一种含有Sr和Zn的WE43镁合金医用接骨板及其制备方法与流程

本发明涉及医用生物植入材料领域，具体涉及一种含有Sr和Zn的WE43镁合金医用接骨板及其制备方法。
背景技术：
：近年来，生物医学材料的应用已经引起了材料学家，医学家以及工业应用的广泛关注。很多医用材料，例如高分子聚合物，陶瓷以及金属材料已经被应用到生物医学当中。金属材料作为一种生物医学材料在硬组织替换和植入领域中起到非常重要的作用。其中，镁及镁合金以其高的比强度、比刚度，良好的生物相容性以及接近自然骨的弹性模量和密度在可降解骨、支架和组织的植入中具有很大的应用潜力。但是，镁及镁合金作为医用植入材料的致命缺点是纯镁的强度太低，并且镁合金在人体环境内腐蚀太快从而导致大量氢气积累产生皮下气泡。大量研究表明，镁及镁合金在植入生物体后，由于其生物讲解速度与组织生长速度不匹配，最终导致手术失败。含铝系镁合金具有较高的机械性能和抗腐蚀性能，但是从健康角度考虑该类合金不具备长期应用于人体的优势。目前，比较受欢迎的商用镁合金是无铝系稀土镁合金，WE43为其中代表，它的组分设计是Mg-4％Y-3％RE(Nd，Gd)-0.5％Zr。Biotronik公司已经制作了临床的可降解血管支架，在动物实验中取得了良好的效果，但是WE43作为固定骨板的在人体体内和体外降解速率并不理想。因此，寻求一种综合机械强度和腐蚀性能比较理想的镁合金医用植入材料至关重要。技术实现要素：本发明针对上述技术的不足，提出一种具有优异的机械性能和耐腐蚀性能的镁合金医用接骨板。本发明的技术方案是：一种含有Sr和Zn的WE43镁合金医用接骨板，其特征是，由以下质量百分比的原料采用热压烧结工艺成型，Y(钇)：4％，RE(稀土)：3％，Sr(锶)：0.5％～2％，Zn(锌)：0.5％～2％，Zr(锆)：0.5％，余量为Mg(镁)。优选地，所述RE包括Nd元素和/或Gd元素；优选地，所述RE包括Nd元素和Gd元素；优选地，Nd元素和Gd元素的质量比为1：1。优选地，所述Y为Y粉，Y粉粒度为75μm，纯度在99.5％以上；所述RE为RE粉，所述RE粉的粒度为75μm，纯度在99.5％以上；所述Sr为Sr粉，所述Sr粉的粒度为100μm，纯度在99.5％以上；所述Zn为Zn粉，所述Zn粉的粒度为75μm，纯度在99.5％以上；所述Zr为Zr粉，所述Zr粉的粒度为100μm，纯度在99.5％以上；所述Mg为镁粉，Mg粉的粒度为150μm，纯度在99.5％以上。本发明还提供一种含有Sr和Zn的WE43镁合金医用接骨板，其特征是，包括接骨板基体，设置于骨板基体两侧的骨板翼，设置于骨板翼上的B类螺钉孔，和设置于骨板基体两端的A类螺钉孔；所述B类螺钉孔和A类螺钉孔内均设有螺纹，用于与相应的固定螺钉配合；优选地，所述骨板翼的横截面为圆弧状；也就是说，骨板翼为横截面为圆弧状的槽型，或者其他符合人骨骼结构的形状，以起到更好的骨钉效果。优选地，所述骨板翼至少为2个；例如2个，3个，4个，5个，6个，7个，8个等，优选为2个，4个，6个，8个等偶数个。优选地，所述骨板翼均匀分布于骨板基体侧边；优选地，所述骨板基体上还设置有至少1个B类螺钉孔；用于用固定螺钉将接骨板固定于人体骨骼上。优选地，所述骨板基体上的B类螺钉孔均匀分布，可使固定时受力更均匀，从而达到更好的骨钉效果。优选地，A类螺钉孔的孔径大于B类螺钉孔的孔径；优选地，所述骨板翼为齿型、半圆型、半椭圆型中的一种或几种。优选地，所述骨板翼与接骨板基体形成的夹角为90°～180°，例如90°，100°，110°，120°，150°，160°等。优选地，所述骨板翼与接骨板基体形成的夹角为100°～150°，例如90°，100°，110°，120°，150°等。