本发明涉及医用钛合金材料领域，具体为一种抗感染的医用钛合金。
背景技术：
医用钛合金由于无磁性、无毒性、优异的生物相容性、良好的耐磨耐蚀性及综合力学性能，是目前临床广泛应用的一类医用金属材料，已被广泛地应用在人工关节、骨折内固定器械、脊柱矫形内固定系统、齿科修复等众多植入器械。ti6al4v是第一代广泛用于制造植入器械的医用钛合金，它的主要合金元素为al(5.5-6.5wt.％)和v(3.5-4.5wt.％)。相比于纯钛，ti6al4v为α+β型钛合金，具有优异的力学性能和良好的加工性能，作为外科修复材料如接骨板、髓内钉等具有较长的临床应用历史。然而，医疗器械在使用过程中，存在手术部位细菌感染的问题，并且由医疗器械所引发的局部细菌感染是目前最常见的并发症之一，植入医疗器械的应用会进一步增加术后感染的发生。术后感染不仅导致较差的功能恢复，而且延长患者住院时间，患者还需经历再次手术取出植入医疗器械并清除病灶，给患者带来沉重的经济负担和精神压力。世界卫生组织的统计数据显示，每天全世界有超过1400万人经历着院内感染的风险，其中60％的细菌感染与使用的医疗器械相关。据统计，在医疗水平发达的美国，其骨科植入物相关感染的年发病率达到了4.3％左右。现阶段愈发严重的细菌感染问题不仅给患者带来了巨大的身心痛苦和沉重的经济负担，也会对医院和社会等造成不同程度的负面影响。因此，本发明研究开发了一种抗感染医用钛合金，首次创新性地提出了在常用医用钛合金的基体中添加ga元素，通过相应的热处理，赋予材料优异的抗菌性能。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种抗感染医用材料钛合金，通过在医用ti6al4v合金基体中添加适量的ga元素，从而赋予ti6al4v医用钛合金优异的抗细菌感染功能。该合金可广泛应用于骨科、口腔科等临床领域中使用的各类医用钛合金医疗器械，能够进一步显著地降低现有植入物用钛合金器械使用中引发的细菌感染风险。本发明的技术方案是：一种抗感染医用材料钛合金，其特征在于：按重量百分比，该材料的化学成分为：al：5.5-6.5重量％，v：3.5-4.5重量％，ga：0.2-4.0重量％；其余为ti及不可避免的杂质，合金中杂质元素含量符合医用钛合金国家标准中的相应要求。作为优选的技术方案：ga元素的范围为ga：1.0-2.0重量％。本发明提供了上述抗感染医用材料钛合金的制备方法，其特征在于：所述的抗菌钛合金采用真空感应冶炼获得，其中ga元素是以al-ga中间合金的形式加入。本发明还提供了上述医用钛合金的制备方法，其特征在于：冶炼所得的医用钛合金采用以下热加工及热处理工艺：热加工：合金于850-950℃均匀化处理1-3小时，开坯锻造，分多道次锻造成坯料，终锻造温度不低于800℃；固溶热处理：750-900℃固溶处理0.5-1小时，空冷或水冷至室温。ga元素是本发明中最重要的成分，这是保证本发明材料具备抗细菌感染功能的根本所在，也是本发明的主要创新点。ga元素在半导体行业应用广泛，约占到了商用ga的98％以上。ga元素可以扰乱细菌正常的新陈代谢，进而杀死细菌。金属ga是一种低熔点高沸点的金属，其沸点高达2204℃。由ti-ga二元相图可知，ga元素在β-ti和α-ti中具有较高的固溶度，这也为含ga医用ti6al4v医用钛合金的制备提供了必要条件。通过钛合金表面而溶出的ga离子能够快速杀死细菌，是本发明的主要创新点。本发明的有益效果是：本发明首次创新性地提出了在常用医用钛合金中添加ga元素的概念，设计出了一种抗感染医用材料钛合金。通过调控钢中ga元素的含量及相应的热处理，使医用钛合金表面溶出具备强烈杀菌能力的ga3+离子，使其具备优异的抗菌性能，具有广阔的应用前景。附图说明图1为本发明中实施例(b)与对比例(a)对大肠杆菌的抗菌结果。具体实施方式以下用实施例对本发明作更一步的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。