生物医用非晶合金及其应用

技术领域

本申请涉及金属材料领域，具体涉及一种生物医用非晶合金及其应用。

背景技术

非晶合金(amorphous alloy)，又称金属玻璃(metallic glass)，具有优异的物理和化学性质，如低弹性模量、高生物相容性、高强度、高硬度、高弹性极限、高耐磨性、高耐腐蚀性和超塑性等。因此，非晶合金在结构材料、微型精密器件、体育器材、消费电子等方面有着广阔的应用前景。

目前开发的具有强玻璃形成能力的锆基非晶合金几乎都含有镍或者铍元素，同时铜元素含量较高。镍元素和铍元素虽然在提高锆基非晶合金玻璃形成能力方面起着重要的作用，但是，镍元素和铍元素都是高细胞毒性、生物不相容的元素，如果单纯的从合金中剔除铍元素和镍元素，往往会极大降低该体系的非晶形成能力，从而成为锆基非晶合金在生物医疗领域应用的障碍。

发明内容

本发明提供一种可以应用于生物医疗领域的非晶合金及包含该非晶合金的医用植入体。

本发明提供一种非晶合金，所述非晶合金组成为Zr

根据本发明的一实施方式，所述非晶合金中d,e和f不同时为0。

根据本发明的另一实施方式，所述非晶合金中d和e均大于0。

根据本发明的另一实施方式，所述非晶合金中2≤d≤8。

根据本发明的另一实施方式，所述非晶合金中2≤e≤4。

根据本发明的另一实施方式，所述非晶合金中5≤c≤8。

根据本发明的另一实施方式，所述非晶合金中8≤b≤10。

根据本发明的另一实施方式，所述非晶合金的组成为Zr

本发明还提供一种包括上述非晶合金的生物医用材料。

本发明还提供一种上述生物医用材料在医用植入体、医用介入体或其他医疗器械领域的应用；优选，所述医用植入体包括人工骨块、人工关节、股骨头支撑体、接骨板、牙科种植体、基台；所述医用介入体包括邻面成形片、牙科支架、义齿；所述医疗器械包括金属针、根管锉。

本发明提供的无镍、无铍的锆基非晶合金，避免了对细胞具有毒副作用，提高了非晶合金的生物相容性，得到的非晶合金具有主动杀菌和降低制品与生物组织应力屏障的作用，可以应用于制备医用植入体、医用介入体或其他医疗器械。

附图说明

图1是实施例1制备的非晶合金的XRD图谱。

图2是实施例2制备的非晶合金的XRD图谱。

图3是实施例3制备的非晶合金的XRD图谱。

图4是实施例4制备的非晶合金的XRD图谱。

图5是实施例5制备的非晶合金的XRD图谱。

图6是实施例6制备的非晶合金的XRD图谱。

图7是实施例7制备的非晶合金的XRD图谱。

图8是实施例8制备的非晶合金的XRD图谱。

图9是实施例9制备的非晶合金的XRD图谱。

图10是实施例10制备的非晶合金的XRD图谱。

图11是实施例11制备的非晶合金的XRD图谱。

图12是实施例12制备的非晶合金的XRD图谱。

图13是实施例13制备的非晶合金的XRD图谱。

图14是实施例14制备的非晶合金的XRD图谱。

图15是实施例15制备的非晶合金的XRD图谱。

图16是实施例16制备的非晶合金的XRD图谱。

图17是实施例17制备的非晶合金的XRD图谱。

图18是实施例18制备的非晶合金的XRD图谱。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。

本发明提供一种非晶合金，非晶合金组成为非晶合金组成为Zr

本发明的非晶合金包括上述组成范围内的任意a,b,c,d,e,f取值的组合。例如，a可以是，但不限于45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72等；b可以是，但不限于8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50等；c可以是，但不限于3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15等；d可以是，但不限于0、1、2、3、4、5、6、7、8等；e可以是，但不限于0、1、2、3、4等；f可以是，但不限于0、1、2、3、4、5等。

在可选的实施方式中，非晶合金中d,e和f不同时为0。非晶合金中Ti可以降低非晶合金的弹性模量。非晶合金中Ag具有杀菌效果，通过添加Ag可以提供非晶合金的杀菌性能。非晶合金中Nb可以提高非晶合金的成型能力。本领域技术人员可以根据实际的需要在本发明中限定的Ti、Ag和Nb的范围选择适当的数值以满足其作为医用植入体、医用介入体或医疗器械的要求。

