[發明專利]一種可引導骨生長的金屬復合材料及其應用

有效

• 申請號: 201210103124.3
• 申請日: 2012-04-10
• 公開（公告）號: CN103357063A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 譚麗麗;甘俊杰;楊柯
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: A61L27/04
• 分類號: A61L27/04
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發明屬于生物醫用材料技術領域，特別涉及一種可引導骨生長的金屬復合材料及其應用。

背景技術

目前臨床常用的醫用金屬材料包括：純鈦、鈦合金、不銹鋼、鈷基合金、鎳鈦形狀記憶合金。醫用金屬材料以其高強韌性、耐疲勞、易加工成形和臨床使用中的高可靠性等優良性能，一直是臨床上用量大而廣泛的一類生物醫用材料，大量應用于需要承受較高載荷的骨、齒等硬組織醫療領域中。目前臨床應用的醫用金屬材料以其相對穩定的化學性質，滿足一定的生物相容性要求，在體內承受特定的載荷并永久或半永久性地留存。這些金屬材料一般在生物體環境中表現為生物惰性，與周圍骨組織界面結合差，植入體在體內受力后往往容易產生松動，影響了治療效果。

由于醫用金屬材料的彈性模量高于骨組織，在體內產生應力遮擋，容易發生骨質疏松和二次骨折。采用多孔結構可以調節金屬材料的彈性模量，從而與骨組織相匹配。另外，多孔結構有利于周圍新生骨的長入，可以增加植入體與骨組織的結合強度。然而這種多孔結構在植入體內后不能與骨組織產生緊密接觸，而是優先被一些軟組織填充，直接導致了骨生成量少，需時長，骨滲入深度有限，無法使骨組織長入較深的材料內部。此外，多孔結構降低了金屬材料的力學性能，使得多孔金屬無法承受大的載荷，應用受到限制。

發明內容

本發明的目的是旨在解決目前醫用金屬植入器械生物活性低的問題，結合鎂及鎂合金良好的生物活性、較好的骨誘導性能以及可吸收降解的優勢，提供一種可引導骨生長的金屬復合材料及其應用。

本發明提供了一種可引導骨生長的金屬復合材料，該材料以多孔結構的金屬醫用材料為基體，在多孔結構中填充具有生物活性的鎂及鎂合金；這種復合結構和成分上的設計可以有效引導新生骨組織的生長，特別是使骨組織長入到植入體更深的內部中，促進骨組織與植入體的結合，并保證了植入體的力學性能。

本發明提供的可引導骨生長的金屬復合材料，所述金屬醫用材料為純鈦、鈦合金、不銹鋼、鈷基合金、鎳鈦形狀記憶合金中的一種或多種。

本發明提供的可引導骨生長的金屬復合材料，所述鎂及鎂合金的材料為純鎂系、鎂鋁系列合金、鎂錳系列合金、鎂鋅系列合金、鎂鋯系列合金、鎂稀土系列合金、鎂鋰系列合金、鎂鈣系列合金、鎂銀系列合金中的一種或由這些體系組合而成的三元系或多元系鎂合金。

本發明提供的可引導骨生長的金屬復合材料，所述將鎂及鎂合金填充到多孔結構中的填充方法為熔體浸滲法或澆鑄法。

本發明提供的可引導骨生長的金屬復合材料，所述多孔結構的孔隙率為10～80％，孔徑尺寸為100μ～900μm，開孔率＞60％。

本發明提供的可引導骨生長的金屬復合材料，所述多孔結構的制備方法包括快速成形法、粉末冶金法、等離子噴涂法、激光打孔法、電化學微加工法、凝膠注模成型法、自蔓延高溫合成法、纖維燒結法、發泡法、酸蝕方法、噴丸處理、噴砂處理。

本發明還提供了所述可引導骨生長的金屬復合材料的應用，該材料用于制備硬組織植入體(包括人工關節、人工骨、牙科植入體、整形美容醫療器械、骨髓腔植入體)，特別適用于人體硬組織缺陷填充的生物醫學工程，可作為實體器件使用，也可作為器件的表面及其中的組成部分。

鎂及鎂合金由于具有良好的生物相容性和生物可降解吸收性，近年來作為可降解醫用材料被廣泛關注和研究。研究表明，鎂元素是人體新陳代謝不可或缺的重要元素，成人每天的鎂需求量為400mg左右，因此鎂作為生物醫用材料具有非常良好的安全性基礎。與現有醫用金屬材料相比，鎂合金具有更優異的生物活性。鎂合金植入體內后，表面有磷酸鹽生成，在磷酸鹽與骨組織間有新骨生成，磷酸鹽層不斷向新骨組織轉變，新骨組織就在鎂合金植入體上生長。另外，鎂及鎂合金的一大優勢是其可降解吸收性，鎂合金植入體在服役期間逐漸被人體降解吸收。因此，鎂合金填充入多孔金屬結構形成的復合材料植入體，一方面保證了多孔醫用金屬材料的力學性能；另一方面，隨著鎂及鎂合金的降解與骨誘導作用，逐步引導新生骨組織長入多孔結構內部，增強了新生骨組織和植入體之間的結合強度，成骨量增加，實現良好的生物固定。

本發明的優點在于：

1.生物活性高。本發明引入生物活性高的鎂合金，通過鎂合金對骨生長的良好引導作用，可使新生骨組織長入多孔結構內部，增加了骨組織與植入體之間的結合強度，成骨量增加，實現良好的生物固定。

2.力學性能良好。本發明在多孔結構中填充入金屬鎂及其合金材料，由多孔結構變為實體的金屬復合材料，力學性能較多孔結構有了明顯提高。