生物可降解纳米羟基磷灰/镁合金血管内支架材料的制作方法

专利名称：生物可降解纳米羟基磷灰/镁合金血管内支架材料的制作方法
生物可降解纳米羟基磷灰/镁合金血管内支架材料
技术领域：
本发明涉及生物支架材料，特别是一种生物可降解纳米羟基磷灰/镁合金血管 内支架材料。
背景技术：
在介入医学中，NiTi记忆合金及316L不锈钢药物洗脱支架以其优异的力学性 能而广泛应用于心脑血管狭窄的临床治疗。然而，支架与腔内液体相互作用而产 生的凝血问题、晚期支架内高血栓发生率，以及金属支架的永久存在导致的管道 壁炎症，甚至损伤依然存在。这是由于抗增生的药物同时延迟了内皮化的形成； 支架表面聚合物的长期存在又增加了慢性炎症的发生，进一步延迟了内皮化过程。 1988年，Stack等率先研发了生物可降解支架(BDS)，认为有望从根本上解决晚 期血栓的形成。
BDS的最大特点是在血管内完成短时性的机械支撑作用后，可降解成无毒产 物并随机体的正常代谢排出体外。聚羟基乙酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、聚左 旋乳酸(PLLA)、聚辛酸内酯(PCL)、聚羟基丁酸戊酯(PHBV)等都是可能 的BDS材料。但，它们的降解速率受材料分子量、成分、结晶度、形状、大小、 及表面状态的影响很大。最为致命的是高分子材料植入血管后的张力不足，导致 支架滑动而影响支撑效果。且因X射线无法显影而加大了手术的难度。此外，降解 过程中显著的炎症反应及降解碎片是否会引起结石也是目前无法解决的问题。
镁合金因其优良的力学性能和生物腐蚀降解特性，直到最近才被认识是一种 有前途的体内植入和支架材料，其在体内的降解产物一镁是人体必需的微量元素， 几乎参与体内所有新陈代谢过程。已有研究显示， 一种新型Mg-3Al-lRe合金BDS， 在血液中可逐渐腐蚀降解，并释放出Mg2+离子，初歩显示了镁合金血管支架的安全 有效性。最近，德国学者的一项多中心前瞻性研究也证实，新型镁合金BDS置入冠 脉后的即刻造影结果与其他金属支架效果相当，且4个月后可安全降解。2003年 BHeublein将镁合金植入鼠心脏血管处，研究了镁合金在鼠体内的炎症反应和植入 期间因金属腐蚀而生成氢气的影响，认为生物可吸收镁基合金有可能成为一种用 于制作心血管支架的新型材料。2005年Zartner P成功地将可降解镁合金支架植
入了早生儿的左肺动脉，显示了广阔的临床应用前景。
国内有关镁合金医用材料的研究主要集中在骨替代材料，开发的材料有-Mg-Ca、 Mg-Zn、 Mg-Zn-Ca、 Mg-Zn-Ca-Fe， Mg-稀土，合金植入动物股骨3-6个月完 全降解。目前公开的专利"可生物降解的镁合金血管支架"中设计的Mg-稀土合金 伸长率仅为2-10%，远远不能满足血管支架塑性加工成型的要求。
显然，提高镁合金的塑性变形能力、控制其腐蚀降解速度，是开发可生物降 解的镁合金血管支架必须解决的两个问题。本发明添加合金元素Zn提高强度和耐 腐蚀性；添加微量Zr细化晶粒，增加塑性。特别添加HA纳米棒，在进一步强韧化 合金基体的同时，HA可有效地吸附合金基体腐蚀产生的氢气，并诱导形成保护层， 控制合金降解速率。有关这方面的研究国内外尚未见报道。

发明内容
本发明的目的是为了克服现有血管支架材料的不足，而提供一种生物可降解纳米 羟基磷灰/镁合金血管内支架材料，该生物可降解纳米羟基磷灰/镁合金血管内支架材 料可以提高镁的塑性变形能力和耐腐蚀性，保证血管支架加工和行使功能对材料的要 求。
