[發明專利]一種孔隙非均勻分布仿生骨質材料制造方法

有效

• 申請號: 200910043405.2
• 申請日: 2009-05-15
• 公開（公告）號: CN101549175A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 鄒儉鵬;阮建明
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: A61L27/42
• 分類號: A61L27/42;A61L27/56;A61L27/12;A61L27/06;A61L27/10
• 代理公司: 中南大學專利中心
• 代理人: 龔燦凡

技術領域

本發明屬于生物材料領域，特別涉及孔隙非均勻分布仿生骨質材料。

背景技術

骨組織是人體硬組織，使用其它材料來替代病變骨組織以達到治療和修 復的研究已有數十年。一般認為材料中的化學組元應與骨組織的主要組元相 似，其孔隙分布也應與人骨的外層皮質骨致密而內層松質骨疏松的結構相同， 無毒副作用，這樣才能夠保證其具有優良的生物相容性和生物降解性，以促 進新生骨組織的生長。

羥基磷灰石(HA)含有與人體骨組織相似的無機成分，植入體內后，在 體液的作用下，鈣和磷會游離出材料表面，被機體吸收，并能與人體骨骼組 織形成化學鍵結合，生長出新的組織。因此，羥基磷灰石是目前公認的具有 良好的生物相容性與骨引導性(即生物活性)的生物材料。

人體骨由外層致密皮質骨和內層疏松松質骨組成，外層致密皮質骨提供 主要力學支撐，而內層疏松松質骨的孔隙結構沿受力方向不同非均勻分布， 這種結構使其能夠適應一定范圍的應力變化，并對外加應力產生緩沖作用， 同時多孔組織能促使血液流通，保證骨組織的正常代謝生長。

非均勻孔隙分布仿生復合材料的致密外層可如皮質骨一樣提供力學支 撐，而多孔內層則引導骨組織的長入。連通孔隙的孔徑在5～40μm時，允許纖 維組織的長入；孔徑為40～100μm時，允許非礦化的骨樣組織長入；孔徑在 150μm時，已能為骨組織的長入提供理想場所。多孔HA植入體內后，能使 軟硬組織都長入孔隙內，形成纖維組織和新生骨組織的交叉結合狀態，這種 界面能保持正常的代謝關系，骨-材料的界面結構達到生理性結合。當孔隙率 超過50％以后，孔隙之間能互相連通，新生組織可以從人工骨的表面長入到 內部，而且相互結合起來，這樣不僅獲得了良好的界面結合，而且新生組織 的長入既降低了多孔HA的脆性，又提高了強度。此外，由于多孔而降低了 HA材料的剛性，有利于界面應力的傳導，符合界面力學要求，使界面能保持 穩定，從而提高種植效果。

隨著醫療技術水平的不斷提高，對于合成的骨替代材料的要求不斷提高。 合成和應用仿生人體骨的非均勻孔隙分布的致密層/過渡層/疏松層復合材料， 引起了科學家和臨床醫生的關注。

發明內容

本發明的目的是提供一種外層致密(提供力學支撐)、內層孔隙非均勻分布 (適宜于軟硬組織向內生長)的仿生致密層/過渡層/疏松層復合材料的制取方 法。通過仿生人體骨組織的構造，外層提供力學支撐，內層引導軟硬組織向 內生長來增強生物相容性及形成力學固定。且由于人體松質骨的孔隙非均勻 分布，復合材料的多孔層設計為過渡層與疏松層的復合來滿足非均勻分布的 要求。

一種孔隙非均勻分布仿生骨質材料制造方法，本發明采用羥基磷灰石 (HA)與Ti(或316L)粉末為原料，加入成形劑和造孔劑，制備外層致密、內 層孔隙非均勻分布仿生骨質材料。Ti(或316L)粉末占HA/Ti或HA/316L復 合粉末含量的5～30vol％，過渡層造孔劑含量30～60vol％，疏松層造孔劑含量 60～80vol％。為了改善HA與Ti(或316L)粉末燒結中結合性能較差的缺點， 添加生物玻璃(BG)改善HA與Ti界面之間的結合狀況，生物玻璃的添加量為 0.5-2wt％。

所述孔隙非均勻分布仿生骨質材料由外層、過渡層和內層組成，外 層為致密層，內層為疏松層。

所得材料外層為HA/Ti或HA/316L復合致密層，中間層為孔隙率38-60％、 孔徑100-500μm占30-70％的HA/Ti或HA/316L復合過渡層，內層為孔隙率 57-80％、孔徑100-500μm占50-80％的HA/Ti或HA/316L復合疏松層。

孔隙非均勻分布仿生骨質材料的制備方法為：按比例配好HA/Ti(316L) 復合粉末或HA/BG/Ti(316L)復合粉末后，置于機械式混料機上，加二氧化 鋯球球磨混合，而后過200目篩。將制得的粉末裝入直徑為25-30mm圓柱狀 模具，裝粉時使用鉬片將所添加的不同成分粉料按照致密層/過渡層/疏松層要 求隔開，而后壓制成形，得到壓坯。在高真空條件下進行燒結(真空度為 10^-2Pa)，在800℃的溫度下，保溫一定時間(1-2h)，以脫除壓制時所添加的成 形劑及造孔劑。而后再緩慢升溫至預定燒結溫度(1050-1250℃)，保溫1-2h。