实施例：实施例1-8为含有ga元素的抗感染医用材料钛合金，其化学成分见表1。根据本发明的化学成分范围进行控制冶炼。采用的锻造工艺为：合金于920℃均匀化处理2小时，开坯锻造，分多道次锻造直径为10mm棒材，终锻温度为820℃；采用的热处理工艺为，固溶温度为800℃，固溶时间为40分钟。对比例：对比例1为常用医用钛合金ti6al4v，对比例2为含有少量ga元素的医用钛合金，对比例3为含有多量ga元素的医用钛合金，其化学成分见表1，具体处理工艺与实施例相同。表1实施例和对比例材料化学成分(wt.％)材料alvgati实施例15.73.90.2余量实施例25.93.90.8余量实施例36.14.11.0余量实施例45.84.21.5余量实施例55.63.82.0余量实施例66.23.82.5余量实施例76.14.33.0余量实施例85.93.94.0余量对比例16.14.1-余量对比例26.24.20.1余量对比例35.83.75.0余量1、抗菌性能检测根据“jisz2801-2000《抗菌加工制品－抗菌性试验方法和抗菌效果》、gb/t2591-2003《抗菌塑料抗菌性能实验方法和抗菌效果》”等相关标准规定，定量测试了表1所示成分金属对常见感染细菌(如大肠杆菌e.coli、金黄色葡萄球菌s.aureus)作用后的杀菌率。其中杀菌率的计算公式为：杀菌率(％)＝[(对照样品活菌数-抗感染医用钛合金活菌数)/对照样品活菌数]×100％，对照样品活菌数是普通ti6al4v钛合金样品上进行细菌培养后的活菌数，抗感染医用钛合金活菌数是指抗感染医用钛合金进行细菌培养后的活菌数。测试结果见表2。2、耐腐蚀性能对本发明实施例含ga医用钛合金及对比例医用钛合金进行了阳极极化曲线测试。测试结果见表2。3、细胞毒性评价对实施例和对比例材料进行生物安全性能检测。采用mts试剂进行细胞毒性实验。该试剂可被活细胞内的脱氢酶类转化成水溶性甲臢化合物，而死细胞无此功能。将培养瓶中的细胞用胰蛋白酶消化后配制成浓度为5×104/ml的细胞悬液，加入到96孔板中，每孔加入100μl。在5％co2培养箱中培养8h后，吸弃原培养基，用pbs轻轻清洗2次后，加入100μl材料浸提液，同时设置阴性对照组(加入完全培养基)和阳性对照组(含有10％dmso的完全培养基)。将96孔板放回co2培养箱中继续培养24h、48h和72h。到了既定时间点，取出96孔板，加入10μlmts(signalwayantibody，usa)，培养箱中孵育4h后，在酶标仪490nm波长下测量吸光度值，并计算细胞相对增殖率(relativegrowthrate，rgr)，rgr＝(实验组od值/培养基od值)×100％，然后根据5级毒性评价标准分级(0,1级符合生物医用材料要求)。测试结果见表2。表2实施例和对比例材料相关性能检测结果从表2的结果可看出，当合金中ga元素的含量较低时(实施例1、2和对比例2)，合金已经具备一定的抗菌性能，但杀菌率没有达到90％。当ga元素含量逐渐增大时(≥1.0重量％)，合金表现出优异的抗菌性能，其杀菌率达到了99.9％，因此优选ga元素含量成分下限为≥1.0重量％。对于合金的耐腐蚀性能，当合金中ga元素的含量较低时(实施例1-5)，合金的点蚀电位与对比例材料基本相当，当ga元素的含量大于2.0重量％(实施例6、7和8)时，合金的点蚀电位呈现下降的趋势，并且当ga元素的含量达到5.0重量％时(对比例3)，合金的点蚀电位迅速下降，考虑到植入物的耐蚀性要求及材料成本，优选ga元素含量成分为≤2.0重量％。此外，对于合金的生物安全性，合金的细胞毒性级别均小于2级，根据国标gbt16886.5-2003的规定，细胞毒性小于2级以下均为合格，因此含ga医用钛合金满足植入物生物安全性要求。通过以上分析可知，当ga元素的含量处于优选范围时，含ga医用钛合金表现出优异的抗菌性能，同时还具备良好的耐蚀性能和生物相容性。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页12