根据本发明的另一实施方式，非晶合金中d大于0，以提升杀菌效果。更为优选，非晶合金中2≤d≤8。

根据本发明的另一实施方式，非晶合金中e大于0，以降低弹性模量，减少应力屏蔽效应造成的应力集中、折裂等应力并发症可能。更为优选，非晶合金中2≤e≤4。

根据本发明的另一实施方式，非晶合金中5≤c≤8。众所周知，Al对人体有一定的毒性，应当经量减少非晶合金中Al的含量，优选非晶合金中Al的含量在5至8之间。

根据本发明的另一实施方式，非晶合金中8≤b≤10。非晶合金在使用过程中还会析出一定浓度的铜离子，由于铜离子具有潜在的生物毒性。优选，非经合金中Cu的含量在8至10之间。

根据本发明的另一实施方式，非晶合金的组成具体实例可以为Zr

本发明还提供一种包括上述非晶合金的生物医用材料。

本发明还提供一种上述生物医用材料在医用植入体、医用介入体或医疗器械领域的应用。医用植入体可以是，但不限于，人工骨块、人工关节、股骨头支撑体、接骨板、牙科种植体和基台等。医用介入体可以是，但不限于，邻面成形片、牙科支架、义齿等。医疗器械可以是，但不限于，金属针、根管锉等。

以下通过具体实例进一步描述本发明。不过这些实例仅仅是范例性的，并不对本发明的保护范围构成任何限制。

在下述实施例和对比例中，所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊 的说明，均可商购获得。

实验采用的 Zr、Cu、Al、Ag、Ti、Nb 等原材料的纯度均大于 99.9 %。配料前先用砂纸打磨原材料表面，去掉表面的氧化膜和其他杂质。然后将实验材料放入酒精中用超声波清洗仪振荡，并用电吹风吹干。配料的时候以锆为基准，并预计合金锭总质量，通过成分计算程序计算出各组元的质量，并用电子天平进行精确称量(质量误差不超过 0.0005 g）。将配制好的原材料放入可用于熔炼的铜坩埚中，关闭炉门。分别用机械泵和分子泵抽真空至3×10

通过上述方式制备了实施例1-18的非晶合金，各实施例的非晶合金的组成如表1所示。

对实施例1-18制备的非晶合金进行XRD测试。XRD检测结果，如图1-18所示。从图1-18中可以看出，实施例1-18制备的合金均为非晶态。

对实施例1-11制备的非晶合金进行性能测试。所用的仪器是 INSTRON-5982 万能试验机。通过给试样施加持续渐进的轴线压缩载荷，并控制加载速度，得到应力-应变曲线。实验前将非晶棒沿着横截面方向切成长径比约为 2：1 的压缩试样，并在砂纸上用自制卡具将试样两端打磨光滑平整，以保证两端平行，并与柱身垂直。由于压缩实验选用直径为2mm的非晶棒，为保证 2:1 的高径比，打磨后试样的高度应为4mm。制好试样后利用万能试验机和计算机测试软件，得到相关的压力-应变曲线。每种成分合金至少选择 3个试样进行重复实验以提高实验数据的可靠性。测试结果如表1所示。

表1

实施例12-18的合金组成和制得合金棒的直径如表2所示。

表2

从表1所示数据，可以看出实施例1-11制备的非晶合金的弹性模量与晶态合金比弹性模量显著降低，更接近于人体骨骼或牙齿的弹性模量，减少植入体和义齿支架使用过程中因应力屏蔽效应造成折裂的可能性。因此适用于医用植入体。并且，实施例1-11的非晶合金抗压强度大，作为医用植入体时不易折裂，同时直径可以做得更小，因此作为牙科种植体使用时可以更适合亚洲人及老年人相较更薄的牙槽骨，减少植骨的可能性以缩短治疗周期。并且可以做的更薄以作为牙科成形片之用，降低患者治疗过程中的不适感。从表1和2中的数据可以看出，实施例1-18制备的非晶合金有较好的成形能力，实际使用过程中可以加工成形。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。