阅读说明：本技术 一种可降解镁合金原位复合吻合钉及其制备方法 (Degradable magnesium alloy in-situ composite anastomosis nail and preparation method thereof ) 是由 马政 谭丽丽 杨柯 于 2019-01-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及生物医用材料技术领域,特别提供一种可降解镁合金原位复合吻合钉及其制备方法。该吻合钉为一种复合结构材料,主要分两部分,内部由强度高、塑性好的Mg-Zn-Nd镁合金组成,外部由起腐蚀保护作用的MgF<Sub>2</Sub>组成,由Mg-Zn-Nd镁合金吻合钉的外层原位复合MgF<Sub>2</Sub>而成。本发明的镁合金复合材料吻合钉,具有良好的塑性变形能力及力学强度,较慢的降解速度,优良的生物安全性,满足吻合钉在体内的植入要求,在生物体内达到医疗效果后可在体内逐步降解,避免二次手术取出。(The invention relates to the technical field of biomedical materials, and particularly provides a degradable magnesium alloy in-situ composite anastomosis nail and a preparation method thereof. The anastomosis nail is a composite structure material which is mainly divided into two parts, wherein the inside of the anastomosis nail is composed of Mg-Zn-Nd magnesium alloy with high strength and good plasticity, and the outside of the anastomosis nail is MgF with corrosion protection function 2 Consists of Mg-Zn-Nd magnesium alloy anastomosis nail outer layer in-situ compounded MgF 2 And (4) preparing the composition. The invention relates to a magnesium alloy composite material anastomosis nail,the anastomosis nail has good plastic deformation capacity and mechanical strength, slower degradation speed and excellent biological safety, meets the implantation requirement of the anastomosis nail in a body, can be gradually degraded in the body after reaching the medical effect in the body, and avoids the secondary operation taking out.)

一种可降解镁合金原位复合吻合钉及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物医用材料技术领域，特别提供一种可降解镁合金原位复合吻合钉及其制备方法。

背景技术

现有的钛合金钉是不可降解的，在人体内属于异物，长期驻留极易导致机体出现炎症、愈合迟缓、致敏、致癌等不良反应。当机体病患组织修复或愈合之后取出植入器件，需要二次手术，给患者带来额外的手术风险、经济压力和生理痛苦。

镁合金是可降解的，利用镁在人体环境中易发生腐蚀的特性，来实现镁合金植入物在体内逐渐生物降解直至最终消失的医学临床目的，与传统植入金属相比，可避免二次取出手术，减轻患者的精神和经济负担，但是仍存在降解速率太快，力学强度和塑性较差等问题。

专利授权公告号CN106086562B通过一种合金化方法，制备含Zn、Mn、Sn、Ag、HA粉的镁合金吻合钉，在一定程度上提高合金的耐腐蚀性能和塑性；但是该制备流程较为复杂，且直接通过挤压成型吻合钉难度极大，目前还未见过相关学术文献报道。专利授权公告号CN201617885 U通过在吻合钉表面制备陶瓷、金属、氧化物涂层，在很大程度上提高吻合钉的耐腐蚀性能、强度和硬度，但是该较硬的涂层在吻合钉变形吻合的过程中容易涂层脱落，影响吻合钉的使用效果。专利公开号CN 105326535 A在吻合钉表面添加药物涂层，具备抗细菌感染，止血，抑制血管再狭窄等生物学功能，但是未从根本上解决可降解钉力学性能与降解速率相匹配的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可降解镁合金原位复合吻合钉及其制备方法，解决可降解镁合金钉存在的降解速率快，力学强度低和塑性差等问题。

本发明的技术方案是：

一种可降解镁合金原位复合吻合钉，该吻合钉为一种复合结构材料，主要分两部分，内部由强度高、塑性好的Mg-Zn-Nd镁合金组成，外部由起腐蚀保护作用的MgF₂组成，由Mg-Zn-Nd镁合金吻合钉的外层原位复合MgF₂而成。

所述的可降解镁合金原位复合吻合钉，按重量百分比计，Mg-Zn-Nd镁合金吻合钉的化学成分和含量为：Zn0.2％～3.0％，Nd0.2％～2.3％，余量为Mg。

所述的可降解镁合金原位复合吻合钉，按重量百分比计，Mg-Zn-Nd镁合金吻合钉的技术指标如下：抗拉强度范围为260～320MPa，屈服强度范围为170～240MPa，延伸率范围为20～33％。