优选地，所述骨板翼与接骨板基体形成的夹角与人骨结构走向一致(骨板翼与接骨板按照人骨解剖设计，为圆弧状)；使其与人骨贴合，使固定更加稳定，更有利于骨骼的恢复。优选地，所述接骨板为一体成型制得。本发明还提供了一种含有Sr和Zn的WE43镁合金医用接骨板的制备方法，其特征是，包括以下步骤：①称取原料：根据上述的质量百分比称取原料；②混料球磨：取步骤①称取的Mg、Y、RE、Sr、Zn和Zr原料，干燥后放入球磨罐中进行球磨混合成混合料；③室温压制成型：将步骤②中所述混合料在室温下放到模具中进行压制成型，得到骨板坯料；④热压烧结：将步骤③中压制成型的骨板坯料放置于相同尺寸规格的模具中，将模具放置于保护气体保护氛围的热压烧结炉中进行烧结；所述的保护气体为现有技术中热压烧结过程中常用的保护气体，包括但不限于氮气。⑤热处理及冷却：将经过步骤④烧结后的医用骨板脱模取出后再加热，保温，后冷却至室温即得含有Sr和Zn的WE43镁合金医用齿型接骨板。优选地，步骤②中，球磨机转速100-200r/min，球磨时间为8-12h；优选地，步骤②中，球磨机转速160r/min，球磨时间为10h。优选地，步骤③中，压制成型的压力为30-60MPa；优选地，步骤③中，压制成型的压力为40MPa。优选地，步骤④中，所述保护气体为氮气。优选地，步骤④中，烧结的条件为：先升温至180-220℃，保温0.5h；再升温到550-800℃，保温1-3h，压力始终控制在30-50MPa；步骤④中，烧结的条件为：先升温至200℃，保温0.5h；再升温到650℃，保温1h，压力始终控制在40MPa。优选地，步骤⑤为热处理及冷却：将经过步骤④烧结后的医用骨板脱模取出后加热到250-350℃，保温2-8h，后冷却至室温即得含有Sr和Zn的WE43镁合金医用齿型接骨板；优选地，步骤⑤为热处理及冷却：将经过步骤④烧结后的医用骨板脱模取出后加热到300℃，保温5h，后冷却至室温即得含有Sr和Zn的WE43镁合金医用齿型接骨板。Sr元素和Zn元素为人体必需元素，Zn在体内所以细胞中广泛分布，是诸如视力、味觉和嗅觉等身体机能所需元素，参与碳水化合物、蛋白质和磷的代谢，促进正常细胞和细胞膜的功能；人体含有约140mg的Sr且99％位于骨头中，锶盐对骨的形成具有促进作用，有文献指出，Sr含量在0.3％～2.5％的Mg-Sr血管支架在动脉内3周无血栓形成。Zn可以有效改善镁合金的力学性能，并在一定程度上改善镁合金的耐蚀性能，且Zn元素与Zr元素组合，成为强大的晶粒细化剂；Sr对镁合金的晶粒有明显的细化效果，还可以减少合金中缩孔数量并聚集缩孔，提高了接骨板的强度，减缓了腐蚀速率，Sr的加入还使镁合金中产生了新相，这些稳定的新相使合金(镁合金医用接骨板)具有较好的抗蠕变能力。本发明的有益效果在于：(1)本发明的含有Sr和Zn的WE43镁合金医用接骨板添加了人体必需元素Sr元素和Zn元素，同时减少了稀土元素的用量。(2)本发明的含有Sr和Zn的WE43镁合金医用接骨板，提高了镁合金医用接骨板的力学性能，并改善了其耐蚀性能，并且具有较好的抗蠕变能力。(3)本发明的含有Sr和Zn的WE43镁合金医用接骨板具有具有优异的致密度和良好的机械性能，该WE43镁合金的密度约1.85g/cm3，接近人骨密度(1.75g/cm3)，弹性模量约为45GPa，能够消除植入物与人骨之间的“应力遮挡效应”，且与WE43(抗拉强度约为250MPa，屈服强度约为155MPa)相比，该医用接骨板的抗拉强度可达到268MPa，且屈服强度也提高到170MPa；且该WE43镁合金在腐蚀降解的过程中，具有良好的耐腐蚀性能，骨板的溶解速率和人骨的愈合速率大致匹配，腐蚀过程中释放的Sr离子能够诱导骨生长。