一種mg-ba系鎂合金及其制備方法與應(yīng)用

技術(shù)領(lǐng)域

1.本發(fā)明屬于醫(yī)用可降解金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種mg-ba系鎂合金及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

2.傳統(tǒng)醫(yī)用金屬材料如不銹鋼、鈦合金等具有良好的力學(xué)性質(zhì)和耐腐蝕性能，在臨床上應(yīng)用廣泛。然而，此類材料作為異物在體內(nèi)長期留存，可能會對周圍組織造成不同程度的刺激，并可能由此造成一系列嚴(yán)重后果。例如，傳統(tǒng)金屬內(nèi)固定材料的彈性模量遠(yuǎn)高于人骨，存在“應(yīng)力遮擋”效應(yīng)，易導(dǎo)致骨內(nèi)缺乏足夠應(yīng)力刺激，以致骨折愈合遲緩，甚至誘發(fā)二次骨折。又如，由于植入材料發(fā)生磨損和有害離子溶出，可能引發(fā)人體過敏和炎癥反應(yīng)，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致畸變和誘導(dǎo)癌變等重大疾病發(fā)生。此外，骨折內(nèi)固定等患者病愈后，往往需經(jīng)二次手術(shù)將金屬植入物取出，這又會給患者帶來新的額外的臨床手術(shù)痛苦、感染風(fēng)險和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

3.近年來，可降解鎂合金的出現(xiàn)，為解決上述問題提供了新方案，因此被稱為“革命性醫(yī)用金屬材料”。可降解鎂合金在體內(nèi)可被逐漸腐蝕降解，釋放的降解產(chǎn)物可被機(jī)體利用，或被排出體外，在協(xié)助組織完成修復(fù)之后不殘留任何植入物。鎂是人體必需的宏量元素，它與生命的維持、身體健康有著密切的關(guān)系，其本身是高度生物相容的，過剩的鎂可經(jīng)腎臟高效排出?？山到怄V合金的彈性模量和密度與骨組織相近，作為骨科植入材料，鎂合金可以有效避免“應(yīng)力遮擋”效應(yīng)。此外，鎂合金腐蝕降解釋放的鎂離子可以有效誘導(dǎo)新骨生成和促進(jìn)骨整合。綜上所述，鎂合金具備理想的骨科植入材料的特性，有望提升骨折、骨缺損等骨相關(guān)疾病治療效果。

4.但是，現(xiàn)有的可降解鎂合金大部分存在降解過快、局部腐蝕嚴(yán)重，以及由此帶來的組織兼容性差、材料與骨整合不良的問題，這在一定程度上限制了其在骨科的應(yīng)用及推廣。深究其原因，現(xiàn)有醫(yī)用鎂合金中絕大部分合金元素的電極電位高于mg，據(jù)混合電位理論，這些合金元素與mg形成的第二相的電位對應(yīng)地高于mg基體，二者在液體環(huán)境中形成電偶對，mg基體將優(yōu)先腐蝕，常導(dǎo)致腐蝕過快、局部腐蝕嚴(yán)重及器械過早失效。此外，這些相對穩(wěn)定的第二相能否降解，并最終被代謝/排出的問題仍然不清晰，存在醫(yī)學(xué)應(yīng)用隱患。因此，新研發(fā)的可降解鎂合金材料應(yīng)重點(diǎn)解決其可控降解及組織兼容性問題，鎂合金中相組成的電極電位設(shè)計及調(diào)控是潛在的可行途徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供一種顯微組織均勻、具有適宜力學(xué)性能、降解可調(diào)可控、組織兼容性良好、適用于骨科等環(huán)境使用的mg-ba系鎂合金及其制備方法與應(yīng)用。

6.本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

7.一種mg-ba系鎂合金，合金成分包括mg和ba；以質(zhì)量百分比計，合金中ba的含量為0

～10.0wt.％，但不包括0，余量為mg。優(yōu)選地，所述ba的含量為0.2～7.0wt.％。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述ba的含量為0.2～2.0wt.％。

