一種人體可降解的耐蝕高強韌Zn‐Fe系鋅合金及其應用技術領域本發(fā)明涉及一種人體可降解的耐蝕高強韌Zn-Fe系鋅合金，屬于醫(yī)用植入材料技術領域。

背景技術：
鋅離子是人體必需的營養(yǎng)元素，參與人體很多的新陳代謝活動。美國臨床創(chuàng)新機構（ACI）推薦人體每天必需攝入2.5到6.4毫克的鋅，成年人每天攝入大約300毫克鋅才可能會有一定毒性反應。一枚鋅基可降解骨釘每天釋放的鋅大約為0.2~0.3毫克，即使這些鋅離子全部釋放到血管里，也遠遠低于人體必需的攝入量。也就是說，鋅基可降解骨科植入器械降解釋放的鋅離子不會引起全身毒性。研究還發(fā)現，鋅離子在人體組織中的運輸非常迅速，因此鋅基可降解骨科植入器械附近不會出現鋅富集、細胞毒性或壞死。鋅離子在人體內的功能很多，對人體非常重要，其中很重要的一個功能就是促進骨組織生長。研究人員發(fā)現由于鋅離子可以激活成骨細胞中的氨酰tRNA合成酶，并可有效抑制破骨細胞的分化與生長，因此鋅離子的存在不僅促進了骨鈣鹽含量的增加，還有利于骨膠原蛋白含量的提高，這說明鋅離子有直接的促成骨功能。另外，研究還發(fā)現鋅離子促進軟骨低聚基質蛋白與膠原的結合，是軟骨成長與再生的催化元素。傳統的血管支架一般采用不可降解的金屬制成，其缺點是金屬不可降解、無法取出，滯留在血管內容易引發(fā)晚期血栓。大量的臨床病例證實病人植入這類支架1～5年后血栓形成率高達3%～9%，血栓形成后死亡率高達30%。骨釘和骨板是常用的固定骨折和韌帶損傷的醫(yī)療植入器械，傳統骨釘和骨板由不可降解的金屬無法取出，必須進行二次手術，對患者帶來極大的創(chuàng)傷。同時，傳統金屬材料強度過高，容易帶來應力屏蔽，導致受傷的骨組織難以再生和愈合。人體內可降解醫(yī)用材料正在成為研究和開發(fā)的重點，其中可降解高分子材料、純鐵及鐵基合金、純鎂及鎂基合金是近年研究最為深入的材料。可降解高分子材料強度過低，在臨床使用過程中經常會發(fā)生斷裂事故，臨床適用性收到極大限制。純鐵及鐵基合金的強度和韌性遠高于高分子材料，但鐵的降解速度太慢，完全降解時間可能長達數年。更為嚴重的是，鐵降解過程中生成的鐵銹狀物質體積膨脹了數倍，并有明顯的遷移趨勢。純鎂及鎂基合金的降解產物無毒、可降解，但其耐蝕性非常差，在人體內很快就會被降解，無法提供足夠的力學支撐時間。純鋅及其合金也是一種人體環(huán)境下可降解的材料，但應用在醫(yī)用材料方面仍然存在力學強度低、降解速率不可控的缺點，目前都是通過向其添加其它物質來達到改善力學性能和調控降解速率，如申請?zhí)?01310756776.1公開的鋅中添加Ce、Mg、Cu、Ca，但該申請制備的鋅合金材料塑性較低，而目前還未發(fā)現將價格低廉的鐵作為鋅的添加材料，作為生物醫(yī)用材料來使用。

技術實現要素：
本發(fā)明的目的是針對現有醫(yī)用植入材料存在的不足，提供一種添加材料成本低，強度高、塑性好，降解速率可控，同時可被人體降解的Zn-Fe系鋅合金及其應用。本發(fā)明提供一種人體可降解的耐蝕高強韌Zn-Fe系鋅合金，所述的鋅合金中包括Zn和Fe元素；其中Zn元素的質量百分含量為：90～99.998%，Fe元素的質量百分含量為：0.002～10%。基于以上合金材料的組成，為了優(yōu)化力學性能和生物腐蝕性能，我們對鋅合金材料優(yōu)化為鋅合金中Zn元素的質量百分含量為：92～99.995%，Fe元素的質量百分數為0.005～8%。更優(yōu)選地，所述的鋅合金中還包括微量元素，所述微量元素為Mg、Ca、Sr、Li、Si、Mn和稀土元素中至少一種，所述微量元素與Zn元素的質量比為0～0.056：1?；谝陨虾辖鸩牧系慕M成，為了優(yōu)化力學性能和生物腐蝕性能，我們對合金材料進一步優(yōu)化為，所述鋅合金中微量元素與Zn元素的質量比為0～0.023：1。上述發(fā)明所制備的人體可降解的耐蝕高強韌Zn-Fe系鋅合金，使用本領域常規(guī)的方法制備成可降解醫(yī)療植入體。因此，本發(fā)明還提供一種人體可降解的耐蝕高強韌Zn-Fe系鋅合金在制備可降解醫(yī)療器械材料中的應用。優(yōu)選地，所述可降解醫(yī)療器械為植入支架、骨科植入器械、齒科植入器械、手術縫合線或吻合器。其中植入支架包括血管支架、氣管支架、尿道支架、食道支架、腸道支架或膽道支架；骨科植入器械包括固定螺絲、固定鉚釘、骨板、骨套、髓內針或骨組織修復支架；吻合器包括腸道吻合器、血管吻合器或神經吻合器。