所述的可降解镁合金原位复合吻合钉，在外层起腐蚀保护作用的MgF₂厚度为1.0μm～3.3μm。

所述的可降解镁合金原位复合吻合钉的制备方法，包括如下操作步骤：

(1)将纯镁、Zn、Nd按比例熔炼镁合金，铸造成镁合金锭，均匀化热处理，温度为300～450℃，时间为3～7h；

(2)将步骤(1)中的镁合金锭，去除表面缺陷和杂质，挤压成直径为8～10mm的棒材，挤压比为60～80:1，挤压温度为390～470℃；

(3)将步骤(2)中镁合金棒材通过冷拉拔制备成直径0.2～0.6mm的丝材，进行热处理退火，温度为280～330℃，保温30min～120min；

(4)将步骤(3)中镁合金丝材制备成U形吻合钉；

(5)将步骤(4)中镁合金吻合钉电解抛光，去除表面缺陷，超声清洗后吹干；

(6)将步骤(5)中的吻合钉浸入氢氟酸中进行MgF₂原位复合，氢氟酸的重量浓度为20％～60％，时间为3h～200h，处理温度为20～35℃；

(7)将步骤(6)的原位复合镁合金吻合钉超声清洗后吹干，真空封装。

所述的可降解镁合金原位复合吻合钉的制备方法，步骤(4)中，U形吻合钉的弯折部位为椭圆形，吻合钉总长10～15mm，吻合钉高3～6mm，吻合钉端面直径0.20～0.35mm。

所述的可降解镁合金原位复合吻合钉的制备方法，步骤(5)中，采用电解精抛光，抛光液采用体积比为乙二醇乙醚:无水乙醇:磷酸＝1:2:2的混合液，抛光时间1～10min，电压为10～20V，磷酸的重量浓度为85％。

本发明的设计思想是：

针对目前使用的钛合金吻合钉不可降解，长期驻留在人体内容易引发的感染和等问题。本发明制备一种镁基复合材料吻合钉，采用合金化元素Zn和Nd提高合金的强度和塑性，针对镁合金吻合钉的降解速度太快等问题，采用化学原位复合技术，在镁基吻合钉最外层复合氟化镁和氧化镁材料，提高吻合钉的耐蚀性能。

本发明所述的镁基复合材料吻合钉，合金化元素为Zn和Nd，Zn在Mg中能形成显著固溶和时效强化，提高合金强度，可有效软化合金柱面滑移方向，提高镁合金的塑性变形能力和加工性能。Zn是人体内必需的微量元素，参与蛋白质和酶类的代谢，并与神经系统的运行、免疫器官的维持有着密切的关系，具有较高的生物安全性。Nd在镁中的固溶度为3.6％，可以通过固溶热处理强化提高镁合金的拉拔性能和耐蚀性，通过晶粒的细化同时提高镁合金的强度和塑性。临床研究表明适量的稀土元素可促进成骨细胞增殖、保护神经系统、抗凝血、预防动脉硬化、治疗糖尿病、抗癌及消炎镇痛等作用。只有当稀土元素过量时，才可能对人体造成一定的不良影响。另外，原位复合中引入的氟是人体内重要的微量元素之一，氟元素能够刺激成骨细胞增殖及促进松质骨上矿物质沉积，促进铁的吸收和骨骼及牙齿的生长，具有改善神经系统兴奋性和发挥良好的抗衰老作用。中国营养学会公布的对氟的安全和适量摄入量为成年人1.5～4.0mg。

本发明的优点及有益效果是：

1、针对目前可降解镁合金钉存在的降解速率快，涂层结合力弱，力学强度低和塑性差等问题，本发明首先采用合金化策略，制备一种Mg-Zn-Nd合金，经过冷拉拔和热处理工艺，提高合金的力学强度和塑性，最终制备成吻合钉，接着采用原位复合氟化镁工艺，使得设计的吻合钉具有更好的耐腐蚀性能和生物安全性，通过上述发明的吻合钉，能够更好地满足体内使用要求。

2、本发明的吻合钉兼具良好的生物安全性、力学性能和塑性，优良的耐腐蚀性能，能够满足吻合钉的使用要求，且能够在基体内达到使用效果后降解消失，避免二次手术取出。

3、本发明的镁基复合材料，可改善吻合钉力学性能，并且获得较好的耐蚀性能，满足医用可降解吻合钉的使用要求。

附图说明

图1为镁基复合材料的SEM形貌。图中，2层是原位复合MgF₂，3层是镁合金基体，1层是制备样品所需的环氧树脂。

具体实施方式

在具体实施过程中，本发明通过合金化结合拉拔和原位复合工艺，制备一种良好的生物安全性、力学性能和塑性，优良的耐腐蚀性能的可降解吻合钉。

下面，结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例中，吻合钉的制备方法：按重量百分比计，将纯镁和1％Zn、1％Nd熔炼成液态金属，浇铸成锭，去除表面缺陷和杂质，在400℃做均匀化热处理4h，通过430℃热挤压加工出镁直径10mm的镁合金棒材(挤压比为70:1)，通过冷拉拔拉到直径为0.3mm的丝材，300℃保温60min进行热处理退火。将镁合金丝制备成U形吻合钉，U形吻合钉的弯折部位为椭圆形，吻合钉总长10～15mm，吻合钉高3～6mm，吻合钉端面直径0.20～0.35mm。将吻合钉电解抛光去除表面缺陷和杂质，抛光液采用体积比为乙二醇乙醚:无水乙醇:磷酸＝1:2:2的混合液，抛光时间5min，电压为15V，磷酸的重量浓度为85％；超声清洗并吹干后，将吻合钉浸入氢氟酸中进行氟化镁原位复合，氢氟酸的重量浓度为35％，室温下复合6h，超声清洗吻合钉后吹干，真空封装。

