[发明专利]生物体内可降解高强韧医用Zn-Cu-Mn-Zr合金

说明书

本发明公开了一种生物体内可降解高强韧医用Zn‑Cu‑Mn‑Zr合金；含Zn、Cu、Mn和Zr元素，且Cu的含量大于0、小于等于4％，Mn的含量大于0、小于等于2％，Zr的含量大于0、小于等于2％，其余为Zn。本发明的合金材料在模拟体液中的腐蚀速率为35～71μm/year，同时呈现均匀腐蚀降解模式；在室温且拉伸应变速率为1×10^‑3条件下拉伸性能为：屈服强度200～420MPa，抗拉强度210～440MPa，延伸率20～65％。对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抗菌率在90％以上。在380℃下保温0.5小时后在真应变5％‑15％阶段应变硬化指数n大于等于0.2；且无明显的细胞毒性，生物相容性较好。

技术领域

本发明涉及一种生物体内可降解高强韧医用Zn-Cu-Mn-Zr合金，具体的说，是一种具有加工硬化和抗老化能力的适合作为生物体内可降解内植入器械制备用的高强韧医用锌合金材料。

背景技术

目前，临床上广泛应用的内植入器械制备用材料多为惰性材料，如不锈钢、钛合金等。这些材料在人体内具有很好的稳定性，以及良好的生物相容性，同时具有很好的成型性能。但是，这类材料所制备的植入器械在植入后存在的普遍的问题是：植入后作为异物存在，需要长期服用抗排异类药物，例如血管支架类产品；在相应疾病康复后，需通过二次手术取出，例如骨板、骨钉类产品。这既增加了患者的痛苦及医疗费用负担，也为临床医生增加的大量的手术工作量。

近年来，可降解医用金属材料受到了广泛关注，它不仅继承了金属材料良好的力学性能和可加工性，同时可在人体内降解代谢，应用于骨科内固定或血管支架等器械具有巨大优势。其中，锌合金具有良好的生物安全性，在人体内降解速度适中，表现出良好的应用前景。目前，可降解锌合金的研究主要有纯锌、Zn-Mg基系以及其他系列。其中，最具代表性的是Bowen等学者对纯锌丝模拟支架降解行为的研究，该研究表明植入大鼠腹主动脉的锌丝表现出理想的降解行为，并且腐蚀产物也显示出良好的生物相容性。这表明锌作为可降解支架材料具有一定的可行性，然而，纯锌的机械性能很差，难以满足制备支架的需求，高纯锌制备的管材屈服强度仅有约80MPa，延伸率约10％，因此需要提高纯锌的机械性能。同时，由于锌合金的熔点较低，锌合金在室温下的组织稳定性较差，这使得锌合金容易出现“老化”现象，导致锌合金医疗器械在储存或使用过程中出现明显的力学性能下降。另外锌合金在室温变形的过程中，也会由于组织稳定性差而导致加工硬化能力较差，增加了血管支架用锌合金微细管材的加工难度。因此，通过合金化改善锌合金的力学性能，优化合金的抗老化和加工硬化能力，同时保证其较好的腐蚀降解、生物相容性能，是其作为可降解医用植入材料广泛应用的关键。

通过对现有专利文献的检索发现，专利号：ZL201510512800.6，生物可降解的医用锌铜合金及其制备方法和用途；专利申请号：201910291761.X，一种Zn-Ge-X三元生物医用材料及其制备方法；专利申请号：201710363125.4，一种生物医用Zn-Mn-Cu系锌合金及其制备方法；专利申请号：201811544472.8一种具备超塑性的医用锌合金棒材制备方法。这些专利报道了多种新型锌合金材料，这些材料的综合性能还有待进一步的提升，特别是在改善合金的抗老化及加工硬化能力方面。

发明内容

本发明的目的在于针对临床实际需求从改善生物医用锌合金的综合性能出发，关注解决锌合金的“老化”问题与加工硬化能力低的问题，提出了一种生物体内可降解高强韧医用Zn-Cu-Mn-Zr合金；该合金具有优异的力学性能、理想的耐均匀腐蚀性能，良好的生物相容性，同时抗老化并具有较高的加工硬化能力，适合制备可降解骨内植物器械以及血管支架、吻合钉、血管夹等植入器械。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一方面，本发明涉及一种生物体内可降解高强韧医用Zn-Cu-Mn-Zr合金材料，所述合金材料含有Zn、Cu、Mn和Zr元素，且Cu的重量百分比含量大于0、小于等于4％，Mn的重量百分比含量大于0、小于等于2％，Zr的重量百分比含量大于0、小于等于2％，其余为Zn。