具有增加的降解速率的FE-MN可吸收植入式合金的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年10月6日提交的美国临时申请号62/569,228的优先权的权益，该美国临时申请的内容在此通过引用并入。

本发明涉及可生物降解的fe-mn合金

背景技术：

已针对可吸收的金属植入物的制造评价了具有或不具有其它合金化元素的基于铁、镁或锌的金属。可吸收的金属植入物被设计成由于在一段时间内发生的腐蚀反应而在体内降解。降解产物应被转运和消除而在体内没有局部或全身性积累。植入物降解速率必须与在指定时间范围内实现功能性所需的机械完整性水平相平衡。

可吸收的fe-mn合金已针对心血管应用被广泛研究多年。liu和zheng的研究(actabiomaterial,7,1407-1420(2011))调查了接近于纯铁的二元合金fes的降解速率，表明与fe-mn合金相比没有改进。liu和zheng研究的fes二元合金不含mn。其它研究已确定，需要最少25％的锰添加以提供完全非磁性微观结构(hermawan,h.,metallicbiodegradablecoronarystent:materialsdevelopmentinbiodegradablemetalsfromconcepttoapplications，第4章，springer，43-44(2012))。非磁性植入物微观结构对于允许患者暴露于磁共振成像(mri)程序是必要的。

轻质心血管支架通常由无缝管制成，所述无缝管被机械加工或激光切割以包括复杂的管壁图案。支架的外径通常<2.0mm，并且通常通过导管插入小动脉或大动脉中(hermawan,h.,biodegradablemetalsforcardiovascularapplications,inbiodegradablemetalsfromconcepttoapplications，第3章，springer，23-24(2012))。然而，对于中等大小的金属医疗植入物(诸如板、螺钉、钉、骨锚等)来说，fe-mn可吸收合金的降解速率太慢。中等大小的医疗植入物被定义为超过心血管或神经支架质量的植入物。

因此，需要具有期望的可降解速率的可生物降解的fe-mn合金。

技术实现要素：

本发明的一个方面涉及适用于医疗植入物中的可生物降解的合金，其包含至少50重量％的铁、至少25重量％的锰以及至少0.01重量％的硫和/或硒，其中所述生物可降解的合金是非磁性的。

在一些实施方案中，可生物降解的合金基本上不含铬。

在一些实施方案中，可生物降解的合金基本上不含镍。

在一些实施方案中，硫和锰形成硫化锰次生相。

在一些实施方案中，硒和锰形成硒化锰次生相。

在一些实施方案中，将硫或硒均匀地分散于可生物降解的合金中。

在一些实施方案中，可生物降解的合金包含至少60重量％的铁。

在一些实施方案中，可生物降解的合金包含至少30重量％的锰。

在一些实施方案中，可生物降解的合金是锻制产品、铸造产品或粉末冶金产品的形式。

在一些实施方案中，可生物降解的合金在生理条件下具有约0.155至3.1mg/cm²的降解速率。

在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至0.35重量％的硫和/或硒。

在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至0.20重量％的硫和/或硒。

在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.02重量％至0.10重量％的硫和/或硒。

本发明的另一方面涉及包括本文所公开的可生物降解的合金的可植入医疗装置。在一些实施方案中，可植入医疗装置选自由以下组成的组：骨螺钉、骨锚、组织钉、颅颌面重建板、外科网、紧固件(例如，外科紧固件)、重建牙科植入物和支架。

本发明的另一方面涉及生产具有期望的降解速率的可生物降解的合金的方法，该方法包括：(a)将包含硫和/或硒的组合物添加至熔融混合物中以生产可生物降解的合金，其中所述熔融混合物具有至少50重量％的铁和至少25重量％的锰，并且其中所述可生物降解的合金包含至少0.01重量％的硫和/或硒，以及(b)冷却所述可生物降解的合金。