8.上述mg-ba系鎂合金的制備方法，包括下述步驟：

9.(1)稱取高純度mg、ba原料，混合均勻，得到混合物；在感應(yīng)爐中抽真空后(＜10-2

pa)，充入氬氣、或者co2和sf6混合氣氛保護(hù)下，對所述混合物進(jìn)行熔煉，得到金屬熔體；

10.(2)將所述金屬熔體均勻送入兩個反向旋轉(zhuǎn)的軋輥中，金屬熔體快速冷卻，在軋輥間實(shí)現(xiàn)同步澆注和軋制，獲得mg-ba系合金預(yù)變形板坯；

11.(3)對所述mg-ba系合金預(yù)變形板坯進(jìn)行深度塑性加工，即板坯先在350～550℃均勻化/固溶處理，保溫5～24h，采用空冷/水冷，然后在150～500℃條件下進(jìn)行擠壓、軋制或等徑角擠壓處理，獲得mg-ba系鎂合金。所述mg-ba系鎂合金可以為棒材、板材、管材和絲材。

12.步驟(1)中，所述熔煉的溫度為750～900℃，熔煉過程中施加電磁攪拌或機(jī)械攪拌，完全熔融的熔體保溫攪拌10～30min，確保熔體均一，無殘留未熔顆粒。

13.步驟(2)中，可調(diào)控軋輥與熔體流出口距離、熔體流出速度、軋輥旋轉(zhuǎn)速度(優(yōu)選5～15rpm)、軋輥間間距(優(yōu)選1～10mm)，獲得質(zhì)量均一的預(yù)變形板坯。

14.步驟(3)中，所述擠壓的工藝條件為：擠壓溫度為200～500℃，擠壓比為10～100，擠壓速度為0.5～100mm/s，正向擠壓，一道次擠壓。

15.步驟(3)中，所述軋制的工藝條件為：軋制溫度為150～500℃，單道次壓下量為10～40％，道次間可選擇在100～300℃退火，控制不同道次間的軋制方向一致。

16.步驟(3)中，所述等徑角擠壓的工藝條件為：采用bc路徑，擠壓速度0.5～5mm/s，擠壓道次1～16次，擠壓溫度為200～500℃。

17.若采用常規(guī)熔煉、澆注方法，mg-ba等共晶體系中共晶相粗大，后續(xù)的塑性加工很難將共晶相完全破碎，微區(qū)組織結(jié)構(gòu)可能存在不均一，可能導(dǎo)致局部腐蝕。本發(fā)明中，在步驟(2)中將澆注和軋制同步進(jìn)行，預(yù)變形過程有效破碎了mg-ba合金中的共晶組織，改善合金變形能力，再經(jīng)后續(xù)的深度塑性加工，可確保最終獲得的mg-ba系合金組織結(jié)構(gòu)均勻，性能均一、穩(wěn)定。

18.本發(fā)明還提供了上述mg-ba系鎂合金在制備骨科醫(yī)用植入體中的應(yīng)用。

19.所述骨科醫(yī)用植入體包括骨板、骨釘、骨組織修復(fù)支架、髓內(nèi)針、接骨套、誘導(dǎo)組織再生膜、骨缺損補(bǔ)片和脊柱內(nèi)固定器材中的至少一種。

20.此外，本發(fā)明中的mg-ba系鎂合金還可用作醫(yī)用植入體上的顯影標(biāo)記部件，所述的醫(yī)用植入體包括血管支架、氣道支架、胰膽支架、尿道支架等腔道支架和封堵器、瓣膜、腔道內(nèi)濾器中的至少一種。例如，將mg-ba系鎂合金用作血管支架兩端的顯影標(biāo)記部件，可明顯增強(qiáng)植入體在x射線下的顯影性能，方便射線引導(dǎo)下的介入手術(shù)操作過程及術(shù)后隨訪檢查。

21.本發(fā)明的原理是：

22.(1)鋇(ba)是自然存在于人體中的微量元素，健康成年人(70kg)體內(nèi)ba的總量約為16mg；含ba的醫(yī)用硫酸鋇在胃腸道內(nèi)不吸收，也沒有過敏反應(yīng)，被用作胃腸道造影劑；很多研究將ba歸為“無毒微量元素”，ba可被人體代謝排出；因此，嚴(yán)格控制鎂合金中的ba含量及其在體釋放量，理論上不會造成局部和系統(tǒng)毒性；

