一种医用镁合金及其制备方法

1.本发明涉及医用镁合金技术领域，尤其涉及一种医用镁合金及其制备方法。


背景技术：

2.骨植入材料是一种重要的用于骨修复及整形外科的生物医用材料，包括骨板、骨钉。目前，临床上普遍应用的骨植入材料主要是不锈钢、钴合金和钛合金等，它们具有良好的耐腐蚀性，能够长期稳定地存在于人体内，正因如此，需要二次取出，给患者带来身心和经济上的双重负担。
3.mg与人体骨的力学性能极为相似，镁金属作为骨植入材料具有可降解吸收性，可以使患者不用担心二次手术所带来的痛苦和经济负担，也可免除植入物长期存于体内而造成的其他病变。研究表明，镁金属虽然具有与天然骨相似的弹性模量、抗菌性能，但是其在生理环境中降解速度过快阻碍了其临床应用。为了降低mg的降解率，使其与骨愈合时间相匹配，研究者普遍采用合金化的方法。这种方法虽然提高了骨移植材料的耐蚀性，但会导致其抗菌活性降低，容易使骨移植材料受到感染，对骨移植的成功非常不利。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的技术问题是：镁金属虽然具有与天然骨相似的弹性模量、抗菌性能，但是其在生理环境中降解速度过快阻碍了其临床应用。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提供一种医用镁合金，以重量百分含量计，包括以下成分：
[0006][0007]
余量为mg以及不可避免的杂质，杂质元素总量≤0.1％。
[0008]
具体地，所述的一种医用镁合金，以重量百分含量计，包括以下成分：
[0009][0010]
余量为mg以及不可避免的杂质，杂质元素总量≤0.1％。
[0011]
具体地，所述医用镁合金的原料为纯mg、纯zn、纯ga、纯sr、mg-mn中间合金、mg-zr中间合金。
[0012]
具体地，所述医用镁合金按照以下步骤制备：
[0013]
(1)按照配方量，将纯mg、纯zn、纯ga、纯sr、mg-mn中间合金、mg-zr中间合金混合，得到混合原料；
[0014]
(2)将混合原料置于真空干燥器中，将混合原料加热至750-760℃，保温25-30min，每隔5min剧烈搅拌一次，然后将熔体转移至250℃的矩形模具中，自然冷却至室温，即得。
[0015]
具体地，步骤(2)中的升温速率为3-5℃。
[0016]
本发明的有益效果是：
[0017]
(1)本发明制备了一种镁合金，通过试验发现，在金属mg中加入ga、sr、zn三种金属元素可以显著改善镁合金的腐蚀速率和抗菌效果；
[0018]
(2)进一步研究发现，在镁合金mg-ga-sr-zn的基础上加入具有细化晶粒作用的mn金属元素，不仅可以进一步降低镁合金的腐蚀速率，还能进一步提高医用镁合金的抗菌效果，相比添加其他细化晶粒的金属元素(比如ca、y等)效果更佳。
具体实施方式
[0019]
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0020]
实施例1
[0021]
医用镁合金，以重量百分含量计，包括以下成分：
[0022][0023]
余量为mg以及不可避免的杂质，杂质元素总量≤0.1％。
[0024]
(1)按照配方量，将纯mg、纯zn、纯ga、纯sr、mg-mn中间合金、mg-zr中间合金混合，得到混合原料；
[0025]
(2)将混合原料置于真空干燥器中，将混合原料加热至750℃，升温速率为3℃，保温25min，每隔5min剧烈搅拌一次，然后将熔体转移至250℃的尺寸为15mm
×
15mm
×
3mm的矩形模具中，自然冷却至室温，即得医用镁合金。
[0026]
实施例2
[0027]
医用镁合金，以重量百分含量计，包括以下成分：
[0028][0029]
余量为mg以及不可避免的杂质，杂质元素总量≤0.1％。
[0030]
(1)按照配方量，将纯mg、纯zn、纯ga、纯sr、mg-mn中间合金、mg-zr中间合金混合，
得到混合原料；
[0031]
(2)将混合原料置于真空干燥器中，将混合原料加热至760℃，升温速率为3℃，保温30min，每隔5min剧烈搅拌一次，然后将熔体转移至250℃的尺寸为15mm
