[发明专利]一种生物医用多孔钛铌铜骨科植入材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种生物医用多孔钛铌铜骨科植入材料及其制备方法和应用，本发明所述骨科硬植入材料由钛、铌和铜生物元素构成，将钛、铌和铜金属粉末称重配比经球磨获得复合金属粉末；将球磨后的复合金属粉末与造孔剂碳酸氢铵按所需孔隙率进行计算、称重和配比后利用V型混料机混合；然后经冷压成型制得圆柱体压坯，将圆柱体压坯置于脉冲等离子活化烧结炉中，系统真空抽至后进行阶梯加热过程活化烧结，烧结完毕完成后随炉冷却至室温、退模获得生物医用多孔钛铌铜材料。利用本发明方法制备得到生物医用多孔钛铌锆材料具有与人体骨骼相匹配的孔隙特征和低弹性模量，并且不含粘结剂、成分洁净、成分组织均匀等特点，是良好骨科硬组织修复或替换材料。

技术领域

本发明涉及骨科硬植入材料制备技术领域，尤其涉及一种生物医用多孔钛铌铜骨科植入材料及其制备方法和应用。

背景技术

在人工骨关节、骨创伤、脊柱矫形和固定等骨替换材料中，生物医用钛合金因其良好的综合力学性能、耐生物腐蚀性能、高疲劳强度以及优良的生物相容性等特点，从而成为首要的选择材料。钛合金具有良好生物惰性，从而使其在植入体内不会对人体产生毒性作用。纯钛、Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Fe、Ti-6Al-7Nb合金拥有很长的生物医用历史。但是此类传统医用钛合金中含有Al、V等毒性元素，铝元素在人体中长时间的释放和积累将造成阿尔茨海默病(老年痴呆症)，而钒元素在人体中的释放和积累将会对人体细胞造成毒性作用及不良组织反应。因此，在设计新型医用钛合金时对此类有毒元素进行摒弃。

目前采用较多的合金元素有被誉为生命元素的铌(Nb)、锆(Zr)、钽(Ta)、锡 (Sn)等对细胞毒性影响较低元素。添加此类合金元素不仅能提高钛基医用合金的力学性能、耐腐蚀性能、耐磨性能，改善材料的生物相容性；而且此类合金元素对钛合金的弹性模量有一定的降低作用。特别是Nb元素不仅能提高钛合金的耐腐蚀性能和耐磨性能，在合适的添加量下能使钛合金具有超弹性行为。作为骨科硬植入材料，在植入体内后与自然骨组织之间由于弹性模量的差异性，将造成应力载荷的传导不均匀，而形成“应力遮挡”现象，长时间的植入将容易造成植入体松动，甚至会导致植入材料的植入失败。此外，在植入材料在植入过程中不可避免地会有细菌感染的可能性，在植入后较长一段时间将需要进行抗炎症药物的辅助治疗来控制感染的扩散。此类炎症感染将加大患者在治疗过程的伤害，严重影响植入体在人体内的适应过程及使用寿命。

申请号为CN201110232843.0的中国专利结合钛合金的良好力学性能与铜元素的抗菌性能，在医用钛合金中添加适量的Cu元素，从而赋予钛合金抗细菌感染的功能；同时在钛合金中添加Cu元素，钛合金基体中析出钛-铜金属间化合物，可同步提高材料的力学性能。上述专利虽然赋予了钛合金抗菌性能，但钛合金的生物力学适配性(弹性模量较高)问题依然存在。

发明内容

本发明的目的在于针对现有生物医用钛合金存在的不足，提供一种多孔钛铌铜骨科植入材料的制备方法，得到成分纯净、组织均匀、力学强度适宜、良好生物相容性和抗菌性，兼具高生物力学匹配性的弹性模量的硬组织植入钛合金，可作为良好的人造硬植入或者替换医用材料，为实现在骨科临床上的应用提供基础研究。

本发明第一方面，提供一种生物医用多孔钛铌铜骨科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)和铜(Cu)金属粉末进行称重配比，然后将金属粉末放入球磨罐中，添加无水乙醇作为过程冷却剂，密封后将球磨罐放入机械球磨机上球磨混粉，再对球磨粉末真空干燥，得到Ti-Nb-Cu复合金属粉末；

步骤(2)将步骤(1)中获得的部分Ti-Nb-Cu复合金属粉末与起泡剂碳酸氢铵(NH₄HCO₃)粉末利用V型混料机混料获得TiNbCu-NH₄HCO₃混合粉末；