專利名稱：鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)用材料領(lǐng)域，特別涉及一種醫(yī)用骨修復(fù)材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料可作為可降解的醫(yī)用骨修復(fù)材料。傳統(tǒng)的骨修復(fù)材料具有各種問(wèn)題，有的材料生物兼容性不好；有的材料不能降解，在病人痊愈后還要二次手術(shù)取出，例如鈦合金；還有的材料作為骨修復(fù)材料又面臨強(qiáng)度不夠的問(wèn)題，例如高分子材料。而鎂合金具有良好的·生物相容性、低密度高強(qiáng)度、可自行降解、彈性模量和人骨類似等突出的特點(diǎn)，十分適合被作為骨修復(fù)材料，但是僅使用鎂合金作為骨修復(fù)材料具有骨誘導(dǎo)性差的缺點(diǎn)。多孔羥基磷灰石(HA)是一種現(xiàn)今常用的生物醫(yī)用材料，它有著良好的生物相容性，且結(jié)構(gòu)與人骨、牙齒類似。但是其質(zhì)地較脆，容易碎裂，遠(yuǎn)不能滿足長(zhǎng)期植入的需求。為了解決上述材料本身存在的問(wèn)題，并結(jié)合上述材料的優(yōu)點(diǎn)，可將鎂合金-多孔羥基磷灰石制成復(fù)合材料，從而保證其良好的生物相容性、高強(qiáng)度、適宜的彈性模量、可降解等特點(diǎn)?，F(xiàn)有的制備鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料的方法主要包括以下兩種:
(1)粉末擠壓鑄造方法:該方法是將多孔羥基磷灰石粉末和鎂合金粉末或純鎂粉末擠壓制成鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料；
(2)鎂合金表面生產(chǎn)羥基磷灰石鍍層方法:該方法是在鎂合金基底材料表面預(yù)先涂覆一定配比的生產(chǎn)羥基磷灰石的原料的混合粉末，如CaHPO4 2H20和CaCO3混合粉末，然后用激光器進(jìn)行多道搭接熔覆處理，使合成羥基磷灰石與涂覆羥基磷灰石一步完成。雖然生物醫(yī)學(xué)和臨床研究表明多孔羥基磷灰石具有較好的骨誘導(dǎo)性，其孔的尺寸以幾百微米為最佳，但是以往的鎂合金-羥基磷灰石復(fù)合材料，羥基磷灰石一般以兩種形式存在，一種是以薄膜包覆在鎂合金表面，另一種是以顆粒狀分布在鎂合金內(nèi)部，這樣的羥基磷灰石都不能以多孔形態(tài)存在，無(wú)法保證羥基磷灰石的雙連通性質(zhì)，即當(dāng)復(fù)合材料中的鎂合金降解后，羥基磷灰石結(jié)構(gòu)將分崩離析并無(wú)法發(fā)揮作用，其骨誘導(dǎo)性有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是提供一種鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷。本發(fā)明的第二目的是提供一種鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料，由鎂或鎂合金和多孔羥基磷灰石制備而成，其中所述鎂或鎂合金填充進(jìn)所述多孔羥基磷灰石的孔洞中且保留了所述多孔羥基磷灰石的多孔結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，所述多孔羥基磷灰石的孔徑為50-1000微米。一種鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料的擠壓鑄造方法，包括如下步驟:
(1)預(yù)熱:將多孔羥基磷灰石放入模具中，然后將多孔羥基磷灰石和模具都進(jìn)行預(yù)熱；
(2)鎂或鎂合金熔體滲透進(jìn)入多孔羥基磷灰石的孔洞中:將熔化的鎂或鎂合金加入到上述模具中，然后進(jìn)行擠壓鑄造以使鎂或鎂合金熔體滲透進(jìn)入多孔羥基磷灰石的孔洞中，在該過(guò)程中擠壓鑄造的壓頭施加第一壓力，該第一壓力保證不使多孔羥基磷灰石破裂；
(3)鎂或鎂合金熔體凝固:在鎂或鎂合金熔體充分滲透到所述多孔羥基磷灰石的孔洞中以后，在該鎂或鎂合金的凝固過(guò)程中擠壓鑄造的壓頭施加第二壓力，該第二壓力高于第一壓力，所述第二壓力控制凝固后的鎂或鎂合金的組織，在完成該步鎂或鎂合金的凝固后即得到鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料。 優(yōu)選地，所述步驟(I)中，將多孔羥基磷灰石和模具預(yù)熱至400-500°C。優(yōu)選地,所述步驟(2)中,所述第一壓力不超過(guò)lOMpa。

優(yōu)選地，所述步驟(3)中，所述第二壓力為50_200Mpa。本發(fā)明的鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料，除了可采用上述的擠壓鑄造工藝制備外，還可以采用高壓鑄造、低壓鑄造、差壓鑄造、重力鑄造等鑄造方法制備得到，采用上述的各種方法，通過(guò)選擇合適的工藝也能使鎂合金進(jìn)入到多孔羥基磷灰石，制備鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