×
15mm
×
3mm的矩形模具中，自然冷却至室温，即得医用镁合金。
[0032]
实施例3
[0033]
医用镁合金，以重量百分含量计，包括以下成分：
[0034][0035]
余量为mg以及不可避免的杂质，杂质元素总量≤0.1％。
[0036]
(1)按照配方量，将纯mg、纯zn、纯ga、纯sr、mg-mn中间合金、mg-zr中间合金混合，得到混合原料；
[0037]
(2)将混合原料置于真空干燥器中，将混合原料加热至760℃，升温速率为5℃，保温25min，每隔5min剧烈搅拌一次，然后将熔体转移至250℃的尺寸为15mm
×
15mm
×
3mm的矩形模具中，自然冷却至室温，即得医用镁合金。
[0038]
实施例4
[0039]
医用镁合金，以重量百分含量计，包括以下成分：
[0040][0041]
余量为mg以及不可避免的杂质，杂质元素总量≤0.1％。
[0042]
(1)按照配方量，将纯mg、纯zn、纯ga、纯sr、mg-mn中间合金、mg-zr中间合金混合，得到混合原料；
[0043]
(2)将混合原料置于真空干燥器中，将混合原料加热至755℃，升温速率为5℃，保温30min，每隔5min剧烈搅拌一次，然后将熔体转移至250℃的尺寸为15mm
×
15mm
×
3mm的矩形模具中，自然冷却至室温，即得。
[0044]
实施例5
[0045]
医用镁合金，以重量百分含量计，包括以下成分：
[0046][0047]
[0048]
余量为mg以及不可避免的杂质，杂质元素总量≤0.1％。
[0049]
(1)按照配方量，将纯mg、纯zn、纯ga、纯sr、mg-mn中间合金、mg-zr中间合金混合，得到混合原料；
[0050]
(2)将混合原料置于真空干燥器中，将混合原料加热至750℃，升温速率为3℃，保温30min，每隔5min剧烈搅拌一次，然后将熔体转移至250℃的尺寸为15mm
×
15mm
×
3mm的矩形模具中，自然冷却至室温，即得医用镁合金。
[0051]
对比例1同实施例1，不同之处在于，对比例1中的医用镁合金，以重量百分含量计，包括以下成分：
[0052][0053]
余量为mg以及不可避免的杂质，杂质元素总量≤0.1％。
[0054]
(1)按照配方量，将纯mg、纯zn、纯ga、纯sr、mg-mn中间合金、mg-ca中间合金混合，得到混合原料；
[0055]
(2)将混合原料置于真空干燥器中，将混合原料加热至750℃，升温速率为3℃，保温25min，每隔5min剧烈搅拌一次，然后将熔体转移至250℃的15mm
×
15mm
×
3mm矩形模具中，自然冷却至室温，即得镁合金。
[0056]
对比例2同实施例1，不同之处在于，对比例2中的医用镁合金，以重量百分含量计，包括以下成分：
[0057][0058][0059]
余量为mg以及不可避免的杂质，杂质元素总量≤0.1％。
[0060]
(1)按照配方量，将纯mg、纯zn、纯ga、纯sr、mg-mn中间合金、mg-y中间合金混合，得到混合原料；
[0061]
(2)将混合原料置于真空干燥器中，将混合原料加热至750℃，升温速率为3℃，保温25min，每隔5min剧烈搅拌一次，然后将熔体转移至250℃的15mm
×
15mm
×
3mm矩形模具中，自然冷却至室温，即得镁合金。
[0062]
对比例3同实施例1，不同之处在于，对比例3中的医用镁合金，以重量百分含量计，包括以下成分：
[0063][0064]
余量为mg以及不可避免的杂质，杂质元素总量≤0.1％。
[0065]
(1)按照配方量，将纯mg、纯zn、纯ga、纯sr、mg-mn中间合金、mg-zr中间合金混合，得到混合原料；
[0066]
(2)将混合原料置于真空干燥器中，将混合原料加热至750℃，升温速率为3℃，保温25min，每隔5min剧烈搅拌一次，然后将熔体转移至250℃的15mm
×
15mm
×
3mm矩形模具中，自然冷却至室温，即得镁合金。
[0067]
对比例4同实施例1，不同之处在于，对比例4中的医用镁合金，以重量百分含量计，包括以下成分：