23.(2)ba在鎂中的溶解度極小，在本發(fā)明要求的ba含量范圍內(nèi)，添加到鎂合金中的ba將以第二相(mg

17

ba2、mg

23

b6或mg2ba)的形式析出，起到第二相強(qiáng)化的作用，細(xì)化組織，提升

醫(yī)用鎂合金的力學(xué)性能；

24.(3)mg和ba的標(biāo)準(zhǔn)電極電位分別為-2.37v和-2.91v，ba的標(biāo)準(zhǔn)電極電位略低于mg，因此mg-ba合金中形成的第二相的電極電位也略低于基體mg；在體液環(huán)境中，第二相顆粒作為陽極優(yōu)先溶解；因此，能夠確保的是mg-ba合金中的第二相和基體相都能夠被完全腐蝕，實(shí)現(xiàn)材料100％降解；這與諸多其他醫(yī)用鎂合金不同，避免了在其他合金中第二相是否能夠降解，降解產(chǎn)物能否代謝的不確定性，提升了材料的安全性；

25.(4)基于mg-ba合金中第二相優(yōu)先于mg基體腐蝕的基礎(chǔ)上，可通過調(diào)整mg-ba合金成分、澆注-軋制一體化參數(shù)、均勻化/固溶熱處理?xiàng)l件和深度塑性加工工藝，實(shí)現(xiàn)對第二相體積分?jǐn)?shù)/數(shù)量、尺寸、形狀和分布的調(diào)控，優(yōu)化力學(xué)性能，并實(shí)現(xiàn)對mg-ba合金降解行為的精確調(diào)控；

26.(5)ba的相對原子質(zhì)量為137.3，約為mg(24.3)的5.7倍，射線下的顯影性優(yōu)于mg，鎂合金中添加ba，可提升鎂合金在x射線下的顯影性，這對于某些植入體(如血管支架)的植入操作及后續(xù)隨訪有益。

27.本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果：

28.(1)本發(fā)明首次以ba作為mg中合金元素，mg-ba系鎂合金中第二相的標(biāo)準(zhǔn)電極電位低于基體mg，優(yōu)先于基體腐蝕，可保證合金完全降解，無任何殘留。

29.(2)通過同步澆注和軋制預(yù)變形技術(shù)與深度塑性加工手段相結(jié)合，調(diào)控mg-ba系合金中第二相的數(shù)量、尺寸、形態(tài)和分布，可實(shí)現(xiàn)對mg-ba系合金降解行為的調(diào)控，避免局部腐蝕發(fā)生，使降解速度可控可調(diào)。

30.(3)本發(fā)明的mg-ba系合金可以均勻腐蝕、無第二相殘留、無有毒有害元素釋放及可控降解，這保證了本發(fā)明mg-ba系合金具有良好的細(xì)胞、組織反應(yīng)，在體與骨整合良好。

31.(4)mg-ba系合金在x射線下的顯影性好，有利于x射線引導(dǎo)下的手術(shù)操作以及術(shù)后的影像學(xué)隨訪。

附圖說明

32.圖1為等徑角擠壓mg-ba系鎂合金的顯微組織。

33.圖2為等徑角擠壓mg-ba系鎂合金的xrd圖譜。

34.圖3為擠壓態(tài)mg-ba系鎂合金的力學(xué)性能。

35.圖4為軋制態(tài)mg-ba系鎂合金的體外降解性能。

36.圖5為擠壓態(tài)mg-ba系鎂合金的體外生物學(xué)性能。

37.圖6為擠壓態(tài)mg-2ba合金植入大鼠股骨后的micro-ct結(jié)果。

38.圖7為擠壓態(tài)mg-2ba合金植入大鼠股骨后的亞甲基藍(lán)酸性品紅染色結(jié)果。

具體實(shí)施方式

39.為了便于理解本發(fā)明，下面將結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是，不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)該指出的是，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，本發(fā)明還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

40.除非另有定義，本文中使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域常用的

專業(yè)術(shù)語，與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例，不是旨在限制本發(fā)明。

41.采用如下檢測手段對實(shí)施例和對比例中的材料進(jìn)行評估，對應(yīng)的具體檢測方法如下：

42.(1)顯微組織

43.樣品表面依次經(jīng)過400-2000#水砂紙機(jī)械打磨，最終研磨至表面平整光亮。采用x射線衍射儀(rugakuultima iv)進(jìn)行合金物相鑒定。測試參數(shù)為cu kα輻射，管電壓為40kv，掃描范圍10-90