第一、本發(fā)明的鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料保證了羥基磷灰石的雙連通性質(zhì)，填充進(jìn)多孔羥基磷灰石孔洞中的鎂或鎂合金起到了增加強(qiáng)度的作用，避免了羥基磷灰石結(jié)構(gòu)的碎裂，將其使用于骨修復(fù)時(shí)，隨著鎂或鎂合金在人體內(nèi)的降解，由于多孔羥基磷灰石的降解速度遠(yuǎn)慢于鎂或鎂合金而使其逐漸露出，并誘導(dǎo)骨細(xì)胞往多孔羥基磷灰石的孔洞內(nèi)生長(zhǎng)，從而有利于形成新骨，新骨組織同時(shí)也增加多孔羥基磷灰石的強(qiáng)度，彌補(bǔ)了因?yàn)殒V或鎂合金降解而下降的強(qiáng)度，而且在這個(gè)過(guò)程中，多孔羥基磷灰石孔洞中的鎂或鎂合金被正常的骨細(xì)胞取代，繼而可發(fā)揮正常骨骼的作用；
第二，本發(fā)明的鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料的擠壓鑄造制備方法使用現(xiàn)有設(shè)備，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，且有設(shè)備小型化發(fā)展的潛力。當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料的制備工藝流程示意 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料的力學(xué)性能曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)該理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。在實(shí)際應(yīng)用中本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明做出的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1
本實(shí)施例采用有機(jī)泡沫法制備多孔羥基磷灰石，其孔徑為300微米；鎂合金采用AZ91，通過(guò)以下方法制備鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料:
(1)預(yù)熱:將多孔羥基磷灰石(HA)放入模具中，然后將多孔羥基磷灰石和模具都預(yù)熱到 400。。；
(2)鎂合金熔體滲透進(jìn)入多孔羥基磷灰石的孔洞中:將鎂合金熔化，并將得到的鎂合金熔體加入到上述模具中，然后進(jìn)行擠壓鑄造以使鎂合金熔體滲透進(jìn)入多孔羥基磷灰石的孔洞中，在該過(guò)程中擠壓鑄造的壓頭施加第一壓力，該第一壓力不超過(guò)lOMpa，以保證不使多孔羥基磷灰石破裂；其中，鎂合金的熔化這一步可以與第(I)步同時(shí)進(jìn)行，此處僅為舉例，而不作為限定；
(3)鎂合金熔體凝固:在鎂合金熔體充分滲透到多孔羥基磷灰石的孔洞中以后，進(jìn)行鎂合金的凝固，并在該鎂合金的凝固過(guò)程中擠壓鑄造的壓頭施加第二壓力，該第二壓力高于第一壓力，在本實(shí)施例中，該第二壓力為lOOMpa，通過(guò)調(diào)節(jié)第二壓力的大小可以控制凝固后鎂合金的組織，在完成鎂合金的凝固后即得到鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料。在該鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料中，鎂合金填充進(jìn)多孔羥基磷灰石的孔洞中且保留了多孔羥基磷灰石的多孔結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中得到的鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料的力學(xué)性能測(cè)試參見(jiàn)圖2。圖中同時(shí)列出了原料多孔羥基磷灰石(HA)的力學(xué)性能曲線以對(duì)比。圖中可以看出，本實(shí)施例的鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度明顯大于純的多孔羥基磷灰石。
實(shí)施例2
本實(shí)施例采用有機(jī)泡沫法制備多孔羥基磷灰石，其孔徑為100微米；鎂合金采用Mg-Nd-Zn-Zr鎂合金,通過(guò)以下方法制備鎂合金-多孔輕基磷灰石復(fù)合材料:
(1)預(yù)熱:將多孔羥基磷灰石放入模具中，然后將多孔羥基磷灰石和模具都預(yù)熱到500 0C ；
(2)鎂合金熔體滲透進(jìn)入多孔羥基磷灰石的孔洞中:將鎂合金熔化，并將得到的鎂合金熔體加入到上述模具中，然后進(jìn)行擠壓鑄造以使鎂合金熔體滲透進(jìn)入多孔羥基磷灰石的孔洞中，在該過(guò)程中擠壓鑄造的壓頭施加第一壓力，該第一壓力不超過(guò)lOMpa，以保證不使多孔羥基磷灰石破裂；其中，鎂合金的熔化這一步可以與第(I)步同時(shí)進(jìn)行，此處僅為舉例，而不作為限定；
(3)鎂合金熔體凝固:在鎂合金熔體充分滲透到多孔羥基磷灰石的孔洞中以后，進(jìn)行鎂合金的凝固，并在該鎂合金的凝固過(guò)程中擠壓鑄造的壓頭施加第二壓力，該第二壓力高于第一壓力，在本實(shí)施例中，該第二壓力為200Mpa，通過(guò)調(diào)節(jié)第二壓力的大小可以控制凝固后鎂合金的組織，在完成鎂合金的凝固后即得到鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料。在該鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料中，鎂合金填充進(jìn)多孔羥基磷灰石的孔洞中且保留了多孔羥基磷灰石的多孔結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例3
