一种胆肠吻合器用的可降解含稀土铁基医用材料的制备方法

1.本发明涉及生物医用金属技术领域，特别涉及一种胆肠吻合器用的可降解含稀土铁基医用材料的制备方法。


背景技术：

2.目前，胆囊切除术是胆囊息肉、胆囊结石甚至胆囊癌患者的治疗手段。然而有文献报导，胆囊切除后引起消化不良和免疫力下降，并显著增加结肠癌的发病率，由此目前临床上对保胆的呼声逐渐提高，且对胆肠吻合术的需求逐渐提升。在胃肠吻合术中，外科钉被广泛应用于胃肠的愈合和重建。订书机是临床上替代传统缝合线的一种医疗器械。与人工缝合相比，采用缝合组可缩短胃肠吻合手术时间，减少术后并发症和患者疼痛。虽然生物可降解缝合线已被广泛应用，但外科缝合钉仍大量使用不可降解的钛合金(ti-6al-4v)和医用不锈钢(631沉淀不锈钢)缝合钉。尽管不可降解缝合钉具有足够的机械强度和硬度，但由于其长期存在于人体内，可能会引起过敏反应、异体反应和组织粘连等不良反应。此外，不可降解金属具有较高的x射线吸收系数而引起伪影，干扰术后检查。因此，开发降解行为可控的可降解金属材料是当务之急。
3.纯铁(fe)具有良好的机械强度和较低的成本，但由于其降解率较低且较强的顺磁性，使得其在体内降解周期过久且对核磁成像检测有干扰。因此，开发更快降解速率、无磁性且高生物相容性的铁基合金势在必行。锰(mn)合金化可显著提高纯铁的降解速率、力学性能和减弱顺磁性。此外，mn是人体必需的元素，有助于维持正常的大脑和神经功能和骨组织的形成。锗(ge)元素由于与硅(si)元素同属一个主族而呈现出类似的物理化学性质，能够稳定钢中的奥氏体相，保持fe-mn合金无磁性。稀土元素在金属中的主要吸引力在于它们对基体合金的机械、腐蚀、蠕变和其他物理性能影响重大。由于稀土元素独特的电子结构，能够显著细化晶粒尺寸和形成新的第二相来提高可生物降解金属的力学性能、硬度、耐磨性能等，使得含稀土的生物降解金属具有优异的机械性能。具备活泼化学性质的稀土会与金属熔体中的o、h和s等有害元素和co和ni等金属元素反应形成熔渣，起到净化熔体和除气作用。
4.目前国内外文献还未见有报道胆肠吻合器用的可降解含稀土铁基医用材料的制备及相应性能的研究，故提出将可降解含稀土铁基医用材料用作下一阶段的可降解生物医用材料的使用。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种胆肠吻合器用的可降解含稀土铁基医用材料的制备方法，以解决上述问题。
6.本发明的技术方案是这样实现的，一种胆肠吻合器用的可降解含稀土铁基医用材料的制备方法，可降解含稀土铁基医用材料按质量百分比计，包括如下成分：mn：30～40％，ge：3～10％，re，0.02～1％，余量为fe。
0.6gd试样在hanks’和fassif溶液中的电化学性能参数；
28.图6为本发明具体实施方式l929细胞在铸态fe-30mn-6ge和fe-30mn-6ge-0.6gd试样表面培养3天后的细胞细胞存活率。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.在本技术的描述中，需要说明的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
31.本发明提供了一种胆肠吻合器用的可降解含稀土铁基医用材料的制备方法，可降解含稀土铁基医用材料按质量百分比计，包括如下成分：mn：30～40％，ge：3～10％，re，0.02～1％，余量为fe，稀土元素包括为镧(la)、铈(ce)、镨(pr)、钕(nd)、铕(eu)、钆(gd)、铽(tb)、镝(dy)、钬(ho)、铒(er)、铥(tm)、镱(yb)、镥(lu)等十六种无放射性稀土元素中的一种或多种。
32.实施例1：
33.以高纯铁块(99.99％)、微碳锰铁块(含有20％fe、0.05％c和mn余量)、单晶锗粒(99.999％)、gd稀土棒(99.99％)作为原料，根据烧损率并按fe-30mn-6ge-0.6gd质量百分比混合，放入氧化铝坩埚并置于真空感应熔炼炉中。
34.先开启机械泵和分子泵，待真空感应熔炼炉内真空度降至5
×
10-3pa后通入纯度为99.99％的氩气，使氩气压力升至50kpa。然后在氩气保护下于1250℃时加热装有原料的氧化铝坩埚，待钢液充分熔炼后继续加热10min后在炉内浇筑到200mm
