一种Zn-Mg1Ca系锌合金及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种Zn-Mg1Ca系锌合金及其制备方法与应用。本发明专利技术锌合金中包括Zn和Mg1Ca，所述锌合金中Mg1Ca的质量百分数为0～10％，但不包括0。所述锌合金中还包括微量元素，所述微量元素为硅、磷、锂、银、锡和稀土元素中的至少一种；所述微量元素的质量百分含量为0～3％，但不包括0。本发明专利技术Zn-Mg1Ca系锌合金的力学性质符合医用植入体材料的强度和韧性的要求、对内皮细胞和成骨细胞无细胞毒性且能抑制平滑肌细胞增殖、具备良好的组织相容性和血液相容性，同时又可调控被体液降解，溶出的金属离子能被生物体吸收利用或代谢排除体外，还具备优异的抗菌性能，可应用于医用植入体的制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于医用金属材料制备
，涉及一种Zn-Mg1Ca系锌合金及其制备方法与应用，具体涉及一种Zn-Mg1Ca系锌合金及其制备方法与在制备可体液降解医用植入体中的应用。
技术介绍
生物医用材料是用来对生物体进行诊断，治疗，修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料。它是研究人工器官和医疗器械的基础，按用途可分为修复材料，心血管系统材料，医用膜材料，药物释放载体材料，生物传感器材料，齿科材料等。按组成和性质主要有生物医用金属材料，生物陶瓷，生物医用高分子，生物医用复合材料和生物衍生材料。生物医用金属材料具有高的机械强度和抗疲劳性能，是临床应用最广泛的承力植入材料，其应用遍及硬组织，软组织，人工器官和外壳辅助器材等各个方面。目前临床应用的金属材料主要有纯钛，钽，铌，锆，不锈钢，钴基合金和钛基合金等，多为惰性材料。这些材料在人体内不可降解，为永久性植入，当植入体在人体内的服役期满后，必须通过二次手术取出，从而给患者带来不必要的生理痛苦及经济负担。生物医用可降解金属就是能够在体内缓慢降解，其降解产物与机体组织和器官有良性的反应，在帮助组织完全恢复之后能够被机体吸收而无残留的一种金属材料。这样就能够尽可能减少材料对机体的长期影响，材料在帮助机体恢复的过程中也在逐渐被机体吸收，其降解产物可以通过新陈代谢被吸收或者排出体外，组织恢复后无需二次手术。由于可降解金属材料的设计更具人性化和功能性，所以成为当今国际材料领域的研究热点。可降解的医用镁合金一直是几年来的研究热点，不同的合金体系和新型的结构以及表面改性都层出不穷，比如Mg-Ca，Mg-Sr，Mg-Zn以及对工业合金AZ31和WE43的改良和新型的多孔，纳米晶以及非晶结构都使得镁合金越来越接近应用。尽管镁合金有一系列的优点，降解过快以及析氢过多一直是镁合金难以克服的一个瓶颈。相比于镁合金，铁基合金有着稳定但是过慢的降解速度，其腐蚀产物会引发炎症反应，所以开发一种具有合适的降解速度且与组织能够良性反应的可降解金属材料成为一种需求。从腐蚀上来看，锌及其合金相比于镁有更正的腐蚀电位，相比于铁又更活泼，可以作为牺牲阳极材料。所以其腐蚀速度应该介于两者之间，可能具备有更合适的体内降解速度。从锌对人体的作用来看，锌是人和动物正常生长，生殖和延长寿命所必需的元素，参与许多酶的合成，发挥调控作用，一个成年人每天需要10-15mg的锌，哺乳期妇女每日需要30-40mg的锌，正常成人体含锌2-4g，其中60％存在于肌肉，30％存在于骨骼。与人体有关的的含锌酶大约在100种，包括乙醇脱氢酶，碱性磷酸酶，碳酸酐酶，羧基肽酶原和胞液的超氧化物歧化酶。锌参与控制蛋白质合成，控制机体的生长发育。