[发明专利]一种应用于骨植入材料的钛/磷酸三钙复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型复合材料及其制备方法，尤其涉及一种应用于骨植入材料的钛/磷酸三钙复合材料及其制备方法。

背景技术

钛及钛合金具有较好的力学性能、韧性、生物相容性和耐蚀性等，被广泛应用于承重部位的骨植入体材料。但钛及钛合金作为生物材料却存在两大问题，一是力学性能不匹配，弹性模量远高于人体骨，导致主要的应力由植入骨承受和传导，宿主骨由于“应力屏蔽”，缺少足够的应力刺激，导致出现骨溶解现象，这也是假体松动的重要原因之一；二是钛及钛合金不具备生物活性，与人体骨之间无法形成化学键合，钛假体和人体骨组织之间易形成纤维包囊，或仅在有限的界面与骨组织直接接触，远期临床结果可能导致假体松动。为了提高钛及钛合金的生物活性，可对材料进行表面改性，如化学侵蚀，或在金属基体上涂覆生物活性涂层(如羟基磷灰石(HA)，高分子，磷酸氢钙等)、复合涂层和梯度涂层等。但是由于陶瓷与金属的界面问题和涂层技术所涉及的一系列复杂问题，涂层与基体的结合强度低，容易剥落，而导致移植失败。

另一种提高钛及钛合金生物活性的方法是将钛或钛合金与具有生物活性的材料制备成复合材料，如Ti/HA(Arifin A,et.Al.,Materials&Design.2014,55:165-175.)，Ti/45S5生物玻璃(Jurczyk K.,et.Al.,Materials&Design.2011,32:2554-2560.)等。Ti/45S5生物玻璃虽然具有优良的生物活性和强度，但是其弹性模量(110GPa)却远高于人体骨(7-25GPa)。Ti/HA复合材料的研究报道较多，这主要是因为HA与人体骨组织的无机成分类似，具有优越的生物活性。Ti/HA材料植入动物体内后能与宿主骨之间形成化学骨键合界面(Ning C.,Acta Biomaterialia.2008,4:1944-1952.)。粉末冶金法制备Ti/HA复合材料也存在问题，研究表明，烧结温度在800℃以上，HA开始分解，生成CaO和水蒸气；Ti会与HA中的自由羟基(-OH)发生反应生成TiO₂；HA进一步与TiO₂反应生成Ca₃(PO4)₂(TCP)、CaTiO₃、CaTi₂O₅、Ti-P化合物等，甚至在复合材料中检测不到Ti和HA相(Anawati,Corrosion Science.2013,70:212-220.)；分解产物和反应产物中，CaO和TiO₂的生成应当被避免，因为CaO在体液环境中会转变成Ca(OH)₂，从而导致材料力学性能的下降和材料的分解，而TiO₂则会抑制钛粉末的烧结(Gemelli E.,Materials Science and Engineering:C.2012,32:1011-1015.)。理想的骨植入材料是应该在没有瞬时力学性能损失的情况下逐渐被新骨替换，所以需要材料具有可降解性或可吸收性。HA是磷酸钙化合物中最稳定的相(37℃时的溶解度为0.000096mg L^-1)(Carrodeguas RG,et.al.,Acta Biomaterialia.2011,7:3536-3546.)，因此上述钛基复合材料虽然生物活性提高了，但是不具有降解性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有优良的力学性能、生物活性、可降解性的、在生物医用骨植入材料中的应用的钛/磷酸三钙复合材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种应用于骨植入材料的钛/磷酸三钙复合材料，具有连续网络结构，复合材料中的磷酸三钙的质量占复合材料质量的10wt％～50wt％，所述磷酸三钙为α-TCP或α-TCP与β-TCP的混合物，所述α-TCP与β-TCP的质量比为1～9:1。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)溶液配制：按钙磷元素的摩尔比为1.5，将可溶性钙盐配制成Ca²⁺浓度为0.15～0.45mol/L的钙盐溶液，磷酸盐配制成PO₄^3-浓度为0.1～0.3mol/L的磷酸盐溶液；