×
20mm
×
20mm的高纯石墨模具中，最后空冷至室温后卸压取出fe-30mn-6ge-0.6gd合金铸锭。
35.接着将铸锭放入加热至850℃的马弗炉中均匀化退火5h后水冷以消除成分偏析和稳定组织，最后获得铸态fe-30mn-6ge-0.6gd试样，实物图见图1所示。采用相同的方法制备铸态fe-30mn-6ge试样用于对照组。
36.采用x射线荧光光谱仪测试得到铸态fe-30mn-6ge-0.6gd试样中含有29.83％mn、6.11％ge、0.57％gd，其余为fe。铸态fe-30mn-6ge试样中含有30.26％mn、5.92％ge，其余为fe。
37.图2为采用x射线衍射仪测得的铸态fe-30mn-6ge和fe-30mn-6ge-0.6gd试样的物相信息，可见两种试样均由无磁性的γ-fe(奥氏体)相构成，不会影响胃肠吻合术后的核磁共振成像检测。
38.图3为铸态fe-30mn-6ge-0.6gd试样的sem和eds分析结果图。从图中可以看出，灰色凸起(点1)和凹陷(点2)相含有大量的fe、mn和ge和少量的gd且点2中的mn和ge原子含量小于点1，可以推断为含有不同mn和ge含量的γ-fe相。此外，点3中尺寸为3.7μm的亮白色相可能为高熔点的gdo2相，能够为合金提供更多异质形核点，起到细化晶粒的效果。
39.按照gb/t228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分，室温试验方法》制备板拉伸试样，并采用横梁移动速度为1mm/min的万能试验机在室温下进行拉伸试验，如图4所示，铸态fe-30mn-6ge和fe-30mn-6ge-0.6gd试样的拉伸屈服强度分别为286mpa和349mpa，抗拉强度分别为695mpa和783mpa，延伸率分别为54.5％和62.8％，按照gb/t7314-2017《金属材料室温压缩试验方法》制备圆柱形压缩试样，并采用横梁移动速度为0.5mm/min的万能试验机在室温下进行压缩试验，如图4所示，铸态fe-30mn-6ge和fe-30mn-6ge-0.6gd试样的压缩屈服强度分别为387mpa和493mpa，压缩应变均≥70％
40.将铸态fe-30mn-6ge和fe-30mn-6ge-0.6gd试样分别在试验温度为37℃的hanks’模拟体液(8.0g/lnacl、0.350g/lnahco3、0.4g/lkcl、0.023g/lna2hpo4、0.060g/lkh2po4、0.047g/lmgcl2、0.029g/lmgso4、0.14g/lcacl2、1.0g/l葡萄糖，用1nnaoh或1nhcl调节溶液ph为7.4)和fassif模拟肠液中(0.42g/lnaoh、3.95g/lnah2po4
·
h20、6.19g/lnacl、2.24gfassif粉末完全溶解后，用1nnaoh或1nhcl调节溶液ph为6.5)中的电化学腐蚀结果见图5所示。
41.铸态fe-30mn-6ge和fe-30mn-6ge-0.6gd试样在hanks’溶液中的腐蚀电位分别为-0.623v和-0.637v、腐蚀电流度分别为39.2a/cm2和46.6a/cm2、腐蚀速率分别为460μm/y和547μm/y。而在fassif模拟肠液中的腐蚀电位分别为-0.615v和-0.622v、腐蚀电流度分别为53.5ma/cm2和67.8ma/cm2、腐蚀速率分别为628μm/y和796μm/y。铸态fe-30mn-6ge和fe-30mn-6ge-0.6gd试样在hanks’溶液中浸泡30天后的降解速率为73μm/y和86μm/y，而在fassif模拟肠液中的降解速率为116μm/y和185μm/y。因此在fassif模拟肠液中fe-30mn-6ge-0.6gd试样具有更快的降解速率，在伤口愈合后能够更快的降解而排出体外。
42.铸态fe-30mn-6ge和fe-30mn-6ge-0.6gd试样浸提液在大鼠血液中的溶血率为4.2％和3.5％，满足临床医用材料溶血率低于5％的要求，表现出良好的血液相容性。l929细胞直接在铸态fe-30mn-6ge和fe-30mn-6ge-0.6gd试样表面培养3天后细胞存活率分别为74.2％和89.6％，根据iso10993-5标准，fe-30mn-6ge-0.6gd试样表现为无细胞毒性。此外，铸态fe-30mn-6ge和fe-30mn-6ge-0.6gd试样与大肠杆菌共培养1天后的抑菌圈尺寸分别为1.3mm和2.5mm，均具有较好的抗菌效果。因此fe-30mn-6ge-0.6gd相对于fe-30mn-6ge具有更高的力学性能、与伤口愈合更贴合的降解速率、更优异的血液相容性、细胞相容性和抗菌性能，表明gd稀土的添加发挥了合金强化和功能化的作用。
