一种人体可吸收的耐蚀高强韧锌合金植入材料.pdf

摘要
申请专利号：	CN201310756776.1	申请日：	20131226
公开号：	CN103736152B	公开日：	20161207
当前法律状态：		有效性：	有效
法律详情：
IPC分类号：	A61L31/02,A61L31/14,C22C18/02,C22C18/00	主分类号：	A61L31/02,A61L31/14,C22C18/02,C22C18/00
申请人：	西安爱德万思医疗科技有限公司
发明人：	周功耀,屈功奇,宫海波
地址：	710077 陕西省西安市高新区锦业二路信凯工业园A幢一层
优先权：	CN201310756776A
专利代理机构：	西安亿诺专利代理有限公司	代理人：	熊雁
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内容摘要

本发明涉及一种人体可吸收的耐蚀高强韧锌合金植入材料，其元素组分及质量百分比为：Ce0.001％～2％，Mg0.001％～2％，Ca0.001％～2％，Cu0.01％～3％，其余为Zn。所述的锌合金材料，使用本领域常规的方法制备成可吸收性医疗植入体，特别是血管支架、骨科植入体(骨钉或骨板等)。本发明所创造的锌合金材料具有高耐蚀性和高强韧性，其制备成的医疗植入体可被人体吸收、无副作用。

权利要求书

1.一种人体可吸收的耐蚀高强韧锌合金植入材料，其特征在于，该材料的元素组成及质量百分比为：Ce0.001%～2%，Mg0.001%～2%，Ca0.001%～2%，Cu0.01%～3%，其余为Zn。 2.如权利要求1所述的锌合金植入材料，其特征在于：Ce0.001%～1.5%，Mg0.002%～1.5%，Ca0.001%～1.5%，Cu0.05%～3%，其余为Zn。 3.如权利要求2所述的锌合金植入材料，其特征在于：Ce0.1%，Mg0.5%，Ca0.1%，Cu1.5%。 4.如权利要求1-3任一所述的锌合金植入材料，其特征在于：Zn的纯度大于等于99.999%，Ce的纯度大于等于99.99%，Mg的纯度大于等于99.99%，Ca的纯度大于等于99.99%，Cu的纯度大于等于99.99%。 5.如权利要求1-3任一所述的锌合金植入材料，其特征在于：植入材料中除Zn、Ce、Mg、Ca、Cu之外的夹杂元素总量小于0.1%。 6.如权利要求5所述的锌合金植入材料，其特征在于：所述的吸收性医疗植入体为血管内支架或骨科植入体。 7.如权利要求1-3任一所述的锌合金植入材料，其特征在于：所述的植入材料为骨科植入体，所述的骨科植入体是骨钉或骨板。

说明书

技术领域

本发明涉及一种人体可吸收的耐蚀高强韧锌合金植入材料，属于医用材料技术领域。

背景技术

血管支架是用于治疗冠心病等血管性疾病的植入式丝网状器械，长度约为8～23毫米，直径约为2.5～5毫米。目前主流的药物洗脱支架(Drug Eluting Stent，DES)由可扩张的钴铬合金丝网为狭窄病灶血管提供机械支撑，支架表面的药物涂层可在约一个月内持续释放药物，抑制平滑肌和淋巴细胞生长，降低炎症反应和免疫反应。长期以来，我国病人一直不了解支架这一产品，因为过去我国的冠心病发病率极低。随着国民收入的逐年上升和人民生活水平的改善及饮食结构的变化，近年冠心病在我国上升势头较快，男性增加了42.2％，女性增加了12.5％，而且趋于年轻化。据国外医学界报道，冠心病发展到一定程度就必须安装血管支架，以此预防发生心肌梗死。进入21世纪后，随着国产支架的问世，国内做血管支架植入手术的病人数量剧增，极个别症状严重的冠心病人，其血管中竟先后植入7～8个支架。据来自北京阜外医院的一位心血管病专家说，过去几年来，我国每年死于冠心病急性发作的病人总数超过100万人，这些人如若及早安装血管支架，至少可降低50％的死亡率，由此可见，全面推广应用血管支架迫在眉睫。