(4)本发明的含有Sr和Zn的WE43镁合金医用接骨板贴合人体骨表形状，螺钉孔分布合理，利于骨组织附着与生长。附图说明附图1是本发明实施例的立体结构示意图；附图2是本发明实施例的立体正视图；附图3是本发明实施例的立体左视图，其中，1为接骨板基体，2为齿型骨板翼，3为A类螺钉孔，4为B类螺钉孔。具体实施方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例，实施例不应视作对本发明保护范围的限定。一种含有Sr和Zn的WE43镁合金医用接骨板，由以下质量百分比的原料采用热压烧结工艺成型，Y(钇)：4％，RE(稀土)：3％，Sr(锶)：0.5％～2％，Zn(锌)：0.5％～2％，Zr(锆)：0.5％，余量为Mg(镁)。优选地，所述RE包括Nd元素和/或Gd元素；优选地，所述RE包括Nd元素和Gd元素；优选地，Nd元素和Gd元素的质量比为1：1。优选地，所述Y为Y粉，Y粉粒度为75μm，纯度在99.5％以上；所述RE为RE粉，所述RE粉的粒度为75μm，纯度在99.5％以上；所述Sr为Sr粉，所述Sr粉的粒度为100μm，纯度在99.5％以上；所述Zn为Zn粉，所述Zn粉的粒度为75μm，纯度在99.5％以上；所述Zr为Zr粉，所述Zr粉的粒度为100μm，纯度在99.5％以上；所述Mg为镁粉，Mg粉的粒度为150μm，纯度在99.5％以上。本发明还提供一种含有Sr和Zn的WE43镁合金医用接骨板，如图1、2、3所示，包括接骨板基体1，设置于骨板基体两侧的骨板翼2，设置于骨板翼上的B类螺钉孔4，和设置于骨板基体两端的A类螺钉孔3；所述B类螺钉孔4和A类螺钉孔3内均设有螺纹，用于与相应的固定螺钉配合；优选地，所述骨板翼的横截面为圆弧状；优选地，所述骨板翼2至少为2个；优选地，所述骨板翼2均匀分布于骨板基体1侧边；优选地，所述骨板基体1上还设置有至少1个B类螺钉孔4；优选地，所述骨板基体上的B类螺钉孔4均匀分布；优选地，A类螺钉孔3的孔径大于B类螺钉孔4的孔径；优选地，所述骨板翼2为齿型、半圆型、半椭圆型中的一种或几种。优选地，所述骨板翼2与接骨板基体1形成的夹角为90°～180°；优选地，所述骨板翼2与接骨板基体1形成的夹角为100°～150°；优选地，所述骨板翼2与接骨板基体1形成的夹角与人骨结构走向一致(骨板翼与接骨板按照人骨解剖设计，为圆弧状)；优选地，所述接骨板为一体成型制得。本发明在使用时，首先将伤者断骨与接骨板基体1用与A类螺钉孔3相匹配的螺钉固定，然后固定骨板翼2，最后通过与B类螺钉孔4相匹配的螺钉进行最终固定，骨板翼2的存在使较小的接骨板有较大的固定辐射范围，使接骨板基体1与伤者断骨固定更加牢固，减少手术失败的可能性。上述含有Sr和Zn的WE43镁合金医用接骨板的制备方法，包括以下步骤：①称取原料：根据上述的质量百分比称取原料；②混料球磨：取步骤①称取的Mg、Y、RE、Sr、Zn和Zr原料，干燥后放入球磨罐中进行球磨混合成混合料；③室温压制成型：将步骤②中所述混合料在室温下放到模具中进行压制成型，得到骨板坯料；④热压烧结：将步骤③中压制成型的骨板坯料放置于相同尺寸规格的模具中，将模具放置于保护气体保护氛围的热压烧结炉中进行烧结；⑤热处理及冷却：将经过步骤④烧结后的医用骨板脱模取出后再加热，保温，后冷却至室温即得含有Sr和Zn的WE43镁合金医用齿型接骨板。优选地，步骤②中，球磨机转速100～200r/min，球磨时间为8-12h；优选地，步骤②中，球磨机转速160r/min，球磨时间为10h。优选地，步骤③中，压制成型的压力为30-60MPa；优选地，步骤③中，压制成型的压力为40MPa。