[发明专利]一种钛合金—羟基磷灰石盐生物陶瓷多孔材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种钛合金—羟基磷灰石盐生物陶瓷多孔材料的制备方法，本发明的特点是应用3D打印技术，通过动态调节各熔覆层羟基磷灰石盐粉末与钛合金基体粉末配比值，制备出以钛合金为中心层，钛合金—羟基磷灰石盐过渡层的钛合金—羟基磷灰石盐生物陶瓷多孔材料。本发明因充分发挥了各材料的性能优势又减少了其内部应力，呈现出优良的力学和生物学性能，因此适合于骨组织替代或种植体修复领域。

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，特别是一种钛合金—羟基磷灰石盐生物陶瓷多孔材料的制备方法。

背景技术

随着骨骼损伤的不断涌现及人口老龄化日益严重的趋势，骨替代材料的需求随着骨损伤病例的增加而大量增长。因此研制具有良好结构性与生物相容性的仿生人骨替代骨修复材料显得尤为重要。

近年来，钛及钛合金因具有良好的生物相容性，其惰性氧化钛膜在生理环境下可以稳定存在等优点，在临床医学界广泛应用。但钛合金等现有金属骨骼植入材料，存在着与生物骨的力学相容性差的问题钛。合金等材料的抗拉强度比天然骨骼高5.3倍以上，弹性模量更是高11倍以上。其骨骼植入物对人体局部骨组织产生很大的“应力遮挡”效应,可诱发遮挡性骨质缺失。导致人体骨骼植入物与周围的原有生物骨脆弱化、人体骨骼植入物周围的新生骨生长不良以及人体骨骼植入物与生物骨之间因应力集中引发炎症。且其生物活性较差，其不能与人体硬组织形成化学骨性结合。因此研究开发低钛弹性模量且提高其生物力学相容性的研究和钛表面以提高其生物活性的植入物具有重要意义。

羟基磷灰石(Hydroxyapatite，简称HA)，因其具有良好的生物活性和生物相容性，且有极好的骨传导性和与骨结合的能力，且无毒副作用，无致癌作用，被广泛用于骨组织的修复与替代技术。

专利号为CN200810045066.7的发明创造中公开了一种悬浮等离子喷涂设备羟基磷灰石生物活性的方法，该方法制备的羟基磷灰石生物活性涂层的结构均匀性好，节约能量与能源，但该方法存在着工艺重现性差、结合强度低、生物活性差，以及具有降解性、膜层中含有微孔、裂纹等缺点，难以满足对其寿命、安全、可靠的临床应用需要。

基于上述目的，本发明开发一种以钛合金为基底通过建立钛合金—羟基磷灰石盐过渡层实现羟基磷灰石与钛合金紧密结合，充分发挥了各材料的性能优势又克服了结合部位的性能不匹配，各组分间产生牢固的机械结合和化学结合的制备方法。本方法应用3D打印技术，通过动态调节各熔覆层羟基磷灰石盐粉末与钛合金基体粉末配比值，用激光熔覆的方式，层层堆积，随着梯度层数的增多，相邻层间组分含量的差异减小，形成具有梯度原料配比熔覆过渡层的功能梯度生物材料。实现结合强度高的钛合金—羟基磷灰石盐多孔材料。因此，本方法可实现制备具有更好的生物活性和生物相容性，抗菌抗氧化且密度、弹性模量接近人骨的植入物。

发明内容

本发明专利的目的是：克服现有技术的不足而提供一种钛合金—羟基磷灰石盐生物陶瓷多孔材料的制备方法，使得所得复合材料不仅具有优异的力学性能，而且有更好的生物活性和生物相容性。

本发明提供了一种钛合金—羟基磷灰石盐生物陶瓷多孔材料的制备方法，其特征在于：应用3D打印技术，通过动态调节各熔覆层羟基磷灰石盐粉末与钛合金基体粉末配比值，用激光熔覆的方式，层层堆积，随着梯度层数的增多，相邻层间组分含量的差异减小，形成高结合度的功能梯度生物材料。制备出低钛弹性模量且有利于新骨形成，实现材料与生物骨组织间产生紧密的骨性结合，提高其生物力学相容性的钛合金—羟基磷灰石盐多孔材料。

方案所需材料按如下具体步骤制备：

（1）钛合金粉末的制备：烧结选用配比为96%Ti+1.5%Zn +2.0%Mg+0.5%Ag（质量分数）平均粒径为21.2μm的Ti，50μm的Zn，75-120μm的Mg、Ag混合纳米粉在烘干箱里以145℃烘干 10小时，将上述粉末在QM-3SP4J行星式球磨机里进行机械混粉24小时，粉末混合均匀后对其以80℃烘干1h，得到金属粉末；