在一些实施方案中，可生物降解的合金基本上不含铬。

在一些实施方案中，可生物降解的合金基本上不含镍。

在一些实施方案中，以百万分之100至3500添加硫和/或硒。

在一些实施方案中，包含硫的组合物是硫化铁(ii)。

在一些实施方案中，包含硒的组合物是硒化铁(ii)。

在一些实施方案中，将硫或硒均匀地分散于可生物降解的合金中。

在一些实施方案中，可生物降解的合金包含至少60重量％的铁。

在一些实施方案中，可生物降解的合金包含至少30重量％的锰。

在一些实施方案中，熔融混合物基本上不含硅。

在一些实施方案中，熔融混合物基本上不含铝。

在一些实施方案中，熔融混合物基本上不含氧。

在一些实施方案中，所述方法进一步包括将碱性熔渣添加至熔融混合物中，由此将氧从熔融混合物中去除至碱性熔渣中。在一些实施方案中，碱性熔渣包含至少为2的氧化钙与二氧化硅的比率。

在一些实施方案中，将可生物降解的合金以30℃/分钟至60℃/分钟的速率冷却。

在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至0.35重量％的硫和/或硒。

在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至0.20重量％的硫和/或硒。

在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.02重量％至0.10重量％的硫和/或硒。

本发明的再一方面涉及生产具有期望的降解速率的可生物降解的合金的方法，该方法包括将百万分之100至3500的硫添加至具有至少50重量％的铁和至少25重量％的锰的熔融混合物中，由此生产具有至少0.01重量％的硫的可生物降解的合金。

附图说明

图1是描绘锻制产品形式的伸长mns次生相的示意图。

图2是描绘铸造或粉末产品形式的球状mns次生相的示意图。

具体实施方式

本发明尤其基于已证明在钢中形成硫化锰沉淀物会增加腐蚀速率的发现。还显示硫化锰(ii)(mns)沉淀物比周围的钢合金更具化学活性。在一些实施方案中，当通过拉延成伸长形式(诸如棒、管或线)来冷加工fe-mn钢时，mns沉淀物破裂并在所述形式内留下空隙，由此产生另外的腐蚀表面。腐蚀是可生物降解植入物的主要降解机理，并且增加的腐蚀速率等同于可生物降解植入物的较快降解特征。

本发明的目的是通过向合金中添加硫(s)或硒(se)来增加可吸收的fe-mn合金的降解速率。在一些实施方案中，在fe-mn合金中有意添加的硫或硒的量可类似于添加至易切削不锈钢的硫或硒的量。例如，如本文所公开的易切削的非可植入型303不锈钢、非可吸收植入物质量型316l和fe-mn可吸收植入物合金中的硫或硒的相对量示于表1中。

表1.合金中的硫和硒含量

在一个方面，本公开提供了适用于医疗植入物中的可生物降解的合金，其包含至少50重量％的铁、至少25重量％的锰以及至少0.01重量％的硫和/或硒，其中所述生物可降解的合金是非磁性的。硫或硒可均匀地分散于可生物降解的合金中。

可生物降解的合金可能含有或可能不含有碳、氮、磷、硅或通常与fe-mn合金缔合的痕量元素。在一些实施方案中，可生物降解的合金基本上不含铬。在一些实施方案中，可生物降解的合金基本上不含镍。在提及可生物降解合金中元素的存在时，如本文所用的术语“基本上不含”意指该元素在可生物降解合金中的浓度不超过0.2重量％、不超过0.1重量％或不超过0.05重量％。

在一些实施方案中，生物可降解的合金包含至少55重量％的铁，例如，至少60重量％的铁、至少65重量％的铁或至少70重量％的铁。在一些实施方案中，生物可降解的合金包含50重量％至70重量％的铁，例如，50重量％至60重量％的铁、55重量％至60重量％的铁、55重量％至70重量％的铁或60重量％至70重量％的铁。

在一些实施方案中，生物可降解的合金包含至少28重量％的锰，例如，至少30重量％的锰、至少35重量％的锰、至少40重量％的锰或至少45重量％的锰。在一些实施方案中，生物可降解的合金包含25重量％至45重量％的锰，例如，25重量％至40重量％的锰、25重量％至35重量％的锰、30重量％至45重量％的锰或35重量％至45重量％的锰。

