一種生物醫(yī)用可腐蝕降解的二元Fe-Zn合金材料，屬于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的二元鐵合金。該Fe-Zn合金材料的組分及質(zhì)量百分比為：Zn?1～40％，其余為Fe。合金材料是利用粉末冶金法由高純度的Fe和Zn制備，其中主組元Fe是人體內(nèi)含量最大的微量元素，對人體的造血過程有重要影響，并起運輸氧，參與人體新陳代謝的作用。合金元素Zn也是人體必需的微量元素之一，對細胞的發(fā)育有重要作用，并且可以改變純鐵材料的腐蝕和力學(xué)性能。Fe-Zn合金在人體環(huán)境中會發(fā)生腐蝕作用，其腐蝕產(chǎn)物可隨人體的新陳代謝過程被吸收，且不會產(chǎn)生危害。這種二元Fe-Zn合金材料同時還具有良好的力學(xué)性能，可以安全有效地作為血管內(nèi)支架，骨釘，骨板等生物醫(yī)用材料。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種生物醫(yī)用可腐蝕降解的二元Fe-Zn合金材料，屬于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的二元鐵合金。
技術(shù)介紹
目前使用的許多醫(yī)用植入器件(如不銹鋼血管支架、骨板等)都是生物惰性的，即屬于永久性植入物。這些植入物長期在人體內(nèi)留存，會帶來不良反應(yīng)，因此部分需要再次手術(shù)取出。由生物醫(yī)用可降解材料制成的器件在人體內(nèi)完成功能使命后，會隨著人的新陳代 謝過程被降解吸收，不會對人體造成長期的影響，相關(guān)的并發(fā)癥也會大大減少，另外也可以在嬰幼兒等處于快速生長發(fā)育的患者中使用，所以生物醫(yī)用可降解植入材料有著永久性植入材料無可比擬的優(yōu)勢。目前研究開發(fā)的生物醫(yī)用可降解材料主要分為兩類可降解聚合物材料和陶瓷。但是，聚合物材料的機械性能不足，并且多數(shù)聚合物是X射線可透性的，難以觀察其在體內(nèi)的位置。而陶瓷材料的脆性過大，塑韌性不足。生物可降解金屬材料具有良好的力學(xué)性能，是未來生物可降解材料的一個重要發(fā)展方向。由于Fe是人體內(nèi)重要的元素，對人體的造血過程有重要作用，參與血蛋白、細胞色素以及各種酶的合成，促進生長，并在血液中起運輸氧和其它營養(yǎng)物質(zhì)的作用，參與人體內(nèi)的新陳代謝過程。同時，純金屬Fe還可以在生物學(xué)環(huán)境中腐蝕降解。所以純鐵材料被認(rèn)為是可以安全吸收的生物可降解材料。Matthias Peuster等人在《Biomaterials》(生物材料)雜志 2006 年 27 卷第 4955-4962 頁中報道了 “Long-term biocompatibility of acorrodible peripheral iron stent in the porcine descending aorta.，，( 一種可腐蝕降解的鐵支架在豬降主動脈中的長期生物相容性)，他們研究了生物可降解鐵支架在植入豬的降主動脈后，其長期的生物相容性情況。支架植入后進行了 I年的跟蹤檢查，所用參照為316L不銹鋼血管支架。結(jié)果顯示316L不銹鋼支架和鐵支架內(nèi)膜增生的數(shù)量沒有明顯區(qū)另O。也沒有檢測到鐵離子過量及與鐵相關(guān)的器官毒性發(fā)生。鐵支架相鄰區(qū)域，沒有發(fā)現(xiàn)因降解產(chǎn)物引起的系統(tǒng)毒性。該研究認(rèn)為鐵是適合制備大尺寸可降解支架的金屬材料。但是，上述研究結(jié)果同時也顯示，在研究期內(nèi)鐵支架并沒有完全降解，所以，純鐵支架降解速率不夠快是其面臨的主要問題。Zn元素的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0. 76V, Fe的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為_0. 44V, Zn作為合金元素加入到純鐵中，一方面可以和Fe形成固溶體以降低合金基體的電極電位，另一方面可以和Fe形成金屬間化合物以增加合金中微陰極的數(shù)量，從而加快Fe基合金的降解速度。在生物學(xué)方面，Zn也是人體中必要的微量元素，在人體內(nèi)的含量僅次于Fe。它對細胞的生長發(fā)育有著重要影響，是人體內(nèi)數(shù)十種酶的主要成分，并且還與大腦發(fā)育和智力有關(guān)。所以，Zn加入Fe組成的合金還會有良好的生物醫(yī)學(xué)安全性?，F(xiàn)有的Fe-Zn合金，確切地說法應(yīng)該為Zn-Fe合金，F(xiàn)e的含量主要分布在0. 4% 25%之間。該種合金因為具有相對較低的電極電位，是目前鋼鐵工業(yè)上廣泛應(yīng)用的陽極保護性電鍍涂層。至今未見將以Fe為主的Fe-Zn 二元合金材料作為個體用于生物醫(yī)用材料方面的報道。由于Fe的熔點為1535°C，沸點為2750°C ；Zn的熔點為419. 