[發明專利]中空纖維多孔生物鈦材料的制備方法

無效

• 申請號: 200710038291.3
• 申請日: 2007-03-22
• 公開（公告）號: CN101053672A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 劉萍;吳魯海;何國
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61L27/06
• 分類號: A61L27/06
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;張宗明

技術領域

本發明涉及的是一種生物工程技術領域的方法，具體涉及一種中空纖維多孔生物鈦材料的制備方法。

背景技術

金屬生物材料中，生物鈦材由于具有理想的生物相容性、優秀的抗腐蝕性能、高的疲勞強度、低彈性模量，是長效或永久人體植入最理想的金屬生物材料。然而，生物鈦材的彈性模量與自然骨骼相比仍然較高，使得鈦材作為骨架的支撐體，與骨架本體在受力條件下變形不協調，這導致前者容易脫離后者，不利于患者的康復。其中有效的解決途徑之一是制備多孔鈦或多孔鈦合金，以獲得低彈性模量、強度適中的金屬生物材料。在一定孔隙率下，多孔鈦的力學性能與自然骨相匹配，有利于解決或減輕植入體與骨的應力屏蔽，延長植入體的壽命。另一方面，多孔金屬材料不僅彈性模量與自然骨骼更加匹配，其中存在的孔隙對促進人體組織的愈合也有著重要的意義。理想的骨修復材料在具有良好的生物相容性和骨傳導性的同時，材料還應該具有在非骨環境下誘導成骨的能力，即骨誘導性。多孔結構是材料具有誘導性的必備條件。

若進一步在多孔結構的人造骨骼中制造出中心空洞，則貫通的孔洞能夠提供骨髓或體液存在、流動的空間，加強植入體與自然骨骼間的有效連接，激活骨細胞在植入物周圍和內孔隙的正常生長，即進一步促進骨整合。甚至可在此中空結構中填充骨蛋白(Bone?Morphogenetic?Proteins，縮寫BMPs)或生物因子，從而促進骨組織再生和重建、改善植入后患病器官或肢體功能的恢復。

傳統的多孔金屬制造技術可分為以下三類：(1)液態金屬與氣體物理混合法制備多孔金屬，通過向液態金屬中注入氣體，冷卻后形成多孔金屬，缺點是孔隙密度和均勻性不容易精確控制；不適合于液態粘度較高的合金泡沫材料的制備；對于注入液態金屬的氣體還應避免與金屬發生反應。(2)固-氣相共晶凝固方法，要求凝固的金屬與氣相存在共晶反應，且孔隙的數量、大小、形狀和方向受到加入氣體的量、壓力、方向、熱運動的速率以及合金化學成分的控制，因此具有很大的局限性。(3)粉末冶金方法制造多孔金屬，經過金屬制粉、壓制成型、燒結等工藝環節，缺點是工藝復雜、成本高。

經對現有技術的文獻檢索發現，陳思杰等在《熱加工工藝》2005年第5期第54-57頁上發表的“泡沫鋁的制備工藝、組織性能及應用前景”，該文中采用粉末冶金法制造泡沫鋁材料，具體方法是：首先將鋁粉或鋁合金粉與少量的發泡劑混勻，其次將混勻的混合物壓制成無殘余通(開)孔的密實塊體。壓實后還要做進一步的加工，諸如軋制、模鍛或擠壓，以使其成為半成品。然后，將此種可發泡的半成品加熱到接近或高于混合物熔點的高溫。在加熱過程中，發泡劑分解，釋放出大量的氣體(氫)，迫使致密的壓實材料膨脹，形成多孔隙的泡沫材料。但工藝過程非常復雜，多道工序，制造成本較高。

生物力學性能是植入體的一項重要的性能，生物醫用材料在需要低模量的同時還需要高強度，而為獲得低彈性模量，傳統的多孔金屬制造技術多以犧牲強度為代價的。

發明內容

本發明目的在于針對現有技術的不足，提供一種中空纖維多孔生物鈦材料的制備方法，使其多孔結構和中空結構大大改進了人造骨骼的生物學特性，制造方法簡單，速度快，成品率高，成本低。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括以下步驟：

(1)將鈦或鈦合金纖維纏繞在致密芯棒上，整形。

所述鈦或鈦合金纖維的纏繞方式有隨機纏繞、具有規則形狀的纏繞；或者按照平紋或斜紋結構編織后在芯棒上進行壓貼。

所述纏繞或壓貼在芯棒上的鈦或鈦合金纖維的質量，根據需要而定，可以為20-30g。

(2)將表面纏繞鈦或鈦合金纖維的芯棒置入模具中，采用內徑等于致密芯棒直徑的中空壓頭進行壓實，在負載壓力下保荷，除去模具及芯棒，得到所需長度、孔隙率的中空多孔棒或柱狀物。

所述模具和芯棒，應具有足夠的力學強度和剛性以承受成型時的壓力，模具和芯棒可由碳鋼、不銹鋼、合金鋼、模具鋼等制成，其尺寸大小根據需要而定。本發明中模具和芯棒由碳鋼制成，其中模具內徑為20mm，芯棒直徑為8mm。

所述壓力，其參數范圍根據所需孔隙率、材料材質與規格尺寸而定，可以在0.3T-1.5T之間。

所述保荷時間為10-20秒鐘，在此時間范圍內保荷目的在于：以免坯體發生彈性形變恢復，降低或沒有達到所需的效果。保荷時間小于10秒時，坯體也可能發生彈性形變恢復，而保荷時間達到20秒鐘時，坯體基本上不再發生彈性形變，故無須繼續延長保荷時間。

(3)將壓實成坯體的多孔鈦棒或柱狀物置于真空或氬氣氛圍下燒結，燒結后得到中空纖維多孔生物鈦材料。