[0068][0069][0070]
余量为mg以及不可避免的杂质，杂质元素总量≤0.1％。
[0071]
(1)按照配方量，将纯mg、纯zn、纯ga、纯sr、mg-mn中间合金、mg-nd中间合金混合，得到混合原料；
[0072]
(2)将混合原料置于真空干燥器中，将混合原料加热至750℃，升温速率为3℃，保温25min，每隔5min剧烈搅拌一次，然后将熔体转移至250℃的15mm
×
15mm
×
3mm矩形模具中，自然冷却至室温，即得镁合金。
[0073]
对比例5同实施例1，不同之处在于，对比例5中的医用镁合金是纯mg。
[0074]
对比例6同实施例1，不同之处在于，对比例6中的医用镁合金，以重量百分含量计，包括以下成分：
[0075]
ga 0.1％
[0076]
sr 0.1％
[0077]
zn 0.5％
[0078]
余量为mg以及不可避免的杂质，杂质元素总量≤0.1％。
[0079]
(1)按照配方量，将纯mg、纯zn、纯ga、纯sr混合，得到混合原料；
[0080]
(2)将混合原料置于真空干燥器中，将混合原料加热至750℃，升温速率为3℃，保温25min，每隔5min剧烈搅拌一次，然后将熔体转移至250℃的15mm
×
15mm
×
3mm矩形模具中，自然冷却至室温，即得镁合金。
[0081]
对比例7同实施例1，不同之处在于，对比例7中的医用镁合金，以重量百分含量计，包括以下成分：
[0082][0083]
余量为mg以及不可避免的杂质，杂质元素总量≤0.1％。
[0084]
性能测试：
[0085]
实施例1-5以及对比例1-7所获镁合金样品，以自来水为润滑剂，用硅碳纸打磨样品表面至2000砂单位，然后分别用丙酮、乙醇(96％)、去离子水在超声波浴中冲洗5min。然后进行高压灭菌处理。
[0086]
镁合金样品的体外降解率：将实施例1-5以及对比例1-4所获镁合金分别置于3ml高压灭菌胰蛋白酶大豆汤(tsb)溶液的中，均在37℃、ph＝7.4、95％湿度和5％co2条件下加湿培养72小时。72小时后，从tsb中取出样品，用去离子水冲洗，然后用200g/l铬酸、10g/l硝酸钡、10g/l硝酸银在室温下清洗1min，去除表面降解产物。在室温下干燥12h，对清洗后的样品进行称重，称重精度为0.1mg。根据下列计算，估算tsb中镁合金样品的体外降解率c：
[0087]
c＝(m0-m1)/ρat
[0088]
上式中，mo为镁合金的平均初始质量，m1为浸泡72小时并清洗后的平均质量，ρ为材料密度(排水法)，a为方形样品的底面积，t为浸泡时间。
[0089]
镁合金样品的体外抗菌性能：
[0090]
将金黄色葡萄球菌(atcc43300)、大肠杆菌(atcc 25922)、表皮葡萄球菌(atcc35984)分别加入到5ml tsb培养基的玻璃烧瓶中，在37℃和220rpm下过夜摇匀。每种细菌37℃下接种于羊血琼脂(sba)板上培养24h，收集单个菌落，在经高压灭菌后的6ml培养基中培养，220rpm下振荡3h，在tsb溶液中产生1
×
106个菌落单位(cfu)/ml。
[0091]
将实施例1-5以及对比例1-7所获镁合金样品进行高压灭菌后，均分别置于盛有6ml 3种不同细菌的tsb溶液中(12
×
3＝27组试验)，每种细菌在tsb溶液中的菌落数量均为1
×
106(cfu)/ml。三组空白试验为6ml只含有3种不同细菌的tsb溶液，每组空白试验中的tsb溶液中分别含有1
×
106个单一菌落。将试验培养液分别在37℃，5％co2的加湿培养箱中培养3天，培养3天后，将每组试验的tsb溶液稀释10倍，一式三份，在37℃下培养24h，观察菌落数量。
[0092]
抑菌率按照下式计算：
[0093]
抑菌率(％)＝(b-a)/b
×
100％。
[0094]
a是植入镁合金样品培养基中活菌的平均数量，b是空白试验中活菌的平均数量。
[0095]
具体测试结果见表1
[0096]
表1
[0097][0098]
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。