优选地，步骤④中，所述保护气体为氮气。优选地，步骤④中，烧结的条件为：先升温至180-220℃，保温0.5h；再升温到550-800℃，保温1-3h，压力始终控制在30-50MPa；步骤④中，烧结的条件为：先升温至200℃，保温0.5h；再升温到650℃，保温1h，压力始终控制在40MPa。优选地，步骤⑤为热处理及冷却：将经过步骤④烧结后的医用骨板脱模取出后加热到250-350℃，保温2-8h，后冷却至室温即得含有Sr和Zn的WE43镁合金医用齿型接骨板；优选地，步骤⑤为热处理及冷却：将经过步骤④烧结后的医用骨板脱模取出后加热到300℃，保温5h，后冷却至室温即得含有Sr和Zn的WE43镁合金医用齿型接骨板。下面结合具体实施例对本发明进行说明，但本发明不仅限于这些例子。实施例1一种含有Sr和Zn的WE43镁合金医用接骨板，由以下质量百分比的原料采用热压烧结工艺成型，Y(Y粉，Y粉粒度为75μm，纯度在99.5％以上)：4％，RE(RE粉，RE粉的粒度为75μm，纯度在99.5％以上)：3％，Sr(Sr粉，所述Sr粉的粒度为100μm，纯度在99.5％以上)：0.5％，Zn(Zn粉，所述Zn粉的粒度为75μm，纯度在99.5％以上)：0.5％，Zr(Zr粉，所述Zr粉的粒度为100μm，纯度在99.5％以上)：0.5％，余量为Mg(镁粉，Mg粉的粒度为150μm，纯度在99.5％以上)。本实施例中，含有Sr和Zn的WE43镁合金医用接骨板的制备方法包括以下步骤：①称取原料：根据上述的质量百分比称取原料；②混料球磨：取步骤①称取的Mg、Y、RE、Sr、Zn和Zr原料，干燥后放入球磨罐中进行球磨混合成混合料，其中，球磨机转速160r/min，球磨时间为10h；③室温压制成型：将步骤②中所述混合料在室温下放到模具中进行压制成型，得到骨板坯料，其中，压制成型的压力为40MPa。④热压烧结：将步骤③中压制成型的骨板坯料放置于相同尺寸规格的模具中，将模具放置于氮气保护氛围的热压烧结炉中进行烧结，烧结的条件为：先升温至200℃，保温0.5h；再升温到650℃，保温1h，压力始终控制在40MPa。⑤热处理及冷却：将经过步骤④烧结后的医用骨板脱模取出后加热到300℃，保温5h，后冷却至室温即得含有Sr和Zn的WE43镁合金医用齿型接骨板。实施例2一种含有Sr和Zn的WE43镁合金医用接骨板，由以下质量百分比的原料采用热压烧结工艺成型，Y(钇)：4％，RE(稀土)：3％，Sr(锶)：1％，Zn(锌)：1％，Zr(锆)：0.5％，余量为Mg(镁)。制备方法同实施例1。实施例3一种含有Sr和Zn的WE43镁合金医用接骨板，由以下质量百分比的原料采用热压烧结工艺成型，Y(钇)：4％，RE(稀土)：3％，Sr(锶)：2％，Zn(锌)：2％，Zr(锆)：0.5％，余量为Mg(镁)。制备方法同实施例1。具体见下表1。表1实施例所用合金的成分(质量百分含量wt％)接骨板编号MgYRESrZnZr实施例1余量430.50.50.5实施例2余量43110.5实施例3余量43220.5耐腐蚀性能测试：根据国标GB/T10125-1997，对上述制成的实施例1、实施例2和实施例3的医用接骨板进行标准中性盐雾试验，得出性能数据见表2。表2医用齿型骨板的耐盐雾腐蚀性能骨板编号出现腐蚀的时间/h腐蚀速率/mg·cm-2·h-1实施例18.80.023实施例2100.017实施例37.60.031由表2中可见，当合金成分在本发明所规定的成分范围内时，其耐腐蚀性能优异，其中，实施例2中的Mg-4％Y-3％RE-1％Sr-1％Zn-0.5％Zr医用接骨板耐腐蚀性能最好。当前第1页1 2 3