專利名稱：一種生物醫(yī)用多孔鈦植入體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物醫(yī)用植入體技術(shù)，具體說(shuō)是一種生物醫(yī)用多孔鈦植入體，以及用鈦絲或鈦合金絲制備生物醫(yī)用多孔鈦植入體的方法。
背景技術(shù)：
鈦以及鈦合金因其優(yōu)良的力學(xué)性能、生物相容性和耐腐蝕性能，被廣泛應(yīng)用于制造人工關(guān)節(jié)、牙齒根以及其他整形植入體。為達(dá)到植入體的永久或半永久生物固定，通常在植入體表面制備一層多孔材料涂層，以期達(dá)到永久或半永久生物固定，但是多孔涂層通常很薄，實(shí)體基體與多孔涂層之間存在很高的彈性模量梯度，實(shí)體基體承擔(dān)了幾乎全部載荷。盡管表面的多孔涂層可以解決表面的生物固定，但是仍然不能避免由于植入體與骨組織力學(xué)性能不匹配造成的“應(yīng)力屏蔽”現(xiàn)象，致使長(zhǎng)入孔隙的新生骨量很少，或者長(zhǎng)期使用條件下出現(xiàn)植入體周圍的骨萎縮情況。多孔材料由于存在孔隙結(jié)構(gòu)，使得彈性模量可以調(diào)整到與自然骨相匹配的范圍，因此將植入體整體采用多孔材料不僅可以使植入體與骨組織表面的永久或半永久固定，而且由于植入體力學(xué)性能與骨組織相匹配從而使植入體可以最大限度地避免“應(yīng)力屏蔽”現(xiàn)象和隨后的骨萎縮發(fā)生。由此開(kāi)發(fā)了生物醫(yī)用多孔鈦材料。
為了形成孔隙并更好地控制孔隙度和孔形態(tài)，通常的制備方法是鈦粉、造孔劑和粘結(jié)劑混合壓制成形，然后在真空爐中燒結(jié)。由于鈦高溫時(shí)化學(xué)性質(zhì)活潑，造孔劑和粘結(jié)劑去除溫度已經(jīng)高于鈦的氧化溫度，因此必須在真空條件下去除造孔劑和粘結(jié)劑。即使是這樣，造孔劑或粘結(jié)劑大量揮發(fā)和碳化會(huì)參與鈦的燒結(jié)過(guò)程，影響材料的使用性能。而且由于揮發(fā)使得形成的孔隙的孔壁上含有大量的微孔，這些微孔在受力時(shí)極易產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致多孔鈦力學(xué)性能下降；另外真空條件下去除造孔劑和粘結(jié)劑殘留的碳化產(chǎn)物對(duì)真空設(shè)備損傷較大，因此成本較高。因此，開(kāi)發(fā)一種新型的無(wú)污染、高力學(xué)性能生物醫(yī)用多孔鈦植入體的制備方法迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種生物醫(yī)用多孔鈦植入體及其制造方法。本發(fā)明由鈦絲或鈦合金絲制備生物醫(yī)用多孔鈦植入體，不使用造孔劑，孔壁緊實(shí)、無(wú)污染、強(qiáng)度高，可以實(shí)現(xiàn)骨組織長(zhǎng)入孔內(nèi)，形成半永久或永久生物固定。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，實(shí)施成本低，可以用于制造齒根和人工關(guān)節(jié)等醫(yī)用多孔鈦整形植入體。
