[發明專利]一種多孔Nb-Ta-Ti-Si生物醫用材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010038538.7
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111084903A
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 劉玨
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: A61L27/06
• 分類號: A61L27/06;A61L27/56;A61L27/58;B22F1/00;B22F3/04;B22F3/10;B22F3/11;C22C1/08;C22C27/02;C22C30/00
• 代理公司: 長沙新裕知識產權代理有限公司 43210
• 代理人: 劉熙

本發明公開了一種多孔Nb?Ta?Ti?Si生物醫用材料及其制備方法，屬于生物醫用復合材料技術領域，其組成成分及其質量分數為Nb?(10～20wt.％)Ta?(20～30wt.％)Ti?(0.1～0.5wt.％)Si，余量為Nb。所述多孔材料的制備工藝包括粉末混合、料漿制備、碳纖維模板浸潤、等靜壓處理、真空燒結等5大主要步驟。本發明所制備的多孔合金以β型穩定存在，孔隙率為40％～70％，壓縮強度80～120MPa，彈性模量2～5GPa。本發明所設計的合金體系中的各元素均具有良好的生物相容性，對人體無毒副作用，具有良好的力學相容性，有利于保證人體機能的正常作用及植入物的遠期穩定性。

技術領域

本發明屬于生物醫用復合材料技術領域，涉及一種多孔Nb-Ta-Ti-Si生物醫用材料及其制備方法。

背景技術

生物醫用材料是用來對生物體進行診斷、治療、修復或替換其病損組織、器官或增進其功能的一類材料，其在人類的生活中至關重要，它的存在與人類的健康息息相關。目前應用最為廣泛的生物醫用金屬材料包括316L不銹鋼、鈦合金、鈷基合金、NiTi合金等。然而，隨著醫療技術的發展與經濟水平的提高，生物醫用金屬材料在臨床應用上的不足逐漸凸顯。致密金屬的彈性模量遠高于人體骨組織，應力將會優先向植入材料傳遞，從而產生“應力屏蔽”效應。長期得不到應力刺激的骨組織周圍會逐漸出現骨吸收、骨萎縮等現象，最終導致植入材料失效。

從文獻調研的結果來看，金屬材料彈性模量降低效果最為明顯的方法為引入多孔即控制孔隙類型、孔隙率、孔徑尺寸。多孔金屬的制備常見方法包括造孔劑法和纖維冶金法。造孔劑法通過選擇早空寂的種類和添加量來達到獲得多孔結構的目的。但由于造孔劑的揮發過程并不可控，因此該法無法準確控制孔隙的形貌、孔隙大小及孔隙率。纖維冶金法可以獲得貫通的孔隙結構，但是該法需要在還原氣氛下燒結金屬纖維絲加工圍成的纖維氈，實驗過程繁瑣、加工成本較高。

Ti因其具有優異的力學性能、出色的耐腐蝕性能，因此在結構材料、功能材料上均有廣泛的應用。Ti合金用于生物醫用材料由來已久，但隨著應用的逐漸深入，其負面作用也逐漸因其人們的重視。以Ti-6Al-4V合金為代表的合金體系中含有Al、V等金屬離子，上述離子均有誘發基體過敏反應甚至致癌的可能性，不利于人體健康。因此，國內外學者開始尋求以不含毒副作用的金屬元素來替代Al、V等元素。Nb、Ta力學性能和Ti合金相當，耐腐蝕性能和生物相容性甚至超過了Ti。Nb和Ta的穩定相皆為β相，較之于α相其具有更低的彈性模量。目前針對于Ti-Nb-Ta合金的研究眾多，但絕大部分的研究都集中在低含量的Nb、Ta元素的添加上，極少涉及高含量的Nb、Ta合金。Si元素是人體中一種重要的微量元素，具有調節骨代謝、促進骨修復的作用。同時，Si能與Ti發生共析相變，較強烈的降低α+β/β相變點，有利于使合金形成穩定的β相。

發明內容

本發明的目的在于克服現有生物醫用金屬材料金屬離子釋放問題，致密金屬材料彈性模量過高容易引起應力屏蔽等缺陷，提供一種不含毒性組元、具有與人骨適配彈性模量、生物相容性優異的生物醫用β型合金體系及其制備方法。

其具體技術方案為：

一種多孔Nb-Ta-Ti-Si生物醫用材料，其成分包含Ti、Nb、Ta、Si四種元素，其Nb-(10～20wt.％)Ta-(20～30wt.％)Ti-(0.1～0.5wt.％)Si，多孔合金以β型的孔隙率為40％～70％，壓縮強度80～120MPa，彈性模量2～5GPa。

一種本發明多孔Nb-Ta-Ti-Si生物醫用材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)根據合金體系各元素組成的質量比例分別稱取高純Nb、Ta、Ti、Si粉末，原始粉末通過高能球磨獲得復合粉末；

(2)將復合粉末與甲基纖維素水溶液充分混合，制成粉末料漿；

(3)聚氨酯多孔泡沫浸入粉末料漿中，經過超聲震蕩反復浸潤，制成多孔生坯；