6°C，沸點為907°C，兩種元素的物理性質(zhì)相差很多，且在室溫下，Zn在Fe中的溶解度很小，因此，實踐中利用常規(guī)冶金途徑獲得含Zn較多的Fe基固溶體或是以Fe為主的多相Fe-Zn合金比較困難。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種生物醫(yī)用可腐蝕降解的二元Fe-Zn合金材料。本專利技術(shù)利用鐵鋅合金在體液中的腐蝕反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的腐蝕產(chǎn)物，然后隨著人體的新陳代謝被吸收或排出體外，達到了降解的目的。本專利技術(shù)的材料需要通過控制Zn的含量和合金的微觀組織結(jié)構(gòu)來調(diào)整其降解速率，使之與服役時間相匹配，同時保證在服 役期間具有良好的力學(xué)性能和生物相容性能。本專利技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種用作生物醫(yī)用植入材料的可腐蝕降解的二元Fe-Zn合金材料是以Fe為主元素，用Zn元素進行合金化；Zn元素質(zhì)量百分含量為I 40%,其余為Fe。本專利技術(shù)二元Fe-Zn合金材料是采用粉末冶金的方法制備而成。原材料Fe粉的純度不小于99.9%，Zn粉的純度不小于99. 9%。在球磨時，利用行星式球磨機，并對球磨罐抽真空，通入高純氬氣(純度不小于99. 99%)進行保護，球磨時間不小于10小時。球磨后的粉末利用放電等離子體法燒結(jié)成致密的塊體。燒結(jié)過程中同樣采用氬氣保護，防止氧化。最后進行熱處理以及加工成型，制成所需要的醫(yī)療器材。與現(xiàn)有的生物醫(yī)用材料相比，本專利技術(shù)材料的優(yōu)點是Fe元素和Zn元素在人體中均有重要的生物學(xué)作用，用這兩個組元構(gòu)成的合金保證了材料的生物安全性需求；Zn在鐵中的固溶能夠降低合金基體電極電位，當(dāng)Zn過飽和時第二相的析出還會增加材料微陰極數(shù)量，這兩方面因素綜合作用加速了 Fe基金屬的腐蝕降解速度，使之容易滿足生物可降解材料降解周期的需要；以上兩方面作用還提供了固溶強化和彌散強化的作用，能有效提高材料的強度性能；對不同Zn含量的Fe-Zn合金材料進行不同工藝參數(shù)的固溶和時效熱處理能夠方便地調(diào)整Zn固溶的程度和第二相(Fe-Zn金屬間化合物)析出的數(shù)量，使設(shè)計者可以有效地控制Fe-Zn合金腐蝕降解的速度和力學(xué)性能使之匹配不同的生物環(huán)境和功能性需求。因此本專利技術(shù)材料具有良好的生物學(xué)腐蝕性，安全性以及綜合力學(xué)性能，可以滿足血管支架，骨釘，骨板等生物醫(yī)療方面的應(yīng)用。具體實施例方式下面用具體實施例對本專利技術(shù)作進一步的詳細說明，但并不意味著對本專利技術(shù)保護內(nèi)容的任何限定。實施例I用粉末冶金法制備Fe-Zn 二元合金材料，其中原材料Fe粉的純度為99. 9%，Zn粉的純度為99.9%。Zn粉與Fe粉的配比為5 95 (即Zn的質(zhì)量百分比為5% )，總重10g。球磨采用行星式球磨機進行，罐體為不銹鋼材質(zhì)，開始前球磨罐先抽真空，再通入高純氬氣(純度為99. 99% )進行保護，球磨時間10小時。球磨后的粉末利用放電等離子體法燒結(jié)，燒結(jié)過程中同樣采用高純氬氣(純度為99.99%)進行保護，燒結(jié)壓力為50MPa，升溫速率為100°C /min，燒結(jié)溫度800°C，保溫Imin。燒結(jié)后的樣品再經(jīng)650°C固溶處理30min，水淬，250°C時效10h。最后得到的合金材料，其抗拉強度為300MPa，斷后伸長率為22%。在模擬體液中經(jīng)90天浸泡測試得到其腐蝕降解速度為O. 25 ^'實施例2用粉末冶金法制備Fe-Zn 二元合金材料，其中原材料Fe粉的純度為99.9%，Zn粉的純度為99.9%。Zn粉與Fe粉的配比為15 85 (即Zn的質(zhì)量百分比為15% )，總重IOg0球磨采用行星式球磨機進行,罐體為不銹鋼材質(zhì),開始前球磨罐先抽真空,再通入高純氬氣(純度為99. 99% )進行保護，球磨時間10小時。球磨后的粉末利用放電等離子體法燒結(jié)，燒結(jié)過程中同樣采用高純氬氣(純度為99. 99%)進行保護，燒結(jié)壓力為50MPa，升溫速率為100°C /min，燒結(jié)溫度800°C，保溫lmin。燒結(jié)后的樣品再經(jīng)750°C固溶處理30min，水淬，250°C時效10h。最后得到的合本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王偉強，齊民，王娟，陸山，
申請(專利權(quán))人：大連理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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