传统的血管支架一般采用不可吸收的金属制成，支架的制备技术分为两步，首先是通过挤出成型将金属铸块制备成管材，然后利用激光切割技术将管材精确加工成网状支架。其缺点是金属不可降解、无法取出，滞留在血管内容易引发晚期血栓，另外激光切割技术效率较低，成本较高。大量的临床病例证实传统支架在降低狭窄重建率方面十分有效，但病人植入这类支架1～5年后血栓形成率高达3％～9％，血栓形成后死亡率高达30％。临床频繁出现的晚期血栓问题正是传统支架难以突破的技术瓶颈，其根本原因在于DES支架使用的材料不能被人体降解吸收，只能永久性留在病灶血管。而病灶血管仅需要1～3个月的机械支撑来重建血管机能，3个月后血管已基本恢复其机能，滞留在血管内的支架反而可能会给病人带来众多副作用。

同时，骨钉和骨板是常用的固定骨折和韧带损伤的医疗植入体，靠近关节和延伸至关节内的骨折尤其常用骨钉和骨板进行固定。当代社会老龄化严重，骨质疏松患者逐年增加，车

祸或跌倒等意外经常会造成粉碎性骨折。运动员在激烈的对抗性活动中，也有可能发生骨折或者韧带撕裂的状况。

类似血管支架的问题同样出现在传统骨钉和骨板行业，不可降解的金属无法取出，必须进行二次手术，对患者带来极大的创伤。同时，传统金属骨钉和骨板强度过高，容易带来应力屏蔽，导致受伤的骨组织难以再生和愈合。传统多聚物可吸收骨钉和骨板则强度过低，在临床使用过程中经常会发生断裂事故。

正是因为传统医用植入材料的各种问题，人体内可吸收医用材料，特别对于血管内支架、骨科植入物，更是上述领域研究和开发的重点。其中，镁合金是近年研究最为深入的材料，该材料可被生物体安全吸收，强度和韧性远高于多聚物，且弹性模量更接近人骨。但是，镁合金耐蚀性非常差，在人体内很快就会被降解、吸收，无法提供足够的力学支撑时间。

发明内容

本发明的目的在于：发明一种可被人体可吸收降解的锌合金植入材料，并且利用该材料制成可吸收性的医疗植入体，特别是血管支架、骨钉或骨板。本发明创造的耐蚀高强韧锌合金植入材料可以实现三个技术指标分别是：人体可安全吸收、适当的机械强度和足够的力学支撑时间。其中可吸收支架，在有效治疗冠心病的同时，让血管恢复正常功能的可能，这是传统金属支架不可能做得到的。由于没有永久金属植入物留在体内，经可吸收支架治疗的患者的血管可能最终有能力运动，伸缩和搏动，如同未进行过治疗的血管一样。而制备的可吸收骨钉和骨板能够匹配骨组织的再生愈合，其力学强度与人体骨组织匹配，不会产生应力屏蔽，也不会发生断裂事故。

本发明技术方案所述的人体可吸收的耐蚀高强韧锌合金植入材料，其元素组分及质量百分比为：Ce0.001％～2％，Mg0.001％～2％，Ca0.001％～2％，Cu0.01％～3％，其余为Zn。

基于以上合金材料的组成，为了优化力学性能和生物腐蚀性能，我们对锌合金植入材料进一步优化的质量配比组成是：Ce0.001％～1.5％，Mg0.002％～1.5％，Ca0.001％～1.5％，Cu0.05％～2％，其余为Zn。其中，Ce，Mg，Ca，Cu元素的一种较优选的质量百分比分别是：0.1％，0.5％，0.1％，1.5％。

为获得最佳的力学性能和生物腐蚀性能，本发明严格控制Al、Mn等杂质的含量：Zn的纯净度大于等于99.999％；Ce的纯净度大于等于99.99％；Mg的纯净度大于等于99.99％：Ca的纯净度大于等于99.99％；Cu的纯净度大于等于99.99％；除Zn、Ce、Mg、Ca、Cu以外的夹杂元素总量小于0.1％。

上述本发明所制备的合金材料，使用本领域常规的方法制备成可吸收性医疗植入体，其

中，可吸收性医疗植入体优选为血管支架或骨科植入体。其中，骨科植入体可以是骨钉或骨板。

对于下述实施例1-3中所制成的锌合金植入材料，我们进行了以下的大量的实验研究，其主要的结果如下：

模拟人体体液浸泡试验证明，锌合金表面形成低溶保护层，因此降解速度远低于镁合金，仅为0.15毫米／每年，可以保证血管支架为病灶血管提供6个月以上的径向支撑，固定和骨板的力学支撑时间达到至少半年。缓慢、均匀的降解过程允许血管逐步再生，最终恢复运动，伸缩和搏动，如同健康的血管一样。