在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至2.0重量％的硫。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至1.5重量％的硫。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至1.2重量％的硫。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至1.0重量％的硫。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至0.35重量％的硫。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至0.30重量％的硫。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至0.20重量％的硫。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至0.15重量％的硫。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.02重量％至0.10重量％的硫。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.10重量％至0.35重量％的硫。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.15重量％至0.35重量％的硫。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.20重量％至0.35重量％的硫。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.5重量％至2.0重量％的硫。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.5重量％至1.5重量％的硫。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.5重量％至1.2重量％的硫。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.5重量％至1.0重量％的硫。

在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至2.0重量％的硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至1.5重量％的硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至1.2重量％的硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至1.0重量％的硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至0.35重量％的硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至0.30重量％的硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至0.20重量％的硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至0.15重量％的硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.02重量％至0.10重量％的硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.10重量％至0.35重量％的硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.15重量％至0.35重量％的硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.20重量％至0.35重量％的硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.5重量％至2.0重量％的硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.5重量％至1.5重量％的硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.5重量％至1.2重量％的硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.5重量％至1.0重量％的硒。

在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至2.0重量％的硫和硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至1.5重量％的硫和硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至1.2重量％的硫和硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至1.0重量％的硫和硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至0.35重量％的硫和硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至0.30重量％的硫和硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至0.20重量％的硫和硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.01重量％至0.15重量％的硫和硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.02重量％至0.10重量％的硫和硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.10重量％至0.35重量％的硫和硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.15重量％至0.35重量％的硫和硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.20重量％至0.35重量％的硫和硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.5重量％至2.0重量％的硫和硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.5重量％至1.5重量％的硫和硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.5重量％至1.2重量％的硫和硒。在一些实施方案中，可生物降解的合金包含0.5重量％至1.0重量％的硫和硒。硫与硒的重量比可在99:1至1:99的范围内。例如，硫与硒的重量比可在99:1至75:1、99:1至50:1或90:1至50:1的范围内。

在一些实施方案中，可生物降解的合金包含50重量％至70重量％的铁、25重量％至35％重量的锰和0.01重量％至0.35重量％的硫。

在一些实施方案中，可生物降解的合金包含50重量％至70重量％的铁、25重量％至35％重量的锰和0.01重量％至0.35重量％的硒。

在一些实施方案中，可生物降解的合金包含50重量％至70重量％的铁、25重量％至35％重量的锰和0.01重量％至0.35重量％的硫和硒。硫与硒的重量比可在1:99至99:1的范围内。例如，硫与硒的重量比可在99:1至75:1、99:1至50:1或90:1至50:1的范围内。

取决于硫和/或硒的浓度，可生物降解的合金的降解速率在生理条件下可在每天约0.155至3.1mg/cm²的范围内。在一些实施方案中，生物可降解的合金的降解速率在生理条件下可在每天约0.2至3.0mg/cm²的范围内。在一些实施方案中，生物可降解的合金的降解速率在生理条件下可在每天约0.2至2.5mg/cm²的范围内。在一些实施方案中，生物可降解的合金的降解速率在生理条件下可在每天约1.0至3.1mg/cm²的范围内。可生物降解的合金的降解速率还可以是为每天至少0.3mg/cm²、每天至少0.4mg/cm²、每天至少0.5mg/cm²、每天至少1.0mg/cm²、每天至少1.5mg/cm²、每天至少2.0mg/cm²或每天至少2.5mg/cm²。

在一些实施方案中，术语“生理条件”是指20-40℃的温度范围、1的大气压力、6-8的ph、1-20mm的葡萄糖浓度、大气氧浓度和地球重力。因此，本公开提供了一系列具有受控硫或硒含量的完全或部分致密的fe-mn合金，以确立植入物降解速率的限定范围。可取决于应用设计具有改进的机械加工性和可预测的降解速率的小大小和中等大小的fe-mn可吸收植入物。