°

，掃描速度2

°

/min。樣品經(jīng)4％硝酸酒精浸蝕后，使用金相顯微鏡(bx51，olympus)觀察顯微組織。

44.(2)力學(xué)性能

45.按照astm-e8-04切割標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，拉伸實(shí)驗(yàn)在萬能試驗(yàn)機(jī)(instron 5969)上進(jìn)行，測試溫度為室溫，拉伸測試速率為1mm/min。從拉伸曲線上獲得屈服強(qiáng)度(ys)、抗拉強(qiáng)度(uts)、延伸率(el.)數(shù)值。

46.(3)腐蝕行為

47.依據(jù)astm-f746標(biāo)準(zhǔn)，利用電化學(xué)工作站(pgstat 302n,metrohmautolab)測試材料的電化學(xué)腐蝕行為，選用的模擬體液為hank’s溶液，以1mv/s的掃描速率進(jìn)行動電位極化測試，獲得腐蝕電流密度i

corr

，并計算腐蝕速率v

corr

。參照astm f3268-18a標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行浸泡實(shí)驗(yàn)，浸泡比例為20ml/cm2，記錄析氫體積，反應(yīng)腐蝕速率。

48.(4)成骨性能

49.滅菌后樣品，按照材料表面積/細(xì)胞培養(yǎng)基體積比為1.25cm2/ml加入dmem培養(yǎng)基(含10％胎牛血清)放置于37℃、5％co2培養(yǎng)箱中孵育24h，獲得材料浸提液。使用浸提液培養(yǎng)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(hbmmscs)細(xì)胞，cck-8法測試細(xì)胞活性，實(shí)時熒光定量pcr實(shí)驗(yàn)檢測成骨分化相關(guān)的基因runx2、alp、ocn與osx的表達(dá)情況。

50.(5)在體組織學(xué)反應(yīng)

51.mg-ba合金植入體經(jīng)co60射線輻照滅菌，植入雌性sd大鼠股骨，術(shù)后12w，回收大鼠股骨，進(jìn)行后續(xù)micro-ct和組織學(xué)分析。micro-ct掃描參數(shù)設(shè)定為：電壓60kv,電流220μa,曝光時間1500ms，有效像素尺寸8.82μm。對植入骨段和殘余材料進(jìn)行三維重建。取植入部位骨段，經(jīng)脫鈣、包埋切片后，進(jìn)行亞甲基藍(lán)酸性品紅染色，觀察新骨形成、材料與骨整合情況。

52.實(shí)施例1

53.按比例稱取純mg(99.98wt.％)和純ba(99.9wt.％)原料(純金屬/中間合金)，混合充分后，在感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉。抽真空后(＜10-2

pa)，充入高純氬氣作為保護(hù)氣氛，在800℃下進(jìn)行熔煉，對熔體施加電磁攪拌或機(jī)械攪拌，保溫30min后，均勻的熔體導(dǎo)入兩個反向旋轉(zhuǎn)的軋輥中，冷卻過程中，實(shí)現(xiàn)同步澆注和軋制，獲得不同合金成分的預(yù)變形mg-ba系合金，包括：mg-0.2ba、mg-0.5ba、mg-1.0ba、mg-2.0ba、mg-10ba。

54.實(shí)施例2

55.參照實(shí)施例1中描述的方法，在750-900℃條件下熔煉，同步澆注和軋制后獲得mg-0.2ba、mg-0.5ba、mg-1.0ba和mg-2.0ba預(yù)變形合金。預(yù)變形合金在400℃均勻化處理10h后空冷，進(jìn)行等徑角擠壓，采用bc路徑，控制擠壓速度2mm/s、擠壓道次4次、擠壓溫度為300℃。

經(jīng)過等徑角擠壓處理后，mg-ba合金晶粒進(jìn)一步明顯細(xì)化，第二相顆粒得到有效破碎(圖1)。x射線衍射(xrd)結(jié)果顯示上述mg-ba合金中的第二相為mg