本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明提出用鈦絲或鈦合金絲制備的生物醫(yī)用多孔鈦植入體的方法，包括下述步驟(1)將直徑為50-1000微米的鈦或鈦合金絲繞成螺旋體，螺距為50-1000微米、螺徑為50-4000微米，然后將螺旋體交叉排列于植入體成形模具中，根據(jù)所要達(dá)到的孔隙度和孔隙大小的要求進(jìn)行壓制，壓制成型后取出；(2)隨后在20-60℃下混合溶劑清洗20-30分鐘，再混合酸處理20-60分鐘，然后水清洗。清洗用混合溶劑為丙酮與無(wú)水乙醇的混合物，混合體積比為丙酮∶無(wú)水乙醇＝1∶(1-2.5)?；旌纤岬捏w積比為HF∶HCl∶H2SO4∶H2O＝1∶(10-50)∶(10-50)∶100；(3)然后在真空或氬氣保護(hù)下900-1400℃燒結(jié)0.5-5小時(shí)，爐冷至室溫；真空保護(hù)時(shí)，真空度為1.0×10-3Pa-9.9×10-2Pa；氬氣保護(hù)時(shí)，氬氣壓力為0.05MPa-10MPa(4)隨后在混合體積比為(1∶(1-5))的NaOH溶液與過(guò)飽和Ca(OH)2溶液構(gòu)成的混合堿中沸騰處理3-10小時(shí)，其中NaOH溶液的濃度為5-10M；(5)再用水清洗干凈后，在550-700℃下，干燥1-4小時(shí)，自然緩冷至室溫，最后得到生物醫(yī)用多孔鈦植入體。
本發(fā)明制備的生物醫(yī)用多孔鈦植入體孔隙度為40-80％，孔隙大小為20-2000微米，壓縮平臺(tái)應(yīng)力可達(dá)20-300MPa。
本發(fā)明中所說(shuō)的鈦絲可以是商業(yè)純度鈦絲(TA1、TA2、TA3、TA4)，也可以是生物醫(yī)用品質(zhì)的ER711、ER712；本發(fā)明中所說(shuō)的鈦合金絲是鈦合金(Ti-6Al-4V)絲或生物醫(yī)用鈦合金絲ER715、TI-6AL-4VELI。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是1、本發(fā)明由鈦絲或鈦合金絲制備生物醫(yī)用多孔鈦植入體，不使用造孔劑，孔壁緊實(shí)、無(wú)污染、強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定，壓縮平臺(tái)應(yīng)力可達(dá)20-300MPa。本發(fā)明可以用于制造齒根和人工關(guān)節(jié)等生物醫(yī)用多孔鈦整形植入體，本發(fā)明制造的人工植入體適宜骨組織長(zhǎng)入，可以與骨組織形成優(yōu)良的骨性結(jié)合，從而達(dá)到永久或半永久生物固定。
2、本發(fā)明制備的多孔鈦植入體，孔隙度為40-80％，孔隙大小為20-2000微米，其多孔結(jié)構(gòu)為完全開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)植入體相比，可使新生骨組織、脈管系統(tǒng)等更容易長(zhǎng)入到孔隙中，形成半永久或永久生物固定。
3、本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備要求低，操作方便、實(shí)施成本低。


圖1為本發(fā)明鈦或鈦合金螺旋體交叉排列于模具進(jìn)行壓制的示意圖。
具體實(shí)施例方式
通過(guò)下述實(shí)施可以更好的理解本發(fā)明，但這些實(shí)例并不用來(lái)限制本發(fā)明。
實(shí)施例1取直徑為1000微米的商業(yè)純鈦絲TA2，將其繞制成螺距為1000微米、螺徑為4000微米的螺旋體，將螺旋體交叉排列于模具中，壓制成型后取出。如圖1所示，壓制成型步驟包括(a)→(b)→(c)→(d)，步驟(a)-(b)為將螺旋體1交叉排列，步驟(c)為將交叉排列的螺旋體1卷成柱狀，步驟(d)為將螺旋體卷成柱狀后置于模具2的柱狀孔內(nèi)，從上方施加壓力進(jìn)行壓制，本實(shí)施例中施加的壓力為25MPa，壓制時(shí)間為10分鐘；于28℃下用混合體積比為1∶1的丙酮與無(wú)水乙醇混合溶劑清洗20分鐘，然后用混合酸處理30分鐘，混合酸體積比為HF∶HCl∶H2SO4∶H2O＝1∶50∶50∶100，之后水沖洗。然后在1400℃真空(真空度為8.0×10-2Pa)下燒結(jié)3小時(shí)，爐冷至室溫；隨后在混合體積比為(1∶1)的濃度5M的NaOH溶液與過(guò)飽和Ca(OH)2溶液的混合堿中沸騰處理10小時(shí)。用清水洗干凈后，在700℃下，干燥1小時(shí)，自然緩冷至室溫，最后得到生物醫(yī)用多孔鈦植入體，孔隙度為40％，孔隙大小為500-2000微米，壓縮平臺(tái)強(qiáng)度為300MPa。
