[發明專利]一種表面具有微納結構的誘骨醫用鈦合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202010835998.2
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN112057674A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 劉磊;夏木建;周廣宏;李年蓮;林岳賓;丁紅燕
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: A61L27/56
• 分類號: A61L27/56;A61L27/50;A61L27/06;A61L27/12;A61L27/54;C22C14/00;C22C1/05;C22C1/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種表面具有微納結構的誘骨醫用鈦合金及其制備方法，該誘骨醫用鈦合金表面具有微米級孔隙，微米級孔隙內部分布有納米多孔結構，納米多孔結構內附著有納米羥基磷灰石顆粒；該誘骨醫用鈦合金的制備方法包括以下步驟：(1)將納米羥基磷灰石粉末與醫用鈦合金粉末混合均勻的復合材料粉；(2)將復合材料粉末采用等離子微波燒結，得到醫用鈦?鈣合金；(3)利用飛秒激光熱源在鈦?鈣合金表面進行掃略加工。該誘骨醫用鈦合金孔隙內壁分布的納米級多孔結構，便于骨組織在孔隙內的梯度式攀附生長，鈦合金與骨組織界面穩定結合，鈦合金植入體的骨誘導活性好。

技術領域

本發明涉及一種誘骨醫用鈦合金及其制備方法，更具體地，涉及一種表面具有微納結構的誘骨醫用鈦合金及其制備方法。

背景技術

鈦及鈦合金因具有力學性能優良、比強度高、和耐腐蝕性和生物相容性良好等優點，而成為當前骨骼及牙齒等硬組織植入體制造所需的重要金屬材料，具有廣闊的應用前景。但臨床應用發現，鈦合金屬于生物惰性金屬材料，其結構和性質與骨組織差別大，缺乏生物活性，與人體骨骼間僅形成機械嵌合的骨結合，缺乏骨誘導作用、與周圍組織無強有力的化學性結合。通過對鈦合金表面改性能夠解決該問題，目前鈦合金表面改性主要包括以下兩種方法：1、通過物理或化學氣相沉積、溶膠凝膠、電化學沉積等表面改性方法，在醫用鈦合金表面沉積二氧化鈦、CaP、多巴胺等涂層以提高鈦合金植入體的活性，促進骨組織的生長。該類方法一定程度上提高了鈦合金的生物活性，但鈦合金植入體在人體服役過程中必然承載自然骨傳遞的壓應力和腐蝕摩擦作用，但上述涂層與鈦合金間物性差異大，造成膜/基結合強度難以顯著提升，且人體正常運動時骨骼間交互循環應力也影響涂層的過早失效；2、通過微弧氧化、激光3D打印等加工工藝在醫用鈦合金表面制造微米尺度多孔結構，促使骨組織向孔內生長，以增強鈦合金與人體骨骼的結合能力。該類微米級孔道為骨組織生長提供了通道，但孔道內壁較光滑，對骨植入體周圍骨組織的誘導能力有所不足。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種能夠容納骨組織在孔隙內的梯度式攀附生長、骨誘導特性和骨誘導特性好的表面具有微納結構的誘骨醫用鈦合金，本發明的另一目的是提供該誘骨醫用鈦合金的制備方法。

技術方案：本發明所述的表面具有微納結構的誘骨醫用鈦合金，表面具有微米級孔隙，微米級孔隙內部分布有納米多孔結構，納米多孔結構內附著有納米羥基磷灰石顆粒。

其中，微米級孔隙尺寸為10～80μm，醫用鈦合金為TiNi合金。

本發明所述的表面具有微納結構的誘骨醫用鈦合金的制備方法，包括以下步驟：

(1)將納米羥基磷灰石粉末與醫用鈦合金粉末利用濕法球磨工藝混合，獲得混合均勻的復合材料粉末；

(2)將復合材料粉末采用等離子微波燒結，得到醫用鈦-鈣合金；

(3)利用飛秒激光熱源在鈦-鈣合金表面進行掃略加工，在鈦-鈣合金表面形成負載羥基磷灰石的微納多孔結構。

其中，步驟1中混合納米硅粉與醫用鈦合金粉末時在在氬氣保護氣氛下進行，納米羥基磷灰石粉末與醫用鈦合金粉末的質量比為1:999～2:98；步驟2中等離子微波燒結溫度為600～1100℃；步驟3中飛秒激光功率為0.3～3W，掃略速度為0.5～1.5mm/s，飛秒激光的掃略路徑為正交型，能夠促使孔隙內壁輪廓呈正態狀，促進骨組織在孔隙內的梯度式攀附生長。

工作原理：將誘骨生長的納米羥基磷灰石粒子加入鈦合金粉體中，采用等離子微波燒結成形，獲得醫用鈦-鈣合金，增強傳統鈦合金植入體的生物活性，利用飛秒激光在醫用鈦-鈣合金表面掃略成形微米尺度的孔隙內壁，孔隙內壁為納米多孔結構，納米多孔結構上負載有納米羥基磷灰石顆粒，利用微米孔隙內活性納米羥基磷灰石粒子誘導作用及高比面積納米多孔結構較強的機械嵌合能力，能夠顯著誘導骨組織向孔隙內生長，促使鈦合金植入體周圍骨組織的快速生長愈合，使鈦合金和人體骨骼間形成較強的骨結合，進而能夠縮短患者的治愈周期。