锌与核酸，氨基酸代谢及蛋白质合成有密切关系，实验证明缺锌导致氨基酸氧化作用增强，甲硫氨酸结合到组织蛋白减少，胱氨酸参与皮肤蛋白合成减少，引起甘氨酸及脯氨酸合成胶质障碍，还可引起肝脏精氨酸酶活力增高。锌参与蛋白质与核酸的代谢，调节细胞的合成和功能。锌是必需微量元素中作用最多，毒性最小的一种微量元素，是构成多种蛋白质分子所必需的元素，98％的锌都分布在细胞之内，锌在细胞中的含量比其他微量元素都多，脑中红的锌含量是铜的5倍，锰的8倍。锌还参与许多生物膜的形成，有降低脂质过氧化的作用，能改善粘膜上皮的营养代谢和抵抗力，稳定并保护细胞膜。锌对胰岛素生成有重要的作用，与生长激素和性激素也有紧密的联系。锌在维持人体的免疫功能方面具有重要作用，它在细胞分裂活酶，维持T细胞的增殖和分化，促进抗体生成中起重要作用。无论是人和动物，体内含锌量的减少均可引起细胞免疫功能下降，对疾病的易感性增加。锌能通过干扰抑制病毒DNA的复制产生抗病毒作用。骨骼含有人体中一大部分的锌，骨骼中的锌主要集中在钙化的类骨质层中，骨骼生长缓慢是日常饮食中缺锌的常见症状。研究发现锌对成骨性骨修复和矿物化有促进作用，锌能刺激转录因子Runx2的基因表达，而这种转录因子与成骨细胞分化有关。锌还能通过抑制破骨细胞样细胞从骨髓干细胞的分化和促进成熟破骨细胞的凋亡来抑制破骨性再吸收。锌还对破骨细胞分化因子诱导的破骨细胞生成有抑制作用。锌的转运体在成骨细胞和破骨细胞中都有表达，日常饮食中摄入锌有利于骨质量增长。锌在体内各种蛋白质和酶中的作用决定了锌对心血管健康的重要影响。锌在细胞内氧化还原信号通路内扮演着重要的角色，局部缺血和梗死会引发蛋白质释放锌造成心肌症。补充锌可以增强心肌功能，预防冠状动脉疾病和心肌症。补充足够的锌可以保护心肌细胞免受氧化应激，还能预防心肌受损时并发的炎症反应。锌有愈伤作用，有利于在心脏恢复期间促进起愈伤作用的心肌干细胞的存活。缺锌的病理学表现包括生长缓慢，分娩困难，神经病，周期型厌食，腹泻，皮炎，脱发，失血，低血压低体温症。缺锌还会影响表皮，肠道，中枢神经，免疫系统，骨骼和生殖系统。锌缺乏可以降低成骨细胞活性，影响胶原和蛋白多糖的合成和碱性磷酸酶的活性。所以锌具有良好的生物相容性和合适的降解性能。镁是生物体的必需元素，成人体内含镁量20-28g，其中70％以磷酸盐和碳酸盐的形式存在于牙齿和骨骼中，25％的镁与蛋白质结合层复合物，存在于软组织中。镁几乎参与人体内所有的新陈代谢过程，其具体作用有：维持细胞膜的势位差，起稳定细胞结构的作用，是多种酶的活化剂和组分，辅助糖代谢及细胞呼吸酶系统，影响心脏传导系统和神经传递，对神经系统和心肌起镇静与抑制作用，可扩张血管影响血压。镁相比于锌更加活泼，容易被腐蚀，也可用来调节复合材料的降解速度。钙是人体含量最多的无机元素，约占正常人体的2％，99％的钙以羟基磷灰石结晶的形式贮存在骨骼和牙齿中，1％以游离或结合的离子状态分布在体液，软组织，细胞外液及血液中，对维护身体健康有重要作用。钙是构成人体牙齿和骨骼的主要成分，且在维持人体循环、呼吸、神经、内分泌、消化、血液、肌肉、骨骼、泌尿、免疫等各系统的正常生理功能中起到重要调节作用。目前乐普(北京)医疗器械股份有限公司有关于可降解新基合金支架的专利，西安爱德万思医疗科技有限公司有关于医用生物可降解锌合金毛细管材的制备方法以及耐蚀高强韧锌合金植入材料的专利。国内外还没有文献和专利报道Zn-Mg1Ca系锌合金的制备及性能与在可降解生物医用材料中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种Zn-Mg1Ca系锌合金及其制备方法与应用。本专利技术制备的Zn-Mg1Ca系锌合金具有合适的机械性能、可调节的腐蚀速率和良好的细胞相容性、血液相容性，还具备优异的抗菌性能，可用于生物医用植入的制备。