本發(fā)明具有如下有益效果：1、添加材料成本低廉，制備的合金材料各成分降解產物可被人體代謝降解；2、耐蝕性遠高于鎂合金，降解速率可控；3、合金材料強度和韌性好。鐵元素在室溫和高溫下具有固溶強化和沉淀強化的雙重作用，能與Zn形成多種穩(wěn)定的金屬間化合物、起到強化作用，并有細化晶粒、提高塑性的效果，提高了合金材料強度和韌性。附圖說明圖1為本發(fā)明合金在動物體內降解顯微結構示意圖。具體實施方式下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。由于生物環(huán)境和功能需求的差異，不同的可降解植入器械對降解速度的要求是不一樣的。鋅的的腐蝕電位是-0.76V，鐵的腐蝕電位是-0.44V，因此鐵作為合金元素加入鋅中可同時產生兩種相反的效果，第一種效果是鐵元素固溶到基體鋅中，鋅的腐蝕電位降低、耐蝕性增強、降解速度降低；第二種效果是鐵元素與鋅元素生成顆粒狀化合物，與基體鋅形成微電池、耐蝕性下降、降解速度升高。通過調節(jié)鐵的含量，可以達到控制鋅合金的降解速度使其適于醫(yī)用植入材料的要求。實施例1本發(fā)明的一種人體可降解的耐蝕高強韌Zn-Fe系鋅合金，其元素組成及質量百分比為：Zn90%，Fe10%。實施例2本發(fā)明的一種人體可降解的耐蝕高強韌Zn-Fe系鋅合金，其元素組成及質量百分比為：Zn99.998%，Fe0.002%。實施例3本發(fā)明的一種人體可降解的耐蝕高強韌Zn-Fe系鋅合金，其元素組成及質量百分比為：Zn99.975%，Fe0.01%，Mg0.015%。實施例4本發(fā)明的一種人體可降解的耐蝕高強韌Zn-Fe系鋅合金，其元素組成及質量百分比為：Zn98%，Fe1%，Mg1%實施例5本發(fā)明的一種人體可降解的耐蝕高強韌Zn-Fe系鋅合金，其元素組成及質量百分比為：Zn97.5%，Fe2%，Ce0.5%。實施例6以實施例1～5中元素組成使用本領域常規(guī)方法制得的Zn-Fe系鋅合金，進行模擬人體體液浸泡試驗，測試Zn-Fe系鋅合金降解速率實驗測試結果如表一：表一本實施例依據ASTM-G31-72標準測試方法對鋅基Zn-Fe系合金的體外降解機理與降解性能進行了研究，37攝氏度的模擬人體體液模擬人體體液環(huán)境，發(fā)現在這種環(huán)境中，Zn-Fe系鋅合金的降解速度緩慢且可控。實施例7以實施例1～5中元素組成使用本領域常規(guī)方法制得的Zn-Fe系鋅合金進行拉伸強度試驗，結果如表二所示。表二本實施例根據GB/T228.1-2010測試標準，對Zn-Fe系鋅合金實施例1～5進行拉伸力學性能測試，結果如表二所示。發(fā)現Zn-Fe系鋅合金屈服強度最高可達380MPa，斷裂延伸率高達28%，這是由于鐵與鋅生成彌散分布的細小化合物顆粒，達到細化晶粒的效果，而加入的微量元素進一步改善材料力學性能。實施例8以實施例1～5中元素組成使用本領域常規(guī)方法制得的Zn-Fe系鋅合金，進行體外細胞毒性測試。本實施例根據GB/T16886.5-2003對鋅合金進行了體外細胞毒性測試，將成纖維細胞L-929培養(yǎng)在鋅合金降解產物的提取液里，測量24小時和72小時的細胞活性，并與培養(yǎng)在常規(guī)培養(yǎng)液的細胞活性作對比，發(fā)現培養(yǎng)在鋅合金降解產物提取液里的細胞活性均高于90%，且細胞形貌非常健康，因此可以認為鋅合金降解產物對細胞活性沒有影響，細胞對鋅合金降解產物沒有毒性反應。實施例9以實施例3中制得的Zn-Fe系鋅合金，進行體內植入測試。將實施例3制備的Zn-Fe系鋅合金制成細絲植入新西蘭白兔腹主動脈中12個月，如圖1所示，圖中亮區(qū)為合金絲橫截面，緊貼合金絲的灰色區(qū)域即為降解產物，黑色區(qū)域為固定樣品用的樹脂材料。研究發(fā)現合金絲在降解后沒有發(fā)現任何膨脹和遷移的情況，其降解產物仍維持原來的形狀，沒有發(fā)現掉落顆粒、碎片的現象。同時對實施例4和5制備的Zn-Fe系鋅合金同樣進行體內植入測試，得到的顯微圖像與以實施例3的Zn-Fe系鋅合金相似。以上內容是結合具體的實施方式對本發(fā)明所做的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。