本发明为实现上述目的设计了一种生物可降解纳米羟基磷灰石/镁合金血管 内支架材料。其特征在于所述支架材料组分按重量百分比为HA 0.1-5%， Zn 2-6%， Zr 0.2-0.8%，其余为Mg。
本发明的优越性在于本发明添加合金元素Zn提高强度和耐腐蚀性；添加微 量Zr细化晶粒，增加塑性。特别添加HA纳米棒，在进一步强韧化合金基体的同时， HA可有效地吸附合金基体腐蚀产生的氢气，并诱导形成保护层，控制合金降解速 率。所发明的材料的力学性能满足抗拉强度o h=250 270MPa;延伸率S =12 15%; 弹性模量E二40 45GPa;腐蚀速率0.0001mm/天 0.0003mm/天。 可保证材料的加工变形性能和血管支架对材料的要求。同时，其在生物体内血液 环境中的生物腐蚀性能良好，能满足治疗时对血管支架的力学支撑时间的要求。
具体实施方式
本发明的技术方案 一种可生物降解的镁合金/HA复合材料含有(重量％): HA 0. 1%-5%，其它合金元素，Zn 2-6%, Zr 0.2-0.8%，其余为Mg。其中所述 HA直径10-15nm，长100-200nm。所述原料Mg的纯度大于等于99.99X 。所述原料 Zn的纯度大于等于99.99X 。所述Zr的纯度大于等于99.99X 。
本发明生物可降解纳米羟基磷灰/镁合金血管内支架材料也可以是HA
0.1-1%， Zn 2-4%， Zr 0.2-0.5%,其余为Mg。
本发明的生物可降解纳米羟基磷灰/镁合金血管内支架材料可通过以下步骤 制备
(1) 原材料的准备以纯度不小于99.99%的Mg锭，Zn粒和海绵Zr为 合金基体原料；反应合成的纳米HA棒状颗粒(直径10-15nm，长 100-200nm)为增强体制备n-HA/Mg-Zn-Zr复合材料；
(2) 镁合金基体的冶炼将设计含量的Mg、 Zn、 Zr依次放入石墨坩埚， 抽真空至，通入BF6与C(V混合气体作保护，在700-80(TC温度下加 热5-20min后，浇注成直径60mm的合金锭；
(3) 复合材料的制备将设计成分的纳米HA棒状颗粒与Mg-Zn-Zr合金 依次分层铺在喷射沉积成型设备的原料室中，抽真空后通入氩气作 保护，强力搅拌15-30分钟后，喷射沉积至结晶器中，得到直径12mm 的圆棒；
(4) 材料的轧制及热处理采用普通轧机，将4)12mm的圆棒轧至小6mm 以排除在喷射沉积成型时材料内形成的空洞，然后在700K 800K 之间进行热处理，时间为8 16h。
实施例1:
(1) 原材料的准备以纯度不小于99.99%的Mg锭，Zn粒和海绵Zr为合金 基体原料；反应合成的纳米HA棒状颗粒(直径10-15nm，长100-200nm) 为增强体制备n-HA/Mg-Zn-Zr复合材料。
(2) 镁合金基体的冶炼按设计比例将600g原料(其中，4wt%Zn、 0.5wt%Zr， 余为Mg)依次放入熔炼炉的石墨坩埚，抽真空至1X10—2Pa，通入BF6 与C(V混合气体作保护，在750。C温度下加热15后，浇注成cj)60隱的合 金锭。
(3) 复合材料的制备将设计成分将3wt。/。纳米HA棒状颗粒与Mg-Zn-Zr合 金(总量为1000g)依次分层铺在喷射沉积成型设备的原料室中，抽真空 后通入氩气作保护，强力搅拌20分钟后，喷射沉积至结晶器中，得到 * 12mm的圆棒。
(4) 材料的轧制及热处理采用普通轧机，将4)12mm的圆棒轧至cJ)6mm以
排除在喷射沉积成型时材料内形成的孔洞，然后在750K进行真空热处 理，时间为10h。
实施例2:
(1) 原材料的准备以纯度不小于99.99%的Mg锭，Zn粒和海绵Zr为合 金基体原料；反应合成的纳米HA棒状颗粒(直径10-15nm，长 100-200腿)为增强体制备n-HA/Mg-Zn-Zr复合材料。
(2) 复合材料的制备按设计比例将800g原料(其中，4 wt%Zn、0.5 wt%Zr， 2 wt。/。HA,余为Mg)依次分层铺在喷射沉积成型设备的原料室中，抽 真空至1X10—屮a后，通入氩气保护气氛，在730。C温度下强力搅拌30 分钟后，喷射沉积至结晶器中，得到4) 12mm的n-HA/Mg-Zn-Zr复合材 料圆棒。
(3) 材料的轧制及热处理采用普通轧机，将cj) 12mm的圆棒轧至d)6mm 以排除在喷射沉积成型时材料内形成的孔洞，然后在750K之间进行热 处理，时间为10h。
本发明以纯度99.99%的Mg锭，化学分析纯Zn粒，火器级海绵Zr及自制纳米 HA棒状颗粒(直径10-15nm，长100-200nm)为原料，B^与C(V混合气体作保护， 采用液态搅拌-喷射沉积工艺制备纳米HA/Mg合金复合材料。通过合金元素强化镁 合金，细化晶粒，改善塑性；添加微量纳米棒状HA进一歩强韧化合金基体，同时 有效地吸附基体腐蚀产物氢气，诱导形成保护层，控制复合材料的降解速率。其 降解产物Mg^为人体必须元素，并具有抗凝血作用。本发明的材料具有良好的力 学性能、降解速率和生物相容性，能够作为新一代的可降解血管支架材料，对于 治疗管腔狭窄有重要的临床应用价值。
权利要求
1、一种生物可降解纳米羟基磷灰/镁合金血管内支架材料，其特征在于所述支架材料组分按重量百分比为HA 0.1-5％，Zn 2-6％，Zr 0.2-0.8％，其余为Mg。
2、 根据权利要求l所述的生物可降解纳米羟基磷灰/镁合金血管内支架材料， 其特征在于所述HA直径10-15nm，长100-200nm。
3、 根据权利要求l所述的生物可降解纳米羟基磷灰/镁合金血管内支架材料， 其特征在于所述原料Mg的纯度大于等于99.99X 。
4、 根据权利要求l所述的生物可降解纳米羟基磷灰/镁合金血管内支架材料， 其特征在于所述原料Zn的纯度大于等于99.99X 。
5、 根据权利要求l所述的生物可降解纳米羟基磷灰/镁合金血管内支架材料， 其特征在于所述Zr的纯度大于等于99.99X 。
6、 根据权利要求l-4所述的生物可降解纳米羟基磷灰/镁合金血管内支架材 料，其特征在于所述Zr的纯度大于等于99.99X。
7、 根据权利要求6所述的生物可降解纳米羟基磷灰/镁合金血管内支架材料， 其特征在于所述HA 0.1-1%， Zn 2-4%， Zr 0.2-0.5%，其余为Mg。
全文摘要
本发明公开了一种生物可降解纳米羟基磷灰/镁合金血管内支架材料。其组分及重量百分比为HA 0.1％-5％，Zn 2-6％，Zr 0.2-0.8％，其余为Mg。本发明通过合金元素强化镁合金，细化晶粒，改善塑性；添加微量纳米棒状HA进一步强韧化合金基体，同时有效地吸附基体腐蚀产物氢气，诱导形成保护层，控制复合材料的降解速率。其降解产物Mg²⁺为人体必须元素，并具有抗凝血作用。本发明的材料具有良好的力学性能、降解速率和生物相容性，能够作为新一代的可降解血管支架材料，对于治疗管腔狭窄有重要的临床应用价值。
文档编号A61L31/02GK101185777SQ20071015105
公开日2008年5月28日 申请日期2007年12月14日 优先权日2007年12月14日
发明者刘德宝, 王晓伟, 臣 由, 陈民芳 申请人:天津理工大学