可生物降解的合金可以是锻制产品、铸造产品或粉末冶金产品的形式。

向fe-mn合金中添加硫在微观结构中形成mns次生相。类似地，向fe-mn合金中添加硒在微观结构中形成mnse次生相。可通过锻热、温和或环境温度的金属加工操作(诸如但不限于压制、锻造、轧制、挤出、型锻和拉延)将含有mnx(x＝s或se)次生相的锻制fe-mn合金加工成半成品形式。所有这些锻制金属加工操作均会减小横截面积，并在纵向方向上产生伸长的mnx次生相，称为纵梁。伸长的mnx纵梁形态示于图1中。当与本体基质的腐蚀速率比较时，mnx次生相在大量化学溶液中提供增强的机械加工性以及增加的点蚀和裂隙腐蚀反应。取决于植入物的应用，可将锻制产品形式加工和机械加工成fe-mn可吸收的医疗装置。取决于应用，可对锻制的半成品形式进行机械加工、清洁、钝化、灭菌和包装以生产成品植入装置。

熔模铸造可用于产生具有mnx次生相的fe-mn铸件形状。铸件可能含有内部缺陷、大的晶粒大小和化学偏析，这些通常可能对机械性质和磁响应具有有害作用。诸如热等静压制的二次操作可用于改进铸态性质。当与浇铸技术比较时，前述锻制金属加工实践能够提供更少的内部缺陷、更小的晶粒大小和改进的机械性质。

含有硫添加物的特种熔融或常规熔融的fe-mn可吸收合金棒或坯材可用作起始坯料(称为电极)，以生产粉末冶金合金。通常通过剥离、无心研磨、抛光或其它金属去除工艺来修整电极表面，以消除浅表缺陷。水雾化、氩气或氦气雾化、等离子体旋转电极工艺(prep)或其它粉末制造方法可用于产生fe-mn合金化粉末。粉末冶金制造途径可用于fe-mn粉末颗粒，所述fe-mn粉末颗粒可通过金属注射模制(mim)、冷等静压制、热等静压制或其它众所周知的粉末固结技术固结成简单形状、近净形状或净形状。如本文所用的术语“简单形状”是指需要大量机械加工以满足精加工零件拉延(finishpartdrawing)的产品形式。如本文所用的术语“净形”是指需要适量的机械加工以满足精加工零件拉延的半成品形式。如本文所用的术语“净形”是指需要最少量的机械加工以满足精加工零件拉延的半成品形式。可取决于应用调整粉末固结参数以提供完全致密化或部分致密化的半成品形式。可对粉末固结的半成品形式进行精机械加工、清洁、钝化、灭菌(任选)和包装以生产成品植入装置。

主要优点在于粉末冶金可吸收植入装置由于小的粉末粒径和粉末加工步骤而含有精细的球状mnx次生相。这避免了与锻制金属加工操作相关的典型纵梁或伸长mnx形态。粉末冶金方法能够提供表现出细晶粒球状mnx形态的固结粉末产品，这有利于良好的机械加工性和可预测的腐蚀响应。图2是粉末冶金产品形式的球状mnx形态的图示。

如本领域技术人员将容易认识到的，存在各种各样的可使用本文所公开的合金制成的可植入医疗装置。可生物降解的合金可用于生产可植入医疗装置，包括但不限于骨螺钉、骨锚、组织钉、颅颌面重建板、外科网、紧固件(例如，外科紧固件)、重建牙科植入物或支架。在某些实施方案中，可植入医疗装置是骨锚(例如，用于修复分离的骨段)。在其它实施方案中，可植入医疗装置是骨螺钉(例如，用于紧固骨折的骨段)。在其它实施方案中，可植入医疗装置是骨固定装置(例如，用于大骨)。在其它实施方案中，可植入医疗装置是用于紧固组织的钉。在其它实施方案中，可植入医疗装置是颅颌面重建板或紧固件。在其它实施方案中，可植入医疗装置是外科网(surgicalmesh)。在其它实施方案中，可植入医疗装置是牙科植入物(例如，重建牙科植入物)。在其它实施方案中，可植入医疗装置是支架(例如，用于在动物机体的器官中维持开口的内腔)。

在一些实施方案中，可植入医疗装置被设计用于植入人体内。在其它实施方案中，可植入医疗装置被设计用于植入宠物(例如狗、猫)中。在其它实施方案中，可植入医疗装置被设计用于植入农场动物(例如，奶牛、马、绵羊、猪等)中。在其它实施方案中，可植入医疗装置被设计用于植入动物园动物内。

