[發明專利]一種抗菌材料增材、制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202110455747.6
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113172237A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 李佳奇;李震;張迪
• 申請（專利權）人: 廣州柔巖科技有限公司
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/64;C22C14/00;A61L27/06;A61L27/54;B33Y10/00;B33Y40/20;B33Y70/00;B33Y80/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 藍曉玉

本發明屬于金屬材料技術領域，公開了一種抗菌材料增材、制備方法及其應用，將鈦或鈦合金球型粉末與銅球型粉末按照特定比例混合，或，利用特定比例的鈦銅合金鑄錠，采用等離子旋轉電極，等離子霧化或氣霧化方法制備球型合金粉末；利用激光熔融或電子束增材制造技術加工原材料粉末；對加工后的制品進行熱處理，并在爐內冷卻后再進行熱等壓處理；進行均勻化處理；進行時效性處理，即可。本發明提供了一種合金的增材制造生產方法和后處理工藝，相較于抗菌涂層可使常用的鈦及鈦合金擁有長效的抗菌效果。本發明可利用增材制造優勢加工特定比例的混合材料，賦予傳統鈦基材料的抗菌特性，后處理工藝可以平衡零件的力學性能和抗菌效果。

技術領域

本發明屬于金屬材料技術領域，尤其涉及一種抗菌材料增材、制備方法及其應用。

背景技術

目前，增材制造(AM)或稱3D打印是以數字模型為基礎，將材料逐層堆積制造的新興制造技術，在個性化定制、復雜結構部件制備等方面具有與醫療應用結合的顯著優勢。鈦和鈦合金由于良好的機械性能，生物相容性和耐腐蝕性，是目前增材制造應用最廣泛的金屬材料，并可作為植入物用于人體內部環境。結合增材制造的多孔結構，比如類似骨小梁結構可促進組織生長和投放藥物。但時常手術后醫療植入物周圍的細菌感染已成為常見的問題，可能會導致植入物導引失敗，給患者帶來痛苦。

這是細菌形成的生物膜彼此粘附會在植入物表面產生一層薄膜，從而導致炎癥。植入物表面周圍的炎癥影響硬以及圍繞植入物的軟組織。它可能導致牙齦縮回和骨組織吸收。特別是后者將長期嚴重影響植入物長期而言，會使植入物失去功能并失敗。因此，在細菌開始形成細菌之前，找到一種殺死細菌的方法至關重要生物膜，以避免植入失敗。銅元素具有廣譜抗菌效果和低廉的價格是理想的輔助添加元素，少量的溶解的銅對人體有益，并且起著作用作為許多酶的輔助因子。

現有抗菌方式多為在材料表面做抗菌涂層，運用酸，堿，熱處理及氧化表面改性技術獲得一定的抗細菌感染的能力，但其抗菌性在長期的使用中存在表面區域性與時間上的長效性問題。常規合金植入體通常采用鍛造方法制備，但由于其彈性模量遠高于人體骨，易引起“應力屏蔽”現象，從而導致手術失敗。增材制造的多孔結構可以降低合金植入體的彈性模量，且通過調節孔徑大小可以個性化匹配患者，并且有誘導人體細胞長入的優勢，是未來植入體材料重要的發展方向。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：現有的增材制造材料不具備抗菌功能，抗菌效果不佳。

解決以上問題及缺陷的難度為：在常規材料的增材制造工藝及熱處理體系下加入抗菌元素，需要平衡材料的抗菌性和機械性能。比如銅元素在特定比例范圍類，隨著銅元素濃度的提高會提高材料的抗菌效果。但是隨著銅元素濃度的提高，材料的強度會提高而彈性會減弱。而彈性模量是植入體材料的重要指標，對材料的多孔結構設計有決定性的作用。

解決以上問題及缺陷的意義為：在抗菌元素有效濃度的范圍內匹配增材制造及熱處理工藝，可以滿足醫療復雜多元的應用場景。例如，承重骨和非承重骨不同的力學性能和抗磨損要求；口腔環境有復雜的菌群，如果不是種植體，材料更側重于抗菌性而非力學性能；也可制造抗菌定制化醫療器具。擁有穩定長效抗菌效果的高性能材料更能滿足醫療行業的發展需求。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種抗菌材料增材、制備方法及其應用。

本發明是這樣實現的，一種抗菌材料增材制備方法，所述抗菌材料增材制備方法包括：

步驟一，將原材料進行混合或處理得到原材料粉末；利用激光熔融或電子束增材制造技術加工原材料粉末；

步驟二，對加工后的制品根據應用場景的需求進行熱處理，或在爐內冷卻后再進行熱等壓處理；或進行輔助均勻化處理；或進行時效性處理，即可。

進一步，步驟一中，所述將原材料進行混合或處理得到原材料粉末包括：

將鈦或鈦合金球型粉末與銅球型粉末按照特定比例混合，并在混粉器中機械混合4-10h；