本实施例吻合钉的力学性能和细胞毒性数据见表1，腐蚀性能数据见表2。

实施例2

本实施例中，吻合钉的制备方法：按重量百分比计，将纯镁和1.73％Zn、0.68％Nd熔炼成液态金属，浇铸成锭，去除表面缺陷和杂质，在380℃做均匀化热处理6h，通过420℃热挤压加工出镁直径10mm的镁合金棒材(挤压比为60:1)，通过冷拉拔拉到直径为0.3mm的丝材，280℃保温120min进行热处理退火。将镁合金丝制备成U形吻合钉，U形吻合钉的弯折部位为椭圆形，吻合钉总长10～15mm，吻合钉高3～6mm，吻合钉端面直径0.20～0.35mm。将吻合钉电解抛光去除表面缺陷和杂质，抛光液采用体积比为乙二醇乙醚:无水乙醇:磷酸＝1:2:2的混合液，抛光时间3min，电压为20V，磷酸的重量浓度为85％；超声清洗并吹干后，将吻合钉浸入氢氟酸中进行氟化镁原位复合，氢氟酸的重量浓度为40％，室温下复合7h，超声清洗吻合钉后吹干，真空封装。

本实施例吻合钉的力学性能和细胞毒性数据见表1，腐蚀性能数据见表2。

实施例3

本实施例中，吻合钉的制备方法：按重量百分比计，将纯镁和1.6％Zn、0.7％Nd熔炼成液态金属，浇铸成锭，去除表面缺陷和杂质，在420℃做均匀化热处理5h，通过410℃热挤压加工出镁直径10mm的镁合金棒材(挤压比为80:1)，通过冷拉拔拉到直径为0.3mm的丝材，320℃保温30min进行热处理退火。将镁合金丝制备成U形吻合钉，U形吻合钉的弯折部位为椭圆形，吻合钉总长10～15mm，吻合钉高3～6mm，吻合钉端面直径0.20～0.35mm。将吻合钉电解抛光去除表面缺陷和杂质，抛光液采用体积比为乙二醇乙醚:无水乙醇:磷酸＝1:2:2的混合液，抛光时间6min，电压为10V，磷酸的重量浓度为85％；超声清洗并吹干后，将吻合钉浸入氢氟酸中进行氟化镁原位复合，氢氟酸的重量浓度为45％，室温下复合8h，超声清洗吻合钉后吹干，真空封装。

本实施例吻合钉的力学性能和细胞毒性数据见表1，腐蚀性能数据见表2。

表1吻合钉的力学性能和细胞毒性

	抗拉强度(MPa)	屈服强度(MPa)	延伸率(％)	细胞毒性
					实施例1	310.2	236.2	25	0级
实施例2	296.4	221.6	27	0级
					实施例3	314.2	239.7	29	0级

表2吻合钉的腐蚀性能数据

	E<sub>0</sub>(V)	I<sub>c</sub>(A/cm<sup>2</sup>)	R<sub>p</sub>(Ω/cm<sup>2</sup>)
				实施例1	-1.56	5.23×10<sup>-7</sup>	3.65×10<sup>5</sup>
实施例2	-1.53	6.59×10<sup>-8</sup>	5.3×10<sup>5</sup>
				实施例3	-1.49	3.59×10<sup>-8</sup>	6.8×10<sup>5</sup>

由表1和表2可以看出，本发明的吻合钉具有较高的抗拉强度和优异的塑性，能够满足其力学使用性能，吻合钉的细胞毒性为0级，表明其具有较高的细胞相容性。

如图1所示，从镁基复合材料的SEM形貌可以看出，复合材料的基体和原位复合MgF₂之间无明显的分层，与传统意义的涂层不同，保证材料的结构和性能稳定性，原位复合的MgF₂层提高合金的耐腐蚀性能。

实施例结果表明，本发明的镁合金复合材料吻合钉，具有良好的塑性变形能力及力学强度，较慢的降解速度，优良的生物安全性，满足吻合钉在体内的植入要求，在生物体内达到医疗效果后可在体内逐步降解，避免二次手术取出。