝，包括以下步驟： 1) 按比例稱取各組分； 2) 將上述稱取的各組分在100 °C的烘箱中烘干1-2小時(shí)； 3) 將稱取的2]1、]\111、511、48和1%加入至石墨謝堝，抽真空后，通入1^6和(1)2的混合氣體作 為保護(hù)氣體，在700-800°C的條件下使各組分完全溶解后，保持10_20min。
[0029] 4)將HA粉加入到熔煉有Zn、Mn、Sn、Ag和Mg的石墨坩堝中，并攪拌均勾，得熔煉溶 液； 5) 將熔煉溶液倒入預(yù)先烘干的石墨模具中，得到鎂合金錠； 2.鎂合金的熱處理工藝： 1) 將鎂合金的制備工藝中得到的鎂合金錠在540 °C的條件下固溶10小時(shí)； 2) 將固溶后的鎂合金錠放入預(yù)先預(yù)熱的模具中，預(yù)熱溫度為220-480°C，在300-500°C 的溫度下擠壓成型材，即吻合釘； 3) 將步驟2)中的型材在500 °C的條件下進(jìn)行退火處理； 4 )對(duì)步驟3 )中退火的處理的型材在NaHCO3-NaOH-Mg (OH) 2溶液(pH9.3 )中浸泡24小時(shí)， 取出自然風(fēng)干； 5)將步驟4)得到的型材在773K保溫10h，空冷，得生物體內(nèi)可降解吻合釘。
[0030] 對(duì)各實(shí)施例獲得的吻合釘型材進(jìn)行力學(xué)性能、耐腐蝕性能和細(xì)胞毒性進(jìn)行測(cè)試， 其結(jié)構(gòu)如下表：
本發(fā)明提供的吻合釘不僅具有良好的力學(xué)性能，更具有優(yōu)異的耐蝕性能，解決了目前 吻合釘材料不能兼顧良好的塑性變形能力和較高耐蝕性的問題，而且降解產(chǎn)物無毒，生物 相容性好，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有較大的潛在應(yīng)用。
[0031] 以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完 全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù) 性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種生物體內(nèi)可降解吻合釘，按質(zhì)量百分比由以下組分組成： Zn 2-6% Μη 2-5% Sn 0.1-1% Ag 1.5-2% HA粉 0·5-2% 余量為Mg。2. 如權(quán)利要求1所述的一種生物體內(nèi)可降解吻合釘，其特征在于:所述HA粉為納米棒狀 HA粉，其粒徑為20-60nm〇3. 如權(quán)利要求1所述的一種生物體內(nèi)可降解吻合釘，其特征在于：所述Zn的純凈度在 99.99%以上。4. 如權(quán)利要求1所述的一種生物體內(nèi)可降解吻合釘，其特征在于：所述Sn的純凈度在 99.99%以上。5. 如權(quán)利要求1所述的一種生物體內(nèi)可降解吻合釘，其特征在于：所述Ag的純凈度在 99.99%以上。6. 如權(quán)利要求1所述的一種生物體內(nèi)可降解吻合釘，其特征在于：所述Mg的純凈度在 99.99%以上。7. 如權(quán)利要求1所述的一種生物體內(nèi)可降解吻合釘，其特征在于：所述Μη的純凈度在 99.99%以上。8. -種如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的生物體內(nèi)可降解吻合釘?shù)纳a(chǎn)工藝，包括以下步 驟：1. 鎂合金的制備工藝： 1) 按比例稱取各組分； 2) 將上述稱取的各組分在100 °C的烘箱中烘干1-2小時(shí)； 3) 將稱取的Zn、Mn、Sn、Ag和Mg加入至石墨;t甘堝，抽真空后，通入BF6和⑶2的混合氣體作 為保護(hù)氣體，在700-800°C的條件下使各組分完全溶解后，保持10_20min。 9.4)將HA粉加入到熔煉有Zn、Mn、Sn、Ag和Mg的石墨坩堝中，并攪拌均勻，得熔煉溶液； 5)將熔煉溶液倒入預(yù)先烘干的石墨模具中，得到鎂合金錠；2. 鎂合金的熱處理工藝： 1) 將鎂合金的制備工藝中得到的鎂合金錠在540 °C的條件下固溶10小時(shí)； 2) 將固溶后的鎂合金錠放入預(yù)先預(yù)熱的模具中，預(yù)熱溫度為220-480°(：，在300-5001€ 的溫度下擠壓成型材，即吻合釘； 3 )將步驟2 )中的型材在500 °C的條件下進(jìn)行退火處理； 4) 對(duì)步驟3)中退火的處理的型材進(jìn)行堿熱處理。10. -種如權(quán)利要求8所述的生物體內(nèi)可降解吻合釘?shù)纳a(chǎn)工藝，其特征在于:所述堿 熱處理包括如下步驟： 1) 在NaHC03-NaOH-Mg (OH) 2溶液(pH9.3 )中浸泡24小時(shí)，取出自然風(fēng)干； 2) 在773K保溫10h，空冷。
【文檔編號(hào)】A61L31/14GK106086562SQ201610592979
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月26日 公開號(hào)201610592979.5, CN 106086562 A, CN 106086562A, CN 201610592979, CN-A-106086562, CN106086562 A, CN106086562A, CN201610592979, CN201610592979.5
【發(fā)明人】周建良, 吳偉敏, 戴明凱
【申請(qǐng)人】常州華森醫(yī)療器械有限公司