拉伸试验结果表明锌合金弹性模量约为80GPa，屈服强度可达230MPa，力学性能优异。研究发现人体皮质骨的弹性模量为3～20GPa，屈服强度为35～280MPa，本发明制备的合金与人体皮质骨的力学性能匹配非常好。

因此，本发明所创造的可吸收锌合金材料具有的有益效果可以概括为：

(1)可在人体环境下吸收，避免二次手术给患者带来的痛苦；

(2)耐蚀性远高于镁合金，降解速度大幅度降低，可提供更长时间的力学支撑，避免血管

支架、骨钉等植入体提前失效；

(3)机械强度远高于多聚物，韧性高、易于制造，弹性模量与人体匹配好；

(4)同时实现高耐蚀性和高强韧性。

具体实施例

以下是本发明内容的具体实施例，用于阐述本申请文件中所要解决技术问题的技术方案，有助于本领域技术人员理解本发明内容，但本发明技术方案的实现并不限于这些实施例。

实施例1

本发明的一种人体可吸收的锌合金植入材料，其元素组成及质量百分比为：Ce0.1％，Mg0.5％，Ca0.1％，Cu1.5％，其余为Zn。

对于上述组成元素，按照本领域常用的冶炼与加工工艺，最终制成锌合金材料。

实施例2

本发明的一种人体可吸收的锌合金植入材料，其元素组成及质量百分比为：Ce0.001％，Mg1.5％，Ca0.001％，Cu0.01％，其余为Zn。

实施例3

本发明的一种人体可吸收的锌合金植入材料，其元素组成及质量百分比为：Ce1.5％，Mg0.001％，Ca1.5％，Cu2％，其余为Zn。

对于上述实施例1-3所述的锌合金材料的组成元素，按照本领域常用的冶炼与加工工艺，最终制成锌合金材料；然后运用这些材料，采用常规的方法可制备成可吸收性医疗植入体。

资源描述

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201310756776.1 (22)申请日 2013.12.26 (65)同一申请的已公布的文献号申请公布号 CN 103736152 A (43)申请公布日 2014.04.23 (73)专利权人西安爱德万思医疗科技有限公司地址 710077 陕西省西安市高新区锦业二路信凯工业园A幢一层 (72)发明人周功耀屈功奇宫海波 (74)专利代理机构西安亿诺专利代理有限公司 61220 代理人熊雁 (51)Int.Cl. A61L 31/02(2006.01) A61L。

2、 31/14(2006.01) C22C 18/02(2006.01) C22C 18/00(2006.01) (56)对比文件 CN 101288776 A,2008.10.22, CN 102766829 A,2012.11.07, US 2011076319 A1,2011.03.31, 审查员邹鑫 (54)发明名称一种人体可吸收的耐蚀高强韧锌合金植入材料 (57)摘要本发明涉及一种人体可吸收的耐蚀高强韧锌合金植入材料，其元素组分及质量百分比为： Ce0.0012， Mg0.0012， Ca0.001 2， Cu0.013，其余为Zn。所述的锌合金材料，使用本领域常规。

3、的方法制备成可吸收性医疗植入体，特别是血管支架、骨科植入体(骨钉或骨板等)。本发明所创造的锌合金材料具有高耐蚀性和高强韧性，其制备成的医疗植入体可被人体吸收、无副作用。权利要求书1页说明书3页 CN 103736152 B 2016.12.07 CN 103736152 B 1.一种人体可吸收的耐蚀高强韧锌合金植入材料，其特征在于，该材料的元素组成及质量百分比为： Ce0.001%2%， Mg0.001%2%， Ca0.001%2%， Cu0.01%3%，其余为Zn。 2.如权利要求1所述的锌合金植入材料，其特征在于： Ce0.001%1.5%， Mg0.002。

4、% 1.5%， Ca0.001%1.5%， Cu0.05%3%，其余为Zn。 3.如权利要求2所述的锌合金植入材料，其特征在于： Ce0. 1 %， Mg0.5%， Ca0. 1%， Cu1.5%。 4.如权利要求1-3任一所述的锌合金植入材料，其特征在于： Zn的纯度大于等于 99.999%， Ce的纯度大于等于99.99%， Mg的纯度大于等于99.99%， Ca的纯度大于等于99.99%， Cu的纯度大于等于99.99%。 5.如权利要求1-3任一所述的锌合金植入材料，其特征在于：植入材料中除Zn、 Ce、 Mg、 Ca、 Cu之外的夹杂元素总量小于0.1%。 6.如权利要求5。

