[發明專利]一種抗菌鈦鈮鋯銅生物材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810807366.8
• 申請日: 2018-07-18
• 公開（公告）號: CN109136600A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 何正員;柯尊瑜;胡紅艷;蔣業華
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C14/00;C22C30/02;B22F3/105;A61L27/06
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本發明公開一種抗菌鈦鈮鋯銅生物材料的制備方法，屬于生物醫用材料制備技術領域。本發明所述方法為：按Ti：31～67%，Nb：20%~40%，Zr：10%~17%，Cu：3%~12%的質量百分比，分別稱取Ti、Nb、Zr、Cu金屬粉末，通過機械球磨使其混合均勻，真空干燥后備用；將所得的混合粉末裝入石墨模具中，再放入放電等離子燒結爐中燒結，隨爐冷卻至室溫即可得鈦鈮鋯銅生物材料。本發明制備得到鈦鈣銅生物材料的彈性模量低（33～50GPa）、強度高（900~1200MPa）；制備過程潔凈、工藝簡單、成本低廉，易于實現工業化生產。

技術領域

本發明涉及一種抗菌鈦鈮鋯銅生物材料的制備方法，屬于生物醫用材料制備技術領域。

背景技術

醫用鈦合金以其優異的生物相容性、無磁性和耐蝕性能，已廣泛運用于制作多種骨科、口腔醫療器械，如人工關節、骨創傷產品等骨科產品，以及口腔矯正產品等，其中Ti-6Al-4V、Ti-6Al-7Nb是目前臨床應用的典型醫用鈦合金，但是，因為Al和V在醫療過程中產生的有毒性，導致術后常有并發癥，文獻（Erlin Zhang , Lanlan Zheng , Jie Liu ,Bing Bai , Cong Liu. Influence of Cu content on the cell biocompatibility ofTi–Cusintered alloys. Materials Science and Engineering C 46 (2015) 148–157）通過熱壓燒結的方法在高純度鈦里加入抗菌性元素銅，得到的生物材料具有良好的生物相容性，但是純鈦的彈性模量（約100GPa）明顯高于人體骨骼的彈性模量（10-30GPa），作為醫用植入體因為其彈性模量高于人骨的彈性模量，在手術后不利于植入體與人骨之間的應力傳遞，容易造成植入體與人骨連接處的應力集中，容易引發炎癥，影響鈦合金的使用效果，這樣不但會給病人帶來不便，還會加重病人的經濟負擔。

近幾年，針對上述存在的問題，通過改善生物材料的彈性模量、抗菌性和力學性能來解決問題已經有了大量的研究。專利CN201110137259.7在純鈦中加入抗菌元素銅，利用真空熱壓燒結的方法，得到了具有整體抗菌性的生物鈦合金，上述發明解決了現有抗菌鈦或鈦合金的表面抗菌層易衰退或喪失，存在的長效性差的問題；但是上述發明所得的鈦合金生物材料，依然存在彈性模量高，力學性能差的問題；專利CN201110232840.7在現有醫用鈦合金Ti-6Al-4V的化學成分基礎上添加適量的銅元素，經過特殊的抗菌熱處理后，在醫用鈦合金的基體中析出一種鈦銅相，從而賦予醫用鈦合金抗細菌感染的能力。該鈦合金可廣泛應用于骨科、口腔科等醫學臨床領域中使用的各類鈦合金醫療器械；解決現有臨床中由醫用鈦合金醫療器械植入引發的細菌感染等問題，但是此發明得到的醫用鈦基生物材料的彈性模量高于人骨的彈性模量，容易產生“應力屏蔽”現象，最終導致植入體的松動和斷裂；專利CN201310324368.9以鈦鉭鈮鋯硅為原料，采用非自耗真空熔煉爐熔煉，出爐后澆鑄成鈦鉭鈮鋯硅合金鑄錠，然后在進行一定溫度下的熱處理和熱軋，得到的生物醫用低彈性模量鈦鉭鈮鋯硅合金，其彈性模量在40～60GPa之間，作為醫用植入材料能大大降低“應力屏蔽”效應，并且其抗拉強度和斷裂延伸率均有所提高，但是這種鈦鉭鈮鋯硅合金并不具備抗菌性，作為植入體容易引起細菌感染。綜上所述，尋找一種彈性模量低且具備抗菌性的生物材料是非常有必要的。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：目前生物醫用材料在臨床應用過程中存在的問題，如彈性模量高、組織力學性能差以及抗菌性等問題，本發明的目的在于提供一種抗菌鈦鈮鋯銅生物材料的制備方法，進一步提高人工植入物的組織力學性能和抗菌性，解決植入物與骨組織之間因結合力差、生物相容性低以及術后感染導致骨組織難以生長、愈合問題，具體工藝步驟如下：

（1）按Ti：31～67%，Nb：20%~40%，Zr：10%~17%，Cu：3%~12%的質量百分比，分別稱取Ti、Nb、Zr、Cu金屬粉末，通過機械球磨使其混合均勻，真空干燥后備用；