[发明专利]一种诱导骨生长的梯度钛镁复合材料植入体及其成形方法

说明书

本发明公开一种诱导骨生长的梯度钛镁复合材料植入体及其成形方法，属于功能骨植入体制造领域。在选区激光熔化成形的钛合金多孔结构植入体孔内挤压充填具有缓释的镁合金和骨诱导生长的纳米羟基磷灰石复合材料，形成梯度钛镁复合材料植入体。本发明植在镁合金的缓释与羟基磷灰石的诱导共同作用下，极易诱导骨骼可控生长，具有良好的市场前景和应用价值。

技术领域

本发明涉及一种诱导骨生长的梯度钛镁复合材料植入体及其成形方法，属于功能骨植入体制造领域。

背景技术

钛合金因具有较高的力学性能、良好的生物相容性以及在生理环境下较好的耐蚀性能等优良的综合性能被广泛用于临床介入性器械的首选材料之一。个性化治疗是21世纪的医学特征，因患者年龄和性别的差异，且多数人工骨植入体结构较复杂，常见的粉末冶金、铸造等成型方法已无法满足钛合金人工骨植入体的制造要求。基于“逐层累积”原理的3D打印技术具有独特的柔性制造特点，可成型结构较复杂的构件，尤其适应于小批量、个性化植入体的制造。可见，3D打印技术为钛合金植入的个性化制造提供了可靠的技术保障。

研究证实，钛合金属于生物惰性材料，缺乏生物活性，在生物体内与周围骨组织之间主要形成机械嵌合，不能形成骨性结合，在体内容易发生松动失效。故众多表面改性技术被用于提高医用钛合金的生物活性，如，通过物理气相沉积方法在医用钛合金表面沉积镁合金可降解涂层；采用微弧氧化或阳极氧化工艺在医用钛合金表面形成二氧化钛/羟基磷灰石活性涂层，一定程度上提高了医用钛合金的生物活性。然而，在人体复杂生理环境中活性涂层与钛合金基体间的界面易失效，主要归因于其界面结合强度不足。另一方面，可降解活性涂层随植入体服役时间的延长而逐渐降解，直至降解完全，骨组织仍依附于钛合金植入体表面生长，其结合能力有限。

发明内容

发明目的：针对本发明要解决的技术问题是提供一种导骨生长的梯度钛镁复合材料植入体，基于选区激光熔化3D打印技术，成形多孔钛合金植入体，并辅以静液挤压工艺，在多孔内充分充填可降解镁合金和骨诱导能力的羟基磷灰石，获得梯度钛镁复合材料植入体，以解决现有技术中人工钛合金植入体生物活性弱、与骨组织结合能力较弱等不足。

本发明还要解决的技术问题是提供上述诱导骨生长的梯度钛镁复合材料植入体的成形方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种诱导骨生长的梯度钛镁复合材料植入体的成形方法，在选区激光熔化成形的钛合金多孔结构植入体孔内挤压充填具有缓释的镁合金和骨诱导生长的纳米羟基磷灰石复合材料，形成梯度钛镁复合材料植入体。

一种诱导骨生长的梯度钛镁复合材料植入体的成型方法，包括以下步骤：

(1)将球形医用钛合金粉末采用选区激光熔化技术成形钛合金多孔结构植入体；

(2)在高纯氩气保护下，将镁合金粉末和纳米羟基磷灰石粉末在高能球磨机中研磨混合，获得均匀混合的复合材料粉末；

(3)利用步骤(2)中的复合材料粉末包裹步骤(1)得到的钛合金多孔植入体，置入静液挤压机的陶瓷挤压筒内，进行抽真空至5×10^-3～1×10^-3Pa，对挤压筒进行加热至镁合金粉末熔化后保温，并在挤压筒外圈施加磁场；

(4)在挤压筒两侧循环施加压应力；

(5)待压应力施加结束后，挤压筒停止加热，镁合金熔体温度冷却至熔点时，将填充镁合金的钛合金多孔植入体取出至高纯氩气环境中冷却凝固，最终获得梯度钛镁复合材料植入体。

步骤(1)中，所述球形医用钛合金粉末为医用纯钛、Ti-Nb合金中的一种或两种的混合物；所述Ti-Nb合金粉末中Ti的质量分数为65～80％，Nb的质量分数为20～35％。