[发明专利]一种低模量人工骨及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低模量人工骨，其包括基体以及设于基体外的至少一层复合材料层；所述基体与复合材料层均由增材制造技术制备而成；所述基体由镁合金制成，其中Mg的含量≥85wt％；所述复合材料层由钛合金或不锈钢制成。本发明采用具有较低弹性模量的镁合金为基体，降低了应力屏蔽效应，使得本发明中的人工骨的整体弹性模量为30～50GPa，与真骨具有良好的力学相容性。同时，这种镁合金具有良好的吸振性能，也增强了人工骨的吸振性能。同时本发明采用钛合金层为外层，其与真骨具有良好的生物相容性。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种低模量人工骨及其制备方法。

背景技术

现有的生物医用骨科材料多为钛合金，但钛合金的弹性模量约为110GPa，人体皮质骨的弹性模量约为17～20GPa，由于钛合金的弹性模量远高于人体骨骼的弹性模量，使用钛合金制造的人工骨和真骨因力学性能不相容，存在应力屏蔽，会导致人工骨植入失效。

为了改善这种“应力屏蔽”效应，常在钛合金中添加镁元素，以获得与真骨相似的弹性模量；如中国专利CN108159488A即公开了一种多孔钛镁合金人工骨，其采用的合金粉末成分为：0.3～9.5％的钼，1.5～6.5％的镍，2.5～14.5％的钴，1.5～3.5％的钇，1.5～5.5％的铌，2-3.0％的镁，余量为钛。通过在钛合金中添加少量的镁以及多孔结构的复合有效降低了人工骨的弹性模量。但是，这种合金粉末中含有的贵金属多，成本高昂。此外，由于镁的化学性质较为活泼，这种一体化合金中的镁与体液接触后，容易被腐蚀。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种低模量人工骨，其可降低应力屏蔽效应，与真骨具有良好的力学相容性；同时其吸振性能优良。

本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种上述低模量人工骨的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低模量人工骨，其包括基体以及设于基体外的至少一层复合材料层；所述基体与复合材料层均由增材制造技术制备而成；

所述基体由镁合金制成，所述复合材料层由钛合金、镁合金或不锈钢中的一种制成，其中，所述镁合金中Mg的含量≥85wt％。

作为上述技术方案的改进，所述基体由以下重量百分比的组分组成：Ca 0.1～1.2％，Mn 1.0～2.5％，Zn 0.4～2.0％，Al 1.0～4.0％，Sr 0.5～2.0％，余量为Mg；所述基体的弹性模量为24～45GPa；

所述基体外设有一层复合材料层，所述复合材料层由以下重量百分比的组分组成：Al 5.0～7.2％，V 3.2～4.8％，Fe≤0.5％，C≤0.1％，余量为Ti；所述复合材料层的弹性模量为100-120GPa。

作为上述技术方案的改进，所述基体与复合材料层的厚度比为(2-10)：1。

作为上述技术方案的改进，所述低模量人工骨为镂空结构，其弹性模量为30～50GPa。

作为上述技术方案的改进，所述基体外设有三层复合材料层；所述复合材料层由里向外依次由不锈钢或钛合金、镁合金、不锈钢或钛合金制成。

作为上述技术方案的改进，还包括设于所述基体内的钛合金层。

作为上述技术方案的改进，所述基体与复合材料层之间还设有用于增强结合强度的结合层，所述结合层为增材制造过程中熔融的复合材料层材料扩散入基体后形成。

本发明还公开了一种上述低模量人工骨的制备方法，其包括：

(1)利用医学影像数据构造骨骼的三维模型；

(2)基于所述骨骼的三维模型，增材制造设备采用相应的原料进行人工骨的三维实体制造。

作为上述技术方案的改进，步骤(2)包括：