17

ba2(圖2)。

56.實(shí)施例3

57.參照實(shí)施例1中描述的方法，制備mg-ba系合金，預(yù)變形合金在400℃均勻化處理10h后，在300-400℃擠壓，控制擠壓比為25，擠壓速度4mm/s，一道次擠壓至直徑10mm，獲得mg-ba二元合金擠壓棒材。對獲得的mg-ba系合金進(jìn)行室溫拉伸實(shí)驗(yàn)?？梢园l(fā)現(xiàn)，ba的加入顯著提高了鎂合金的拉伸性能(圖3)。當(dāng)ba含量為0.2wt.％時，對應(yīng)合金的屈服強(qiáng)度(96

±

6mpa)仍較低，當(dāng)ba含量增加至0.5wt.％，屈服強(qiáng)度(121

±

9mpa)相比mg-0.2ba提高了26％。進(jìn)一步提高ba含量，達(dá)到2.0wt.％時，屈服強(qiáng)度進(jìn)一步提高(134

±

9mpa)。擠壓態(tài)mg-ba合金抗拉強(qiáng)度隨ba含量的變化與屈服強(qiáng)度變化一致，即隨ba含量提高而提高，當(dāng)ba含量為2.0wt.％時具有最高的抗拉強(qiáng)度(246

±

3mpa)。

58.實(shí)施例4

59.參照實(shí)施例1中描述的方法，制備mg-ba系合金，預(yù)變形合金在400℃均勻化處理10h后，進(jìn)行多道次軋制，軋制溫度為300℃，每道次壓下量控制為20％，道次間進(jìn)行250℃退火處理，獲得厚度為2mm的軋制板材。對獲得的mg-ba系合金進(jìn)行腐蝕電化學(xué)測試，從動電位極化曲線上可以看到，ba的加入使陰極曲線整體向左下偏移，合金的腐蝕電位更低(圖4(a)。mg-ba系合金設(shè)計中，ba的電極電位比mg更低，添加到mg中導(dǎo)致合金電位降低。同時，ba與mg形成第二相mg

17

ba2，由混合電位理論可知其電位低于mg基體，mg

17

ba2將優(yōu)先于基體腐蝕。測得的電化學(xué)腐蝕參數(shù)列于表1中，可見，添加ba合金化后，合金的開路電位和腐蝕電位值更低，短期內(nèi)腐蝕電流密度和腐蝕速率與純鎂相當(dāng)。浸泡實(shí)驗(yàn)中氫氣析出體積直觀地反應(yīng)了材料在較長時間段內(nèi)的腐蝕行為(圖4(b))，可以看到，當(dāng)ba含量為0.2wt.％和0.5wt.％時，析氫量相當(dāng)；當(dāng)ba含量提高至1.0wt.％時，浸泡10d后的析氫量為5.9ml/cm2，僅為強(qiáng)兩者的1/3左右。進(jìn)一步提高ba含量至2wt.％，10d后的析氫量僅為0.8ml/cm2，甚至低于純mg組的析氫量。腐蝕產(chǎn)物層中沒有發(fā)現(xiàn)未腐蝕的mg

17

ba2相，說明材料可完全降解。浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，因mg

17

ba2電極電位低于mg基體，但又僅僅是略低于mg基體，不至于明顯加速鎂合金腐蝕，或使腐蝕不可控，不可預(yù)測。相反，通過調(diào)整合金成分，通過澆注和軋制一體化預(yù)變形處理、熱處理和深度塑性加工調(diào)控合金顯微組織(晶粒尺度、第二相數(shù)量、尺寸、形狀和分布等)可實(shí)現(xiàn)mg-ba系合金腐蝕行為和腐蝕速率的調(diào)控?？梢罁?jù)使用部位需求，調(diào)控mg-ba系合金腐蝕快慢。

60.表1軋制態(tài)mg-ba系合金電化學(xué)腐蝕參數(shù)

[0061][0062]

測試?yán)?

[0063]

對實(shí)施例3獲得的擠壓態(tài)mg-ba系合金進(jìn)行成骨性能評估。因mg-1ba在dmem培養(yǎng)基中腐蝕較快，釋放的金屬離子過多，對hbmmscs活性有一定抑制(圖5(a))，可通過調(diào)整其腐

蝕速率改善細(xì)胞相容性。體內(nèi)環(huán)境自身具有極強(qiáng)的緩沖能力，一般認(rèn)為局部離子濃度遠(yuǎn)低于體外測試環(huán)境。其余mg-ba合金均未對hbmmscs細(xì)胞產(chǎn)生毒性，材料的細(xì)胞相容性良好。進(jìn)一步地，考察了典型mg-2ba合金對成骨基因表達(dá)的影響?？梢?，mg中ba的加入可以顯著提升成骨相關(guān)基因(runx2、alp、ocn與osx)的表達(dá)水平(圖5(b))。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)mg-ba系合金具有良好的細(xì)胞兼容性，并有利于成骨分化。

[0064]

測試?yán)?