本专利技术所提供的Zn-Mg1Ca系锌合金，包括Zn和Mg1Ca；所述Zn-Mg1Ca系锌合金中Mg1Ca的质量百分数为0～10％，但不包括0。所述Mg1Ca(即为Mg和Ca合金)中Ca的质量分数为0～1％，具体为0.98％，但不包括0。上述Zn-Mg1Ca系锌合金中，还可包括微量元素，所述微量元素为硅、磷、锂、银、锡和稀土元素中的至少一种；所述微量元素的质量百分含量为0～3％，但不包括0。上述Zn-Mg1Ca系锌合金的表面还可涂覆有可降解高分子涂层、陶瓷涂层或药物涂层；所述可降解高分子涂层、所述陶瓷涂层和所述药物涂层的厚度均可为0.01～5m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Zn‑Mg1Ca系锌合金，包括Zn和Mg1Ca；所述Zn‑Mg1Ca系锌合金中Mg1Ca的质量百分数为0～10％，但不包括0；所述Mg1Ca中Ca的质量分数为0～1％，但不包括0。

【技术特征摘要】
1.一种Zn-Mg1Ca系锌合金，包括Zn和Mg1Ca；所述Zn-Mg1Ca系锌合金中Mg1Ca的质量百分数为0～10％，但不包括0；所述Mg1Ca中Ca的质量分数为0～1％，但不包括0。2.如权利要求1所述的Zn-Mg1Ca系锌合金，其特征在于：所述Zn-Mg1Ca系锌合金中，还包括微量元素，所述微量元素为硅、磷、锂、银、锡和稀土元素中的至少一种；所述Zn-Mg1Ca系锌合金中，所述微量元素的质量百分含量为0～3％，但不包括0。3.如权利要求1或2所述的Zn-Mg1Ca系锌合金，其特征在于：所述Zn-Mg1Ca系锌合金的表面涂覆有可降解高分子涂层、陶瓷涂层或药物涂层；所述可降解高分子涂层、所述陶瓷涂层和所述药物涂层的厚度均可为0.01～5mm。所述可降解高分子涂层的制备材料具体为下述1)和2)中的至少一种：1)聚己酸内酯、聚乳酸、聚羟基乙酸、L-聚乳酸、聚氰基丙烯酸酯、聚酸酐、聚膦腈、聚对二氧杂环己烷酮、聚-羟基丁酸酯或聚羟基戊酸酯中的任一种；2)聚乳酸、聚己酸内酯、聚羟基乙酸、L-聚乳酸、聚氰基丙烯酸酯和聚对二氧杂环己烷酮中的至少两种的共聚物；所述陶瓷涂层的制备材料具体为羟基磷灰石、磷酸三钙和磷酸氧四钙中的至少一种；所述药物涂层具体为雷帕霉素及其衍生物涂层、紫杉醇涂层、依维莫司涂层、西罗莫司涂层、丝裂霉素涂层和抗菌涂层中的至少一种。4.一种权利要求1-3中任一项所述的Zn-Mg1Ca系锌合金的制备方法，包括如下步骤：将Zn、Mg1Ca和所述微量元素按照下述1)和2)中的任一种方式进行混合得到混合物；1)Zn和Mg1Ca；2)Zn、Mg1Ca和微量元素；按照下述a)或b)的步骤即得所述Zn-Mg1Ca系锌合金；a)在真空或惰性气氛下，将所述均匀混合物进行烧结，经冷却后即得所述Zn-Mg1Ca系锌合金；b)在真空或惰性气氛下，将所述均匀混合物进行烧结，经冷却后涂覆所述可降解高分子涂层、所述陶瓷涂层或所述药物涂层即得所述Zn-Mg1Ca系锌合金。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述混合为将Zn、Mg1Ca和所述微量元素，在氩气保护气氛下加入真空球磨罐中，于球磨速度180～250rpm、球料比(10-20)：1下球磨15～60min，得到混合物；和/或，所述烧结为放电等离子烧结；和/或，具体的，所述放电等离子烧结为将所述混合物加入石墨磨具中，轴向加压并真空烧结，所述放电等离子烧结的具体参数控制如下：起始烧结压力1MPa，保温烧结压力30～60MPa，先以100℃\...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑玉峰，杨宏韬，成艳，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11