通常期望将生物活性剂(例如药物)掺入可植入医疗装置上。例如，美国专利号6,649,631要求保护用于促进骨生长的药物，该药物可与骨科植入物一起使用。可将生物活性剂直接并入本发明的可植入医疗装置的表面上。例如，可将试剂与聚合物涂层(诸如美国专利号6,368,356的水凝胶)混合，并且可将聚合物涂层施加至装置的表面。或者，可将生物活性剂加载至医疗装置中充当贮库的腔或孔中，使得试剂随时间缓慢释放。孔可在医疗装置的表面上，允许药物、或允许用于制造医疗装置的合金的总体结构的一部分相对快速地释放，使得生物活性剂在装置的大部分或全部可用寿命期间逐渐释放。生物活性剂可以是例如可用于增强愈合过程的肽、核酸、激素、化学药物或其它生物剂。

在一个方面，本公开提供容纳本发明的可植入医疗装置的容器。在一些实施方案中，容器是包装容器，诸如盒(例如，用于储存、销售或运输装置的盒)。在一些实施方案中，容器进一步包括说明书(例如，关于将可植入医疗装置用于医疗程序)。

在另一方面，本公开提供了以期望的降解速率生产可生物降解的合金的方法，该方法包括：(a)将包含硫和/或硒的组合物添加至熔融混合物中以生产可生物降解的合金，其中所述熔融混合物具有至少50重量％的铁和至少25重量％的锰，并且其中所述可生物降解的合金包含至少0.01重量％的硫和/或硒，以及(b)冷却所述可生物降解的合金。

可通过改变可生物降解的合金中硫和/或硒的浓度来控制可生物降解的合金的降解速率。硫和/或硒的浓度越高，降解速率越快。在一些实施方案中，以百万分之100至6000(ppm)添加硫和/或硒。例如，可以300至3000ppm添加硫和/或硒。

在一些实施方案中，包含硫的组合物是s、硫化铁(ii)、fes2、fe2s3或mns。在一些实施方案中，包含硒的组合物是se、硒化铁(ii)、fese2、fe2se3或mnse。

还可通过改变mnx夹杂物(inclusion)的大小、形状和/或分散度来控制可生物降解合金的降解速率。较细、较分散的夹杂物将产生较均一且较快的降解。而较大的夹杂物将产生较慢且较不均一的腐蚀。取决于植入装置的目的，这两种情况都可能适当。因此，期望控制夹杂物大小以使可吸收合金的通用性最大化。mnx夹杂物还可以采取从球形或球状到棒状和角状的多种形态。在一些实施方案中，mnx夹杂物具有球状形态。球形/球状mnx夹杂物产生分散、均一的降解。角状的或伸长的mnx夹杂物可具有更大的表面积和更快的降解，但它们可由于不规则的降解而引起早期植入物失效。因此，在一些应用中，球形/球状mnx夹杂物是更期望的。

还可通过在形成生物可降解合金之前控制溶解氧在钢熔体中的聚集来控制生物可降解合金的降解速率。钢熔体中较低的溶解氧水平导致更呈球状的mnx形状。在一些实施方案中，在钢熔体中溶解氧小于150ppm时将形成球状夹杂物。在一些实施方案中，熔融混合物基本上不含氧。

还可通过在形成生物可降解合金之前控制向钢熔体中添加铝来控制生物可降解合金的降解速率。铝影响夹杂物的形状。向钢熔体中添加铝使mnx夹杂物在随后的加工期间变得更长、更有棱角且更容易变形。较高的铝浓度会产生更大、更不规则的夹杂物。在一些实施方案中，熔融混合物基本不含铝。

