[发明专利]一种径向结构-功能一体化的外层多孔骨科硬植入材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种径向结构‑功能一体化的外层多孔骨科硬植入材料及其制备方法和应用。本发明将钛、铌、锆粉末按配比机械球磨获得Ti‑Nb‑Zr复合粉末，将钛、铌、锆和HA粉末机械球磨得到TiNbZr‑HA粉末，然后与造孔剂碳酸氢氨粉末混合获得复合粉末B，Ti‑Nb‑Zr复合粉末和复合粉末B预压成型得到径向分级结构圆柱体压坯，最后利用脉冲等离子活化烧结炉烧结获得所述骨科硬植入材料。本发明提供的骨科硬植入材料不仅因为外层为多孔结构，而且添加了生物活性陶瓷HA，使复合材料具有良好的骨结合、骨整合性能和适合与骨骼匹配的低弹性模量，还因为芯部的致密的结构使其具有优良的抗压性能，可作为良好的人造骨组织替换材料。

技术领域

本发明涉及骨科硬植入生物医用材料制备技术领域，尤其涉及一种径向结构 -功能一体化的外层多孔骨科硬植入材料及其制备方法和应用。

背景技术

弹性模量是评价骨科植入生物医用材料的重要性能之一，生物材料的弹性模量值与自然骨的值相比过高会呈现生物力学不相容。生物材料的弹性模量值过高，当承受外应力的作用，承受应力的材料和自然骨组织由于弹性模量的差异将产生不同的应变，在植入材料与自然骨组织的接触界面处出现相对的位移，从而造成结合界面处的松动，服役时间较长时甚至造成脱落，影响植入修复材料的功能，造成“应力屏蔽”，引起自然骨组织功能的退化或吸收。孔隙结构的引入可以降低生物材料弹性模量，从而让材料的弹性模量符合自然骨组织要求。然而，材料中孔隙结构的引入将造成材料的力学性能、耐腐蚀性能的急剧恶化。其次，作为植入材料中用途最广泛的生物医用金属材料，特别是兼具高强度、低密度、高耐蚀的生物医用钛合金是一种惰性材料，表面无生物活性，缺乏主动修复功能。在植入人体后，钛合金表面与基体组织之间只是简单的相互锁合，仅被一层包囊纤维所包绕，难以与基体组织形成强有力的化学骨性结合，长期使用会产生松动现象，导致植入失败，对病人造成了极大的痛苦。

申请号为201711110765.0的中国专利申请涉及一种仿松质骨结构与超低弹性模量的人工骨骼及制备方法，这种人工骨骼由β相和α相的钛合金以及羟基磷灰石复合的多孔网状纳米结构钛酸钠表面层组成。所述的具有多孔网状纳米结构钛酸钠表面层与金属表面结合，由钛或钛合金表面与氢氧化钠溶液水热反应生成的多孔网状表面。所述的羟基磷灰石复合，通过浸泡于模拟体液中得到。制备方法为：首先选用聚合物泡沫、钛和其他金属加工致密的钛合金人工骨骼；然后用碱液水热法合成具有多孔网状结构的钛酸钠层；接着将所得到的人工骨骼，浸泡于模拟体液中；最后将上述人工骨骼用酒精和去离子水淋洗后，干燥，消毒后无菌保存，备用。该申请得到的材料为轴向层铺网状结构，且抗压强度较低，长期使用力学性能容易发生变化导致松动、脱落甚至失效；由于人体支撑类的骨骼形状多为不规则棒状，使用层状结构材料将大大增加后续加工及植入难度，而且该制备过程烧结温度较高，烧结时间较长，增加材料制备成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种利用脉冲等离子活化烧结技术制备径向结构-功能一体化的外层多孔骨科硬植入材料及其制备方法和应用，得到成分纯净且无有害杂质、界面结合良好、孔隙结构可控、并具有良好骨结合和骨整合能力的的径向结构-功能一体化的分级骨科硬植入材料，满足骨科临床上对硬植入或者替换材料的组织重构和再生要求，为实现其在临床上的应用提供研究基础。

本发明第一方面，提供一种径向结构-功能一体化的外层多孔骨科硬植入材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤(1)将钛(Ti)、铌(Nb)和锆(Zr)金属粉末称重混合后放入球磨罐中，添加无水乙醇密封后将球磨罐放入机械球磨机上进行球磨混合粉末，得到 Ti-Nb-Zr复合金属粉末；

步骤(2)将步骤(1)得到的部分Ti-Nb-Zr复合金属粉末和纳米羟基磷灰石(HA)粉末经机械球磨得到TiNbZr-HA复合粉末；

步骤(3)将TiNbZr-HA复合粉末和造孔剂碳酸氢铵经V型混料机混合获得复合粉末B；