實(shí)施例2取直徑為50微米的商業(yè)高純鈦絲TA1，將其繞制成螺距為50微米、螺徑為50微米的螺旋體，將螺旋體交叉排列于模具中，壓制成型后取出，見(jiàn)圖1，本實(shí)施例中施加的壓力為5MPa，壓制時(shí)間為5分鐘；于20℃下用混合體積比為1∶1的丙酮與無(wú)水乙醇混合溶劑清洗20分鐘，然后混合酸處理20分鐘，混合酸體積比為HF∶HCl∶H2SO4∶H2O＝1∶20∶30∶100。清水沖洗、晾干后在900℃真空(真空度為1.0×10-3Pa)下燒結(jié)30分鐘，爐冷至室溫；隨后在混合體積比為(1∶5)、由濃度6M的NaOH溶液與過(guò)飽和Ca(OH)2溶液的混合堿中沸騰處理3小時(shí)。用水清洗干凈后，在600℃下，干燥1小時(shí)，緩冷至室溫。最后得到生物醫(yī)用多孔鈦植入體，孔隙度為80％，孔隙大小為20-100微米，壓縮平臺(tái)強(qiáng)度為26MPa。
實(shí)施例3采用直徑為400微米的生物醫(yī)用鈦合金絲Ti-6Al-4VELI，將其繞制成螺距為1200微米、螺徑為2000微米的螺旋體，將螺旋體交叉排列于模具中，壓制成型后取出，見(jiàn)圖1，本實(shí)施例中施加的壓力為20MPa，壓制時(shí)間為10分鐘。于30℃下用混合體積比為1∶2的丙酮與無(wú)水乙醇混合溶劑清洗20分鐘，然后用混合酸處理25分鐘，混合酸為HF∶HCl∶H2SO4∶H2O＝1∶50∶30∶100(體積比)，之后水沖洗。然后在1200℃氬氣保護(hù)下(壓力為10MPa)下燒結(jié)3小時(shí)，爐冷至室溫；隨后在混合體積比為(1∶3)的濃度5M的NaOH溶液與過(guò)飽和Ca(OH)2溶液的混合堿中沸騰處理6小時(shí)。用清水洗干凈后，在550℃下，干燥1小時(shí)，自然緩冷至室溫，最后得到生物醫(yī)用多孔鈦植入體，孔隙度為55％，孔隙大小為200-500微米，壓縮平臺(tái)強(qiáng)度為186MPa。
實(shí)施例4取直徑為200微米的的生物醫(yī)用鈦合金絲ER715，將其繞制成螺距為1200微米、螺徑為1100微米的螺旋體，將螺旋體交叉排列于模具中，壓制成型后取出，見(jiàn)圖1，本實(shí)施例中施加的壓力為15MPa，壓制時(shí)間為10分鐘。于30℃下用混合體積比為(1∶2.5)的丙酮與無(wú)水乙醇混合溶劑清洗20分鐘，然后用混合酸處理30分鐘，混合酸為HF∶HCl∶H2SO4∶H2O＝1∶20∶50∶100(體積比)，之后水沖洗。然后在1000℃氬氣保護(hù)下(壓力為0.05MPa)下燒結(jié)2小時(shí)，爐冷至室溫；隨后在混合體積比為(1∶5)的濃度10M的NaOH溶液與過(guò)飽和Ca(OH)2溶液的混合堿中沸騰處理8小時(shí)。用清水洗干凈后，在650℃下，干燥1小時(shí)，自然緩冷至室溫，最后得到生物醫(yī)用多孔鈦植入體，孔隙度為60％，孔隙大小為100-600微米，壓縮平臺(tái)強(qiáng)度為100MPa。
權(quán)利要求
1.一種生物醫(yī)用多孔鈦植入體，其特征在于孔隙度為40-80％，完全開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，孔隙大小為20-2000微米，壓縮平臺(tái)強(qiáng)度可達(dá)20-300MPa。