5、所述的锌合金植入材料，其特征在于：所述的吸收性医疗植入体为血管内支架或骨科植入体。 7.如权利要求1-3任一所述的锌合金植入材料，其特征在于：所述的植入材料为骨科植入体，所述的骨科植入体是骨钉或骨板。权利要求书 1/1 页 2 CN 103736152 B 2 一种人体可吸收的耐蚀高强韧锌合金植入材料技术领域 0001 本发明涉及一种人体可吸收的耐蚀高强韧锌合金植入材料，属于医用材料技术领域。背景技术 0002 血管支架是用于治疗冠心病等血管性疾病的植入式丝网状器械，长度约为823 毫米，直径约为2.55毫米。目前主流的药物洗脱支架(Drug Elutin。

6、g Stent， DES)由可扩张的钴铬合金丝网为狭窄病灶血管提供机械支撑，支架表面的药物涂层可在约一个月内持续释放药物，抑制平滑肌和淋巴细胞生长，降低炎症反应和免疫反应。长期以来，我国病人一直不了解支架这一产品，因为过去我国的冠心病发病率极低。随着国民收入的逐年上升和人民生活水平的改善及饮食结构的变化，近年冠心病在我国上升势头较快，男性增加了 42.2，女性增加了12.5，而且趋于年轻化。据国外医学界报道，冠心病发展到一定程度就必须安装血管支架，以此预防发生心肌梗死。进入21世纪后，随着国产支架的问世，国内做血管支架植入手术的病人数量剧增，极个。

7、别症状严重的冠心病人，其血管中竟先后植入7 8个支架。据来自北京阜外医院的一位心血管病专家说，过去几年来，我国每年死于冠心病急性发作的病人总数超过100万人，这些人如若及早安装血管支架，至少可降低50的死亡率，由此可见，全面推广应用血管支架迫在眉睫。 0003 传统的血管支架一般采用不可吸收的金属制成，支架的制备技术分为两步，首先是通过挤出成型将金属铸块制备成管材，然后利用激光切割技术将管材精确加工成网状支架。其缺点是金属不可降解、无法取出，滞留在血管内容易引发晚期血栓，另外激光切割技术效率较低，成本较高。大量的临床病例证实传统支架在降低狭窄重建率方。

8、面十分有效，但病人植入这类支架15年后血栓形成率高达39，血栓形成后死亡率高达30。临床频繁出现的晚期血栓问题正是传统支架难以突破的技术瓶颈，其根本原因在于DES支架使用的材料不能被人体降解吸收，只能永久性留在病灶血管。而病灶血管仅需要13个月的机械支撑来重建血管机能， 3个月后血管已基本恢复其机能，滞留在血管内的支架反而可能会给病人带来众多副作用。 0004 同时，骨钉和骨板是常用的固定骨折和韧带损伤的医疗植入体，靠近关节和延伸至关节内的骨折尤其常用骨钉和骨板进行固定。当代社会老龄化严重，骨质疏松患者逐年增加，车 0005 祸或跌倒等意外经常会造成粉碎性。

9、骨折。运动员在激烈的对抗性活动中，也有可能发生骨折或者韧带撕裂的状况。 0006 类似血管支架的问题同样出现在传统骨钉和骨板行业，不可降解的金属无法取出，必须进行二次手术，对患者带来极大的创伤。同时，传统金属骨钉和骨板强度过高，容易带来应力屏蔽，导致受伤的骨组织难以再生和愈合。传统多聚物可吸收骨钉和骨板则强度过低，在临床使用过程中经常会发生断裂事故。 0007 正是因为传统医用植入材料的各种问题，人体内可吸收医用材料，特别对于血管说明书 1/3 页 3 CN 103736152 B 3 内支架、骨科植入物，更是上述领域研究和开发的重点。其中，镁合。

10、金是近年研究最为深入的材料，该材料可被生物体安全吸收，强度和韧性远高于多聚物，且弹性模量更接近人骨。但是，镁合金耐蚀性非常差，在人体内很快就会被降解、吸收，无法提供足够的力学支撑时间。发明内容 0008 本发明的目的在于：发明一种可被人体可吸收降解的锌合金植入材料，并且利用该材料制成可吸收性的医疗植入体，特别是血管支架、骨钉或骨板。本发明创造的耐蚀高强韧锌合金植入材料可以实现三个技术指标分别是：人体可安全吸收、适当的机械强度和足够的力学支撑时间。其中可吸收支架，在有效治疗冠心病的同时，让血管恢复正常功能的可能，这是传统金属支架不可能做得到的。。