还可通过控制可生物降解的合金中硅的浓度来控制可生物降解的合金的降解速率。增加的硅浓度增加了mnx夹杂物的长宽比，由此以更不规则的方式增加了表面积和降解速率。在一些实施方案中，熔融混合物基本上不含硅。在一些实施方案中，低硅、低氧、低铝的钢合金可产生直径大约为1微米至20微米(例如，直径为1微米至15微米、直径为1微米至10微米或直径为4微米至10微米)的球状夹杂物。在一些实施方案中，低硅、低氧、低铝的钢合金可产生直径大约为1微米、直径为2微米、直径为3微米、直径为4微米或直径为5微米的球状夹杂物。

还可通过控制熔体冷却时间来控制可生物降解的合金的降解速度。熔体冷却时间也对mnx夹杂物的大小和形态有影响。快速冷却的熔体产生更小且更分散的球状mnx夹杂物。用于制备可生物降解的合金的冷却速率取决于熔融温度、浸泡时间和锭料大小，而这些将取决于所采用的熔化方法而变化。在一些实施方案中，可将可生物降解的合金以10℃/分钟至60℃/分钟(例如，10℃/分钟至60℃/分钟、20℃/分钟至60℃/分钟、20℃/分钟至50℃/分钟、或30℃/分钟至50℃/分钟)的速率冷却。通过在水中淬灭，热加工后的冷却可比60℃/分钟快得多。

可通过本领域已知的技术控制钢熔体中铝、硅和氧的浓度。可通过控制原材料的质量和在后续电渣重熔(esr)加工期间使用的熔渣的组成来控制铝和硅的浓度。在真空或惰性气体下在感应炉中合金的初步熔化降低了溶解于熔体中的大气气体的水平。氧可从熔体中去除并进入具有高碱性熔渣的熔渣中，所述炉渣含有至少为2的氧化钙(cao)与二氧化硅(sio2)之比且具有非常低的氧化铝(al2o3)与cao之比。

本发明的再一方面涉及生产具有期望的降解速率的可生物降解的合金的方法，该方法包括将百万分之100至3500的硫添加至具有至少50重量％的铁和至少25重量％的锰的熔融混合物中，由此生产具有至少0.01重量％的硫的可生物降解的合金。

本发明的细节陈述于以下伴随描述中。虽然与本文所述的方法和材料类似或等同的方法和材料可用于实施或测试本发明，但现在描述说明性的方法和材料。根据说明书并且根据权利要求书将显而易见本发明的其它特征、目标和优点。在说明书和所附权利要求书中，除非上下文另有明确规定，否则单数形式也包括复数。除非另外定义，否则本文使用的所有技术术语和科学术语的含义都与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同。本说明书中所引用的所有专利和出版物均通过引用整体并入本文。

定义

如本文所用的术语“包含”与“包括”或“含有”同义，并且是包含性的或开放式的，并且不排除另外的未叙述的构件、元件或方法步骤。“由……组成”意指包括且限于短语“由……组成”之后的任何内容。因此，短语“由……组成”指示所列要素是必需的或强制性的，并且不可存在其它要素。“基本上由……组成”是指包括在短语之后列出的任何要素，并且限于不干扰或有助于本公开中对所列要素指定的活性或作用的其它要素。因此，短语“基本上由……组成”指示所列要素是必需的或强制性的，但其它要素是任选的，并且可存在或可不存在，这取决于它们是否实质上影响所列要素的活性或作用。

冠词“一(a)”和“一(an)”在本公开中用于指冠词的一个或超过一个(即，至少一个)语法对象。举例来说，“要素”意指一个要素或超过一个要素。

除非另有说明，否则用于本公开中的术语“和/或”意指“和”或“或”。

术语“约”意指在给定值或范围的±10％内。

如本文所用的术语“可生物降解的”、“可生物吸收的”和“可生物再吸收的”都是指能够在生理环境中，即在机体内或机体组织内，诸如通过生物过程(包括再吸收和吸收)，以化学方式分解的材料。该化学分解过程通常会导致材料和/或器具在数周至数月(诸如例如18个月或更少、24个月或更少、或36个月或更少)的时期内完全降解。该速率与更“抗降解”或永久的材料和/或器具形成对比，诸如由镍-钛合金(“ni-ti”)或不锈钢构造的那些，其在体内保持结构完整，持续超过至少36个月的时期，并且可能贯穿于接受者的整个寿命。本文所用的可生物降解的金属包括营养金属，例如，诸如铁和锰的金属。这些营养金属和金属合金在哺乳动物体内具有生物学效用，并且被生物学途径使用或吸收。