43.实施例2
44.以高纯铁块(99.99％)、微碳锰铁块(含有20％fe、0.05％c和mn余量)、单晶锗粒(99.999％)、tb稀土粒(99.99％)作为原料，根据烧损率并按fe-30mn-6ge-0.1tb质量百分比混合，放入氧化铝坩埚并置于真空感应熔炼炉中。
45.先开启机械泵和分子泵，待真空感应熔炼炉内真空度降至1
×
10-3pa后通入纯度为99.99％的氩气，使氩气压力升至40kpa。然后在氩气保护下于1300℃时加热装有原料的氧化铝坩埚，待钢液充分熔炼后继续加热10min后在炉内浇筑到200mm
×
20mm
×
20mm的高纯
石墨模具中，最后空冷至室温后卸压取出fe-30mn-6ge-0.1tb合金铸锭。
46.接着将铸锭放入加热至900℃的马弗炉中均匀化退火10h后水冷以消除成分偏析和稳定组织，最后获得铸态fe-30mn-6ge-0.1tb试样。
47.采用x射线荧光光谱仪测试得到铸态fe-30mn-6ge-0.1tb试样中含有30.05％mn、6.03％ge、0.58％tb，其余为fe。fe-30mn-6ge-0.1tb试样仍由无磁性的γ-fe(奥氏体)相构成，不会影响胃胆肠吻合术后的核磁共振成像检测。铸态fe-30mn-6ge-0.1tb试样的拉伸屈服强度、抗拉强度、延伸率、压缩屈服强度和压缩应变分别为353mpa、809mpa、59.7％、506mpa和≥70％。将铸态fe-30mn-6ge-0.1tb试样分别在hanks’模拟体液和fassif模拟肠液中的腐蚀电位分别为-0.632v和-0.618v、腐蚀电流度分别为59.2a/cm2和70.4a/cm2、腐蚀速率分别为695μm/y和826μm/y。铸态fe-30mn-6ge-0.1tb试样分别在hanks’溶液和fassif模拟肠液中浸泡30天后的降解速率为82μm/y和199μm/y。铸态fe-30mn-6ge-0.1tb试样浸提液在大鼠血液中的溶血率为3.7％，满足临床医用材料溶血率低于5％的要求，表现出良好的血液相容性。l929细胞直接在铸态fe-30mn-6ge-0.1tb试样表面培养3天后细胞存活率为87.9％，根据iso10993-5标准，fe-30mn-6ge-0.1tb试样表现为无细胞毒性。此外，铸态fe-30mn-6ge-0.1tb试样与大肠杆菌共培养1天后的抑菌圈尺寸为2.9mm，表现出较好的抗菌效果。因此fe-30mn-6ge-0.1tb试样相对于fe-30mn-6ge也具有更高的力学性能、与伤口愈合更贴合的降解速率、更优异的血液相容性、细胞相容性和抗菌性能，表明tb稀土的添加也发挥了合金强化和功能化的作用。
48.实施例3
49.以高纯铁块(99.99％)、微碳锰铁块(含有20％fe、0.05％c和mn余量)、单晶锗粒(99.999％)、dy稀土粒(99.99％)作为原料，根据烧损率并按fe-35mn-5ge-0.4dy质量百分比混合，放入氧化铝坩埚并置于真空感应熔炼炉中。
50.先开启机械泵和分子泵，待真空感应熔炼炉内真空度降至3
×
10-3pa后通入纯度为99.99％的氩气，使氩气压力升至40kpa。然后在氩气保护下于1250℃时加热装有原料的氧化铝坩埚，待钢液充分熔炼后继续加热20min后在炉内浇筑到200mm
×
20mm
×
20mm的高纯石墨模具中，最后空冷至室温后卸压取出fe-35mn-5ge-0.4dy合金铸锭。
51.接着将铸锭放入加热至850℃的马弗炉中均匀化退火10h后水冷以消除成分偏析和稳定组织，最后获得铸态fe-35mn-5ge-0.4dy试样。