[0065]

將實(shí)施例3中制備的mg-2ba合金植入到大鼠股骨后12w(以純mg和mg-1ca作為對照)，micro-ct結(jié)果顯示，mg-2ba合金邊緣清晰且平整，腐蝕均勻，表現(xiàn)出明顯更好的耐腐蝕性能，而純mg邊緣呈現(xiàn)鋸齒狀，表明腐蝕較快，局部腐蝕嚴(yán)重(圖6)，mg-1.0ca合金同樣表現(xiàn)出一定程度的局部腐蝕。mg-2ba植入體周圍無明顯氫氣腔，材料與骨皮質(zhì)緊密相連。但是，mg植入體周圍可見明顯氣體空腔，材料與骨整合不良。micro-ct結(jié)果還顯示mg-2ba植入體的襯度明顯高于mg和mg-1ca植入體，證明其在x射線下的顯影性更優(yōu)。mg-2ba合金硬組織切片的亞甲基藍(lán)酸性品紅染色結(jié)果顯示(圖7)，mg-2ba植入體周圍組織生長良好，未見明顯炎癥反應(yīng)，材料與骨組織結(jié)合緊密，說明mg-2ba合金與骨組織兼容，骨整合良好。但是，mg植入體組織切片可見明顯氣腔，材料與骨整合情況不佳，與micro-ct結(jié)果一致(圖6)。

[0066]

對比例1

[0067]

參照實(shí)施例1和實(shí)施例3所述方法，制備擠壓態(tài)純mg。經(jīng)測試，純mg由單一α-mg相構(gòu)成，無第二相。純mg的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度分別為66

±

6mpa和170

±

2mpa，顯著低于本發(fā)明實(shí)施例的mg-ba系合金(圖3)。純mg的電化學(xué)腐蝕速率落入mg-ba系合金腐蝕速率范圍內(nèi)(表1)。純mg對hbmmscs細(xì)胞無毒性，但是成骨基因表達(dá)水平顯著低于mg-ba系合金(圖5)。植入大鼠股骨的純mg在術(shù)后12w出現(xiàn)明顯的局部腐蝕，腐蝕過快，氫氣釋放過多，造成mg植入體周圍氣腔存在，導(dǎo)致成骨及骨整合不佳(圖6、圖7)。

[0068]

對比例2

[0069]

參照實(shí)施例1和實(shí)施例3所述方法，制備擠壓態(tài)mg-1ca合金。需要說明的是，ca與ba為同族元素，ca在mg中的最大固溶度為1.34wt.％，室溫下的固溶度同樣較低。ca的電極電位同樣略低于mg，因此mg2ca第二相優(yōu)先于mg基體腐蝕。經(jīng)測試，mg-1ca的綜合力學(xué)性能與實(shí)施例2-6中的mg-ba系合金相當(dāng)。mg-1ca對hbmmscs細(xì)胞無毒性，誘導(dǎo)成骨基因表達(dá)水平略高于純mg，但是仍顯著低于mg-ba系合金(圖5)。植入大鼠股骨的mg-1ca在術(shù)后12w仍出現(xiàn)了一定程度的局部腐蝕，局部腐蝕位點(diǎn)處新骨生成較少(圖7)，在體表現(xiàn)整體不如mg-1ba合金。

[0070]

對比例3

[0071]

采用常規(guī)熔煉(800℃)和澆注方法獲得mg-2ba鑄態(tài)合金，鑄態(tài)合金在400℃均勻化處理10h后，進(jìn)行多道次軋制，軋制溫度為300℃，每道次壓下量控制為20％，道次間進(jìn)行250℃退火處理，獲得厚度為2mm的軋制板材。經(jīng)顯微組織觀察，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過常規(guī)澆注和軋制的mg-2ba合金中存在粗大mg