实施例

通过以下实施例和合成实施例进一步说明本公开，这些实施例和合成实施例不应被解释为将本公开在范围或精神上限制于本文所述的具体程序。应当理解，提供实施例是为了说明某些实施方案，并不意在由此限制本公开的范围。应当进一步理解，在不脱离本公开的精神和/或所附权利要求的范围的情况下，可能不得不采取本领域技术人员可想到的各种其它实施方案、修改和其等同物。

实施例1

将含有28.3％锰、0.08％碳、0.0006％氮、<0.01％硅、<0.005％磷、0.0057％硫和余量铁的fe-mn合金在真空感应炉中熔化成电极，用于在电渣重熔(esr)炉中进行二次熔化。在esr之后测得硫含量为0.0012％。将所得锭料镦锻并热轧至中间大小，并且冷轧至0.094英寸厚的厚度。当在纵向取向上检查微观结构时，锻制产品形式含有伸长的mns次生相。

实施例2

将含有大于>0.15％硫的fe-28mn组合物真空感应熔融并浇铸至含有多个成形腔的陶瓷熔模模具中。在凝固后，去除陶瓷铸壳，通过喷砂清洁铸件，并且将铸件热等静压制以消除内部孔隙。当在横向取向和纵向取向两个方向上检查微观结构时，铸件含有球状mns次生相。

实施例3

将一定量的来自实施例1的fe-28mn合金感应熔融并转移至水雾化器中用于产生不规则金属粉末。水雾化粉末被分级以提供期望的粒径分布，并且在通过金属注射模制(mim)固结之前添加聚合物粘合剂。将如此固结的mim产品形式加热至中间温度以去除粘合剂。当在横向取向和纵向取向两个方向上检查微观结构时，mim产物形式含有球状mns次生相。

实施例4

不特意将硫添加至含有28％锰、0.2％铌、0.08％碳、余量铁的fe-mn合金的真空感应熔体中。将锭料均质化，热加工并除垢。从锭料上切割矩形件，清洁，测量尺寸，对样本称重，并且在添加碳酸氢钠的汉克斯氏平衡盐溶液(hank’sbalancedsaltsolution)中，在37℃下，在7.4±0.2的ph下，进行14-15天的腐蚀测试。对样本重新称重并获得1.3928毫克/平方英寸/天的腐蚀速率计算值。

实施例5

将硫添加至含有28％锰、0.2％铌、0.08％碳、余量铁的fe-mn合金的真空感应熔体中。凝固锭料中测得的硫含量为400ppm。将锭料均质化，热加工并除垢。从锭料上切割矩形件，清洁，测量尺寸，对样本称重，并且在添加碳酸氢钠的汉克斯氏平衡盐溶液中，在37℃下，在7.4±0.2的ph下，进行14-15天的腐蚀测试。对样本重新称重并获得3.8142毫克/平方英寸/天的腐蚀速率计算值。

实施例6

将硫添加至含有28％锰、0.2％铌、0.08％碳、余量铁的fe-mn合金的真空感应熔体中。凝固锭料中测得的硫含量为520ppm。将锭料均质化，热加工并除垢。从锭料上切割矩形件，清洁，测量尺寸，对样本称重，并且在添加碳酸氢钠的汉克斯氏平衡盐溶液中，在37℃下，在7.4±0.2的ph下，进行14-15天的腐蚀测试。对样本重新称重并获得6.7569毫克/平方英寸/天的腐蚀速率计算值。

实施例7

我们通过向铁和28％锰的可生物降解合金中添加百万分之400(ppm)和520ppm硫来评价腐蚀速率。将腐蚀速率与不添加硫的相同合金进行了比较。

在两周时段内，添加了400ppm硫的样品的腐蚀速率增加了2.9倍，而添加了520ppm硫的样品的腐蚀速率增加了4.8倍。

硫化铁(ii)(fes)在熔体内自发转化为mns，吉布斯自由能的变化为δfg＝-118.0kjk^-1mol^-1(千焦耳每开氏度·摩尔)。我们研究了有意向含有28％锰的可生物降解的钢中添加fes以在钢结构内形成mns沉淀物对腐蚀速率的作用。

