[发明专利]一种生物陶瓷基金属复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种生物陶瓷基金属复合材料及其制备方法和用途。所述生物陶瓷基金属复合材料由以下质量份数的原料烧结而成：钙磷盐生物陶瓷粉末60‑98份，第一金属粉末1‑39份，第二金属粉末1‑15份；所述第一金属粉末的成分包括铌和/或钽；所述第二金属粉末的成分包括银和/或铜。此复合材料发挥三重组分的协同作用，压缩强度可达250‑340MPa，断裂韧性可达3‑4.15MPa·m^1/2，维氏硬度可达400‑460HV，克服了钙磷盐生物陶瓷机械强度不足的问题，是一种高韧性的生物陶瓷基纳米金属复合材料，主要应用在人体硬组织修复植入体中，具有良好的临床应用前景。

技术领域

本发明涉及生物植入骨替代材料技术领域，尤其涉及一种兼具骨诱导性和抗菌性的生物陶瓷基金属复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

健康的骨骼和关节是保持人体结构稳定性和自由运动的基本条件。然而，当由于事故、疾病等原因造成部分骨骼和关节失去正常功能时，需要用同体或异体骨、关节移植来取代和修复受损的组织。

与自然骨矿物成分和结构相近的钙磷(Ca-P)生物陶瓷具有良好的生物活性、耐腐蚀性和骨诱导能力，但是其内在的脆性大(K_IC≈1MPa·m^1/2)的缺陷限制了其只能应用在不承受载荷或者仅承受压力载荷的情况。另一方面，没有抗菌性的骨植入材料在植入手术后容易由于感染使得植入体松动失效。事实上，单一材料不能很好的满足体内复杂负载环境的应用，而利用高韧性、高强度的铌等生物活性金属来强化脆性陶瓷钙磷盐生物陶瓷这种方法正是利用了金属与陶瓷各自的优势，开发出新型生物陶瓷基-金属复合材料，既有骨诱导性、抗菌性，又有足够的机械强度，在硬组织修复等医疗领域具有广阔的应用前景。

虽然近几年的研究对生物陶瓷(如ZrO)基复合材料在植入体的制备和应用做出了相关报导，但人骨关键成分、拥有最良好的骨诱导性的钙磷盐生物陶瓷基的复合材料的制备，还未有人研究和发明。因此，对钙磷盐生物陶瓷基生物陶瓷-金属纳米复合抗菌材料的制备、加工成型以及生物适配机理进行系统研究对于解决生物陶瓷材料存在的缺陷具有现实的迫切性和长远的科学意义。

CN102631704A公开了一种钛铝基钙磷盐生物陶瓷涂层及制备方法，此发明采用沉淀法制备钙磷盐生物陶瓷粉末和甘油的混合物，然后将其刷涂在经过腐蚀处理的钛铝合金表面，经过高温烧结形成生物涂层，所制备的涂层厚度为0.1-3.0mm。生物陶瓷涂层增强了金属的生物活性，便于诱导细胞生长。但是因为陶瓷涂层较薄且在移植体中因为涂层与金属基体性质的差异而容易脱落，从而影响了其应用。

CN104841018A公开了一种多层生物复合材料及其制备方法。所述生物复合材料以钛合金为基体，钛合金+钙磷盐生物陶瓷为中间层，钙磷盐生物陶瓷为生物陶瓷表层；工艺步骤如下：将钛、铌、锆粉末机械合金化球磨后烘干，得到基体混合粉末；将钛、铌、锆粉末机械金化后，添加钙磷盐生物陶瓷球磨混粉后烘干，得到中间层混合粉末。将基体混合粉末、中间层混合粉末及钙磷盐生物陶瓷粉末分别装入石墨模具的下层、中层与上层，然后利用放电等离子炉烧结，随炉冷却即得多层生物复合材料。利用本发明所制备的多层复合材料既具有与人骨相当的力学性能又大大提高了材料的生物活性；本发明工艺洁净、简单、成本低廉，易于实现产业化。但是中间层不能单独作为植入体运用，其整体机械性能依赖于金属，且涂层与基体的杨氏模量、热膨胀系数不一样，涂层部分容易开裂。

因此，需要开发一种兼具骨诱导性和抗菌性的生物陶瓷基金属复合材料，结合金属与生物活性陶瓷单组分各自的优势，以推进医疗植入体的进一步发展。

发明内容

针对传统医用金属植入材料材料与机体组织力学不适配、不具备可降解性或降解不可调控而导致的与组织再生修复不匹配以及因部分有害离子释放在机体内引起组织不适配等问题，以及Ca-P基生物活性陶瓷材料内在的断裂韧性低、压缩强度低、只能应用在不承受载荷或者仅承受压力载荷等缺陷，本发明的目的之一在于提供一种兼具骨诱导性和抗菌性的生物陶瓷基金属复合材料，结合金属与生物活性陶瓷单组分各自的优势，希望能推进医疗植入体的进一步发展。