11、由于没有永久金属植入物留在体内，经可吸收支架治疗的患者的血管可能最终有能力运动，伸缩和搏动，如同未进行过治疗的血管一样。而制备的可吸收骨钉和骨板能够匹配骨组织的再生愈合，其力学强度与人体骨组织匹配，不会产生应力屏蔽，也不会发生断裂事故。 0009 本发明技术方案所述的人体可吸收的耐蚀高强韧锌合金植入材料，其元素组分及质量百分比为： Ce0.0012， Mg0.0012， Ca0.0012， Cu0.013，其余为Zn。 0010 基于以上合金材料的组成，为了优化力学性能和生物腐蚀性能，我们对锌合金植入材料进一步优化的质量配比组成是： Ce0.0011.5，。

12、Mg0.0021.5， Ca0.001 1.5， Cu0.052，其余为Zn。其中， Ce， Mg， Ca， Cu元素的一种较优选的质量百分比分别是： 0.1， 0.5， 0.1， 1.5。 0011 为获得最佳的力学性能和生物腐蚀性能，本发明严格控制Al、 Mn等杂质的含量： Zn 的纯净度大于等于99.999； Ce的纯净度大于等于99.99； Mg的纯净度大于等于99.99： Ca的纯净度大于等于99.99； Cu的纯净度大于等于99.99；除Zn、 Ce、 Mg、 Ca、 Cu以外的夹杂元素总量小于0.1。 0012 上述本发明所制备的合金材料，使用本领域常规的方法制备成。

13、可吸收性医疗植入体，其 0013 中，可吸收性医疗植入体优选为血管支架或骨科植入体。其中，骨科植入体可以是骨钉或骨板。 0014 对于下述实施例1-3中所制成的锌合金植入材料，我们进行了以下的大量的实验研究，其主要的结果如下： 0015 模拟人体体液浸泡试验证明，锌合金表面形成低溶保护层，因此降解速度远低于镁合金，仅为0.15毫米每年，可以保证血管支架为病灶血管提供6个月以上的径向支撑，固定和骨板的力学支撑时间达到至少半年。缓慢、均匀的降解过程允许血管逐步再生，最终恢复运动，伸缩和搏动，如同健康的血管一样。 0016 拉伸试验结果表明锌合金弹性模量。

14、约为80GPa，屈服强度可达230MPa，力学性能优异。研究发现人体皮质骨的弹性模量为320GPa，屈服强度为35280MPa，本发明制备的合金与人体皮质骨的力学性能匹配非常好。 0017 因此，本发明所创造的可吸收锌合金材料具有的有益效果可以概括为：说明书 2/3 页 4 CN 103736152 B 4 0018 (1)可在人体环境下吸收，避免二次手术给患者带来的痛苦； 0019 (2)耐蚀性远高于镁合金，降解速度大幅度降低，可提供更长时间的力学支撑，避免血管 0020 支架、骨钉等植入体提前失效； 0021 (3)机械强度远高于多聚物，韧性高、易于制。

15、造，弹性模量与人体匹配好； 0022 (4)同时实现高耐蚀性和高强韧性。具体实施例 0023 以下是本发明内容的具体实施例，用于阐述本申请文件中所要解决技术问题的技术方案，有助于本领域技术人员理解本发明内容，但本发明技术方案的实现并不限于这些实施例。 0024 实施例1 0025 本发明的一种人体可吸收的锌合金植入材料，其元素组成及质量百分比为： Ce0.1， Mg0.5， Ca0.1， Cu1.5，其余为Zn。 0026 对于上述组成元素，按照本领域常用的冶炼与加工工艺，最终制成锌合金材料。 0027 实施例2 0028 本发明的一种人体可吸收的锌合金植入材料，其元素组成及质量百分比为： Ce0.001， Mg1.5， Ca0.001， Cu0.01，其余为Zn。 0029 实施例3 0030 本发明的一种人体可吸收的锌合金植入材料，其元素组成及质量百分比为： Ce1.5， Mg0.001， Ca1.5， Cu2，其余为Zn。 0031 对于上述实施例1-3所述的锌合金材料的组成元素，按照本领域常用的冶炼与加工工艺，最终制成锌合金材料；然后运用这些材料，采用常规的方法可制备成可吸收性医疗植入体。说明书 3/3 页 5 CN 103736152 B 5 。

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