方法：将bio4可生物降解钢(28％mn、0.2％nb、0.08％c、余量的铁)的锭料熔化，其中以fes形式添加500ppm和2,500ppm添加的硫。将锭料熔化，均质化并热加工(热锻和热轧)。将锭料的样品与来自未添加fes的bio4锭料的切片进行比较。在最终的锭料中测得硫水平。

样品的制作：在有250微米的氩分压的真空下感应熔化锭料。以fes形式添加硫化物，以防止硫化物在熔化期间损失。在真空下将锭料均质化，并通过锻造和热轧进行热加工。通过使用金刚石冶金锯从切片切割矩形件，通过用2400粗砂纸打磨修整并且电抛光以产生光滑表面，制备每个热加工锭料的样品用于腐蚀测试。对样品进行测量，精确到0.001英寸，并根据测量值计算表面积。对样品进行称重，精确至0.1mg。

腐蚀测试：将样品在添加碳酸氢钠的汉克斯氏平衡盐溶液(sigmah9269-1l)中在37℃的温度和7.4±0.2的ph下浸渍14-15天。通过调节溶液上方顶部空间中co2的浓度来维持ph。

样品在被置于测试溶液中之前被测量和称重，并且在测试结束时重新称重。在蒸馏水中在超声搅动下持续1分钟，接着用超声浴中的10％w/v柠檬酸处理多次，每次处理持续1分钟，去除腐蚀产物。在每个处理周期后，将样品在蒸馏水中冲洗，干燥并称重。通过如astmg1-03(2017年再次批准)第7.1.2.1-7.1.2.2段中指定的重量损失对处理的曲线斜率的变化来确定腐蚀去除终点。

分析：计算每个样品的表面积。然后将腐蚀速率计算为暴露于汉克斯氏溶液的以每天每平方英寸的毫克计的损失。

结果：所添加硫的目标水平为500和2500ppm，但最终的锭料分别仅含有400和520ppm。残留的添加硫损失至残留在熔体坩埚中的渣壳(skull)中。表2描述了表面积、以克计的重量损失、以天计的暴露和计算为每天每平方英寸的毫克损失的比损失。

表2.

如通过每天暴露的每平方英寸暴露的损失所测量的腐蚀速率对于具有400ppm硫的样品，增加了2.9倍，并且对于520ppm硫水平，增加了4.8倍。

讨论：在该实验中，我们向28％锰、0.2％铌、0.08％碳和余量铁的钢进料中添加fes，以在最终的钢合金中形成mns沉淀物。fes在炉中自发转化为mns，吉布斯自由能的变化为δfg＝-118.0kjk^-1mol^-1。所添加硫的目标水平为0.05％(500ppm)和0.25％(2500ppm)。合金的最终测量值是400ppm和520ppm。残留的装料部分损失至熔体坩埚中，因为渣壳仍然粘附至坩埚上，这通过渣壳的分析来验证。400和520ppm的测量值可能略低，因为实验室中可用的最高标准为270ppm。

腐蚀是一种表面积现象，特别是对于bio4钢的变体，该bio4钢被制作以防止腐蚀沿晶粒边界向下进展超出晶粒的当前表面层。开始本实验以显示腐蚀速率可通过在表面上形成特征而增加，所述特征既增加对腐蚀的局部敏感性，又以围绕反应性夹杂物的表面区域的形式向植入物表面增加额外的伪腐蚀表面区域。本实施例含有大致成形为2微米×4微米卵形固体的夹杂物。

结论：如在本文所提供的其它实验中所见，向富锰合金中添加硫组分以可控的方式增加腐蚀速率。

等同方案

虽然已结合上述具体实施方案描述了本发明，但本发明的许多替代形式、修改和其它变化形式对于本领域普通技术人员将是显而易见的。所有此类替代形式、修改和变化形式都意在落入本发明的精神和范围内。