[发明专利]一种仿生三维骨小梁结构多孔钽及其制备方法

说明书

本发明提供了一种仿生三维骨小梁结构多孔钽及其制备方法，属于医学骨科仿生材料技术领域。本发明提供的仿生三维骨小梁结构多孔钽与人骨具有相同的微观形态结构，且材质为金属钽，可以更好地与人体骨组织融合，促进骨长入与骨再生；另外，通过控制仿生三维骨小梁结构多孔钽的杆径、孔径和孔隙率，使得仿生三维骨小梁结构多孔钽的抗压强度和抗弯强度均高于正常人骨，弹性模量介于松质骨与皮质骨之间，可以有效地减少应力屏蔽效应。同时，本发明的制备方法简单，且通过退火消除打印过程中仿生三维骨小梁结构多孔钽内部残存的内应力，防止后续可能产生的应力形变而影响其结构与力学稳定性，使最终仿生三维骨小梁结构多孔钽具有优异的力学性能。

技术领域

本发明属于医学骨科仿生材料技术领域，尤其涉及一种仿生三维骨小梁结构多孔钽及其制备方法。

背景技术

骨肌系统疾患尽管一般不直接导致死亡，但却是最普遍的求医原因之一，是导致残疾、工作能力丧失和生活质量下降的最常见原因。近年来，日益加重的人口老龄化更是导致骨肌系统疾病发病率在全球范围内逐年上升。骨肌系统常见疾患包括骨关节退行性变、脊柱创伤及退行性变、四肢创伤、骨缺损、骨质疏松及骨肿瘤等。从发病机理上看，大多数骨肌系统疾患和局部解剖及生物力学状态密切相关，这也决定了骨肌系统疾患相关植入物需要参考局部解剖形态来设计，进而改变其不利的生物力学状态。

骨科植入材料经历了从不锈钢、钴铬合金到钛合金的发展过程，并且也取得了较好的临床效果，但均具有一定缺陷如空隙率低、强度差、弹性模量较高等。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种仿生三维骨小梁结构多孔钽及其制备方法。本发明提供的仿生三维骨小梁结构多孔钽的抗压强度和抗弯强度均高于正常人骨，弹性模量介于松质骨与皮质骨之间，可以有效地减少应力屏蔽效应。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种仿生三维骨小梁结构多孔钽，所述仿生三维骨小梁结构多孔钽为多孔结构，所述多孔结构中的孔不规则无序分布；所述仿生三维骨小梁结构多孔钽的材质为钽；所述仿生三维骨小梁结构多孔钽的杆径为0.25～0.3mm，平均孔径为0.5～1mm，孔隙率为70～76％。

本发明还提供了上述技术方案所述的仿生三维骨小梁结构多孔钽的制备方法，包括以下步骤：

利用3D打印打印所需三维骨小梁结构；

将所述三维骨小梁结构进行退火，得到仿生三维骨小梁结构多孔钽；

所述退火的温度为900～1100℃，真空度＜5×10^-3Pa，时间为2～3h。

优选地，所述退火的温度为1000℃，真空度为3×10^-3Pa，时间为2h。

优选地，升温至所述退火的温度的速率为2～10℃/min。

优选地，所述利用3D打印打印所需三维骨小梁结构的具体步骤包括：

通过建模软件根据实际需要建立三维骨小梁结构模型，将所述三维骨小梁结构模型导入到选择激光熔融设备中；采用钽粉末打印，得到所述三维骨小梁结构。

优选地，所述钽粉末为直径45μm以下的正球形钽粉末。

优选地，所述钽粉末为直径为15～45μm的正球形钽粉末。

优选地，打印时，选择激光熔融的参数包括：激光功率为200～300W，扫描速度为100～200mm/s，扫描间距为0.05～0.1mm。

优选地，所述激光功率为250W，扫描速度为150mm/s，扫描间距为0.07mm。