2.一種生物醫(yī)用多孔鈦植入體的制備方法，其特征在于包括下述步驟(1)將鈦或鈦合金絲繞成螺徑為50-4000微米的螺旋體，然后將螺旋體交叉排列于模具中壓制成型；(2)之后，在20-60℃下混合溶劑清洗20-30分鐘，再經(jīng)混合酸處理20-60分鐘，隨后水清洗；最后于900-1400℃真空或氬氣保護(hù)下燒結(jié)0.5-5小時(shí)，爐冷至室溫；(3)最后，在混合堿中沸騰處理3-10小時(shí)；水清洗后在550-700℃下干燥1-4小時(shí)，緩冷至室溫，即得到生物醫(yī)用多孔鈦植入體。
3.按照權(quán)利要求2所述的生物醫(yī)用多孔鈦植入體的制備方法，其特征在于所用的鈦絲或鈦合金絲直徑為50-1000微米。
4.按照權(quán)利要求2所述的生物醫(yī)用多孔鈦植入體的制備方法，其特征在于所說(shuō)的鈦絲或鈦合金絲繞成螺旋體的螺距為50-1000微米。
5.按照權(quán)利要求2所述的生物醫(yī)用多孔鈦植入體的制備方法，其特征在于清洗用混合酸的體積比為HF∶HCl∶H2SO4∶H2O＝1∶(10-50)∶(10-50)∶100。
6.按照權(quán)利要求2所述的生物醫(yī)用多孔鈦植入體的制備方法，其特征在于真空保護(hù)時(shí)，真空度為9.9×10-2Pa-1.0×10-3Pa；氬氣保護(hù)時(shí)，氬氣壓力為0.05MPa-10MPa。
7.按照權(quán)利要求2所述的生物醫(yī)用多孔鈦植入體的制備方法，其特征在于所說(shuō)的混合堿為5-10M濃度的NaOH溶液與過(guò)飽和Ca(OH)2溶液混合，體積比為1∶(1-5)。
8.按照權(quán)利要求2所述的生物醫(yī)用多孔鈦植入體的制備方法，其特征在于清洗用混合溶劑為丙酮與無(wú)水乙醇的混合物，混合體積比為∶丙酮∶無(wú)水乙醇＝1∶(1-2.5)。
9.按照權(quán)利要求2所述的生物醫(yī)用多孔鈦植入體的制備方法，其特征在于所用的鈦絲可以是商業(yè)純鈦絲TA1、TA2、TA3或TA4，可以是生物醫(yī)用品質(zhì)的鈦絲ER711或ER712；所說(shuō)的鈦合金絲可以是鈦合金Ti-6Al-4V絲，可以是生物醫(yī)用鈦合金ER715或Ti-6Al-4VELI絲。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物醫(yī)用多孔鈦植入體和以鈦絲或鈦合金絲制備生物醫(yī)用多孔鈦植入體方法。該多孔鈦植入體的壓縮平臺(tái)強(qiáng)度為20－300MPa，孔隙度為40－80％，完全開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，孔隙大小為20－2000微米。制備方法將直徑為50－1000微米的鈦或鈦合金絲繞成螺距為50－1000微米和螺徑為50－4000微米的螺旋體，然后將螺旋體交叉排列于模具中壓制成型。然后經(jīng)混合溶劑清洗、混合酸清洗以及水清洗后在900－1400℃真空或氬氣保護(hù)下燒結(jié)0.5－5小時(shí)。隨后經(jīng)過(guò)5－10M的NaOH溶液與過(guò)飽和Ca(OH)
文檔編號(hào)A61L27/56GK101049516SQ200610046258
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2006年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月7日
發(fā)明者張二林, 鄒鶉?guó)Q, 曾松巖, 楊柯 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所