[發明專利]一種仿松質骨結構與超低彈性模量的人工骨骼及制備方法

在審

• 申請號: 201711110765.0
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107899070A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 饒席;楊濟涵;譚小東
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: A61L27/06
• 分類號: A61L27/06;A61L27/32;A61L27/30;A61L27/54;A61L27/56
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技術領域

本發明涉及一種仿松質骨結構與超低彈性模量的人工骨骼及制備方法，特別是涉及由鈦或鈦合金人工骨骼以及羥基磷灰石復合多孔網狀結構鈦酸鈉表面層組成的人工骨骼及制備方法，屬于松質骨置換技術領域。

背景技術

松質骨是一種由桿和板狀的小梁組成的多孔網絡結構。由于其獨特的多孔結構，它在人體中有著巨大的優勢，如快速血管化、骨生長等方面。然而，松質骨的損傷多是由于創傷、疾病或手術。骨缺損的修復是外科醫師面臨的一個新的挑戰，但由于材料的選擇、制作方法、生物相容性等方面的原因，仍然存在著困難。

鈦及其合金以其獨特的力學性能、優越的生物相容性和耐腐蝕性，被譽為最有發展前途的生物材料之一。為了避免植入手術后不可避免的“應力屏蔽”，鈦基植入物的彈性模量和人體松質骨一樣。因此，兩個具有吸引力的概念呼之欲出：一方面建議添加無毒的β-穩定劑和中性元素，包括鈮、鋯和鉭。另外，多孔結構的制備也是解決方案，并已被廣泛報道?；谶@些，多孔TiNbZr合金被認為是有潛質的松質骨替代材料之一。到目前為止，許多學者表明并通過各種方法制造TiNbZr支架，如空間支架法，快速原型法，和冷凍鑄造方法等。

近年來，聚合物泡沫模板法作為一種可靠的傳統工藝被用于制備多孔陶瓷和玻璃等材料。這一過程涉及到開孔聚合物模板與原料漿料的涂覆，然后通過燒結過程將聚合物泡沫擠出，從而從原來的聚合物模板中產生一個多孔支架的復制品。由于不同類型的聚合物泡沫，各種多孔支架可以很容易地實現。因此，鑒于這種優勢，在最近的研究中也將此技術引入到了多孔鈦的制造。

鈦基合金通常被認為是一種生物惰性材料，因為表面的天然鈍化膜導致其與周圍的骨組織直接結合的能力很差。為了獲得良好的生物活性，幾十年來發展了一系列表面改性技術。其中低溫水熱合成法是一種化學處理技術，因其工藝簡單、生產成本低廉而倍受關注。特別是在不考慮形態學性質的情況下，該方法可以對任意曲面進行修改。此外，在水熱處理過程中，通過生成Ti-OH 基團，可以提高表面生物活性，例如磷灰石的形成能力。因此尋找合適的工藝在松質骨結構的鈦合金基體表面制備具有特殊結構的鈦酸鈉生物活性涂層，并且增強其功能性，將越來越受到松質骨植入材料技術領域的重視。

本發明的目的是克服修復外科中材料的選擇、制作方法、生物相容性等方面的不足。我們通過聚合物模板法合成一種仿松質骨結構與超低彈性模量的人工骨骼，具有相較于其他材料超低的彈性模量為0.21GPa，接近人體松質骨的彈性模量（0.01-3.0GPa）、并且能夠可控制備高孔隙率連通孔結構。我們進一步研究，通過堿液水熱反應技術使得人工骨骼表面具有良好的生物活性。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于：（1）提供一種提高表面生物活性的簡便處理方法；（2）提供一種仿松質骨結構與超低彈性模量的人工骨骼。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

1、本發明提供的仿松質骨結構與超低彈性模量的人工骨骼包含鈦和鈦合金支架以及羥基磷灰石復合多孔網狀鈦酸鈉表面層且具有0.21GPa的超低彈性模量。

本發明提供的仿松質骨結構與超低彈性模量的人工骨骼的制備方法，包含如下步驟：

(1)首先通過聚合物模板技術合成致密的鈦合金人工骨骼，由β 相和 α 相的鈦合金組成；

(2)接著采用堿液水熱合成技術處理在步驟（1）得到的致密的鈦合金人工骨骼，使其表面形成多孔網狀結構的鈦酸鈉涂層；

(3)然后步驟（2）得到的表面具有多孔結構網狀結構的鈦酸鈉涂層的人工骨骼支架浸泡于模擬體液中數日，使得在多孔網狀鈦酸鈉表面復合羥基磷灰石；

(4) 將步驟（3）得到的表面復合羥基磷灰石的人工骨骼用酒精和去離子水淋洗后，干燥，消毒后無菌保存，備用，即得到一種仿松質骨結構與超低彈性模量的人工骨骼。

進一步，步驟（1）的通過聚合物模板技術合成致密的鈦合金人工骨骼，包括以下步驟：首先將聚合物泡沫、金屬粉末、去離子水和明膠混合，并在真空環境下球磨2~8h；接著在100~400℃進行熱處理，處理時間為1~8h，移除聚合物泡沫，再在真空下進行燒結，使得粉末轉變為致密的鈦合金人工骨骼。

進一步，上述的燒結條件為溫度為1000~1500℃，時間為2~10h。

進一步，上述的聚合物泡沫為聚氨酯，尺寸為5~20mm×5~20mm×5~20mm，其孔徑直徑在0.1~2mm；所述的金屬粉末包含金屬鈦、金屬鈮和金屬鋯，其中金屬鈦的粒徑為20~50μm，金屬鈮的粒徑為20~60μm以及金屬鋯的粒徑為10~40μm。