52.采用x射线荧光光谱仪测试得到铸态fe-35mn-5ge-0.4dy试样中含有34.86％mn、4.97％ge、0.38％tb，其余为fe。fe-35mn-5ge-0.4dy试样仍由无磁性的γ-fe(奥氏体)相构成，不会影响胃胆肠吻合术后的核磁共振成像检测。铸态fe-35mn-5ge-0.4dy试样的拉伸屈服强度、抗拉强度、延伸率、压缩屈服强度和压缩应变分别为327mpa、734mpa、67.6％、482mpa和≥70％。将铸态fe-35mn-5ge-0.4dy试样分别在hanks’模拟体液和fassif模拟肠液中的腐蚀电位分别为-0.659v和-0.634v、腐蚀电流度分别为62.8a/cm2和74.0a/cm2、腐蚀速率分别为737μm/y和869μm/y。铸态fe-35mn-5ge-0.4dy试样分别在hanks’溶液和fassif模拟肠液中浸泡30天后的降解速率为87μm/y和203μm/y。铸态fe-35mn-5ge-0.4dy试样浸提液在大鼠血液中的溶血率为3.1％，满足临床医用材料溶血率低于5％的要求，表现出良好的血液相容性。l929细胞直接在铸态fe-35mn-5ge-0.4dy试样表面培养3天后细胞存活率为92.2％，根据iso10993-5标准，fe-35mn-5ge-0.4dy试样表现为无细胞毒性。此外，铸
态fe-35mn-5ge-0.4dy试样与大肠杆菌共培养1天后的抑菌圈尺寸为2.2mm，表现出较好的抗菌效果。因此fe-35mn-5ge-0.4dy试样相对于fe-30mn-6ge也具有更高的力学性能、与伤口愈合更贴合的降解速率、更优异的血液相容性、细胞相容性和抗菌性能，表明dy稀土的添加也发挥了合金强化和功能化的作用。
53.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种胆肠吻合器用的可降解含稀土铁基医用材料的制备方法，其特征在于，可降解含稀土铁基医用材料按质量百分比计，包括如下成分：mn：30～40％，ge：3～10％，re，0.02～1％，余量为fe。2.根据权利要求2所述的一种胆肠吻合器用的可降解含稀土铁基医用材料的制备方法，其特征在于，re为镧(la)、铈(ce)、镨(pr)、钕(nd)、铕(eu)、钆(gd)、铽(tb)、镝(dy)、钬(ho)、铒(er)、铥(tm)、镱(yb)、镥(lu)中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种胆肠吻合器用的可降解含稀土铁基医用材料的制备方法，其特征在于，可降解含稀土铁基医用材料原料的组成包括如下成分：高纯铁块(99.99％)、微碳锰铁块、单晶锗粒(99.999％)、稀土棒/粒/块(99.99％)。4.根据权利要求3所述的一种胆肠吻合器用的可降解含稀土铁基医用材料的制备方法，其特征在于，微碳锰铁块按质量百分比计，包括如下成分：fe：20％，0.05％c，余量为mn。5.根据权利要求3所述的一种胆肠吻合器用的可降解含稀土铁基医用材料的制备方法，其特征在于，它的操作步骤为：a、取高纯铁块、微碳锰铁块、单晶锗粒、稀土棒/粒/块作为原料；b、根据烧损率并按fe-mn-ge-re质量百分比混合，放入氧化铝坩埚并置于真空感应熔炼炉中；c、开启真空电弧熔炼炉中的机械泵和分子泵，待真空感应熔炼炉内真空度降至1～10
×
10-3pa后通入纯度为99.99％的氩气，使氩气压力升至10～100kpa，然后在氩气保护下于1000～1400℃时加热装有原料的氧化铝坩埚，熔炼成钢液；d、待钢液充分熔炼后继续加热5～30min，在炉内浇筑到200mm
×
20mm
×
20mm的高纯石墨模具中，最后空冷至室温后卸压取出fe-mn-ge-re合金铸锭；e、接着将铸锭放入加热至800～1000℃的马弗炉中均匀化退火2～10h后水冷/空冷以消除成分偏析和稳定组织，最后获得铸态fe-mn-ge-re试样。

技术总结
本发明属于生物医用金属技术领域，特别涉及一种胆肠吻合器用的可降解含稀土铁基医用材料的制备方法，可降解含稀土铁基医用材料按质量百分比计，包括如下成分：Mn：30～40％，Ge：3～10％，RE，0.02～1％，余量为Fe。本发明的有益效果为：具有更高的力学性能、与伤口愈合更贴合的降解速率、更优异的血液相容性、细胞相容性和抗菌性能，有望成为潜在的可降解生物医用材料。用材料。用材料。


技术研发人员：童先 林继兴 孙学成 王坤 史子木
受保护的技术使用者：温州医科大学附属第一医院
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/28