17

ba2第二相，且第二相分布存在不均，微觀組織情況不如本發(fā)明實(shí)施例(細(xì)小、均勻)。經(jīng)浸泡腐蝕測試發(fā)現(xiàn)，常規(guī)澆注和軋制的mg-2ba合金存在明顯的局部腐蝕，10d后的析氫量為3.2ml/cm2，遠(yuǎn)高于實(shí)施例4中的同成分mg-2ba合金(0.8ml/cm2)。

[0072]

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均為等

效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種mg-ba系鎂合金，其特征在于：合金成分包括mg和ba；以質(zhì)量百分比計，合金中ba的含量為0～10.0wt.％，但不包括0，余量為mg。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的mg-ba系鎂合金，其特征在于：所述ba的含量為0.2～7.0wt.％。3.一種權(quán)利要求1或2所述的mg-ba系鎂合金的制備方法，其特征在于包括下述步驟：(1)稱取高純度mg、ba原料，混合均勻，得到混合物；在感應(yīng)爐中抽真空后，充入氬氣、或者co2和sf6混合氣氛保護(hù)下，對所述混合物進(jìn)行熔煉，得到金屬熔體；(2)將所述金屬熔體均勻送入兩個反向旋轉(zhuǎn)的軋輥中，金屬熔體快速冷卻，在軋輥間實(shí)現(xiàn)同步澆注和軋制，獲得mg-ba系合金預(yù)變形板坯；(3)對所述mg-ba系合金預(yù)變形板坯進(jìn)行深度塑性加工，即板坯先在350～550℃均勻化/固溶處理，保溫5～24h，采用空冷/水冷，然后在150～500℃條件下進(jìn)行擠壓、軋制或等徑角擠壓處理，獲得mg-ba系鎂合金。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的mg-ba系鎂合金的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，所述熔煉的溫度為750～900℃，熔煉過程中施加電磁攪拌或機(jī)械攪拌，完全熔融的熔體保溫攪拌10～30min。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的mg-ba系鎂合金的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，可調(diào)控軋輥與熔體流出口距離、熔體流出速度、軋輥旋轉(zhuǎn)速度、軋輥間間距，獲得質(zhì)量均一的預(yù)變形板坯。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的mg-ba系鎂合金的制備方法，其特征在于：步驟(3)中，所述擠壓的工藝條件為：擠壓溫度為200～500℃，擠壓比為10～100，擠壓速度為0.5～100mm/s，正向擠壓，一道次擠壓；所述軋制的工藝條件為：軋制溫度為150～500℃，單道次壓下量為10～40％，道次間可選擇在100～300℃退火，控制不同道次間的軋制方向一致；所述等徑角擠壓的工藝條件為：采用bc路徑，擠壓速度0.5～5mm/s，擠壓道次1～16次，擠壓溫度為200～500℃。7.一種權(quán)利要求1或2所述的mg-ba系鎂合金的應(yīng)用，其特征在于：在制備骨科醫(yī)用植入體中的應(yīng)用；所述骨科醫(yī)用植入體包括骨板、骨釘、骨組織修復(fù)支架、髓內(nèi)針、接骨套、誘導(dǎo)組織再生膜、骨缺損補(bǔ)片和脊柱內(nèi)固定器材中的至少一種。8.一種權(quán)利要求1或2所述的mg-ba系鎂合金的應(yīng)用，其特征在于：用作醫(yī)用植入體上的顯影標(biāo)記部件，所述的醫(yī)用植入體包括腔道支架、封堵器、瓣膜、腔道內(nèi)濾器中的至少一種。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種Mg-Ba系鎂合金及其制備方法與應(yīng)用，合金成分包括Mg和Ba；以質(zhì)量百分比計，合金中Ba的含量為0～10.0wt.％，但不包括0，余量為Mg；通過同步澆注和軋制預(yù)變形技術(shù)與深度塑性加工手段相結(jié)合的方法制備，可以用于制備骨科醫(yī)用植入體。本發(fā)明的Mg-Ba系合金可以均勻腐蝕、無第二相殘留、無有毒有害元素釋放及可控降解，這保證了本發(fā)明Mg-Ba系合金具有良好的細(xì)胞、組織反應(yīng)，在體與骨整合良好。在體與骨整合良好。在體與骨整合良好。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭玉峰 劉洋 夏丹丹 邊東 成艷

受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2022.04.28

技術(shù)公布日：2022/8/4