本實(shí)施例采用有機(jī)泡沫法制備多孔羥基磷灰石，其孔徑為50微米；鎂合金采用純鎂，通過(guò)以下方法制備鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料:
(I)預(yù)熱:將多孔羥基磷灰 石放入模具中，然后將多孔羥基磷灰石和模具都預(yù)熱到450 °C ；
(2)鎂熔體滲透進(jìn)入多孔羥基磷灰石的孔洞中:將鎂熔化，并將得到的鎂熔體加入到上述模具中，然后進(jìn)行擠壓鑄造以使鎂熔體滲透進(jìn)入多孔羥基磷灰石的孔洞中，在該過(guò)程中擠壓鑄造的壓頭施加第一壓力，該第一壓力不超過(guò)lOMpa，以保證不使多孔羥基磷灰石破裂；其中，鎂的熔化這一步可以與第(I)步同時(shí)進(jìn)行，此處僅為舉例，而不作為限定；
(3)鎂熔體凝固:在鎂熔體充分滲透到多孔羥基磷灰石的孔洞中以后，進(jìn)行鎂熔體的凝固，并在該鎂熔體的凝固過(guò)程中擠壓鑄造的壓頭施加第二壓力，該第二壓力高于第一壓力，在本實(shí)施例中，該第二壓力為50Mpa，通過(guò)調(diào)節(jié)第二壓力的大小可以控制凝固后的鎂的組織，在完成鎂的凝固后即得到鎂-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料。在該鎂-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料中，鎂填充進(jìn)多孔羥基磷灰石的孔洞中且保留了多孔羥基磷灰石的多孔結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例4
本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于，多孔羥基磷灰石的孔徑為1000微米。
實(shí)施例5
本實(shí)施例與實(shí)施例3的不同之處在于，多孔羥基磷灰石的孔徑為500微米。本發(fā)明的鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料保證了羥基磷灰石的雙連通性質(zhì)，填充進(jìn)多孔羥基磷灰石孔洞中的鎂或鎂合金起到了增加強(qiáng)度的作用，避免了羥基磷灰石結(jié)構(gòu)的碎裂，將其使用于骨修復(fù)時(shí)，隨著鎂或鎂合金在人體內(nèi)的降解，由于多孔羥基磷灰石的降解速度遠(yuǎn)慢于鎂或鎂合金而使其逐漸露出，并誘導(dǎo)骨細(xì)胞往多孔羥基磷灰石的孔洞內(nèi)生長(zhǎng)，從而有利于形成新骨，新骨組織同時(shí)也增加多孔羥基磷灰石的強(qiáng)度，彌補(bǔ)了因?yàn)殒V或鎂合金降解而下降的強(qiáng)度，而且在這個(gè)過(guò)程中，多孔羥基磷灰石孔洞中的鎂或鎂合金被正常的骨細(xì)胞取代，繼而可發(fā)揮正常骨骼的作用。而且，本發(fā)明的鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料的擠壓鑄造制備方法使用現(xiàn)有設(shè)備，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，且有設(shè)備小型化發(fā)展的潛力。
權(quán)利要求
1.一種鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料，其特征在于，由鎂或鎂合金和多孔羥基磷灰石制備而成，其中所述鎂或鎂合金填充進(jìn)所述多孔羥基磷灰石的孔洞中且保留了所述多孔羥基磷灰石的多孔結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料，其特征在于，所述多孔羥基磷灰石的孔徑為50-1000微米。
3.一種鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料的擠壓鑄造方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)預(yù)熱:將多孔羥基磷灰石放入模具中，然后將多孔羥基磷灰石和模具都進(jìn)行預(yù)熱； (2)鎂或鎂合金熔體滲透進(jìn)入多孔羥基磷灰石的孔洞中:將熔化的鎂或鎂合金加入到上述模具中，然后進(jìn)行擠壓鑄造以使鎂或鎂合金熔體滲透進(jìn)入多孔羥基磷灰石的孔洞中，在該過(guò)程中擠壓鑄造的壓頭施加第一壓力，該第一壓力保證不使多孔羥基磷灰石破裂； (3)鎂或鎂合金熔體凝固:在鎂或鎂合金熔體充分滲透到所述多孔羥基磷灰石的孔洞中以后，在該鎂或鎂合金的凝固過(guò)程中擠壓鑄造的壓頭施加第二壓力，該第二壓力高于第一壓力，所述第二壓力控制凝固后的鎂或鎂合金的組織，在完成該步鎂或鎂合金的凝固后即得到鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料。
4.如權(quán)利要求3所述的鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料的擠壓鑄造方法，其特征在于，所述步驟(I)中，將多孔羥基磷灰石和模具預(yù)熱至400-500°C。
5.如權(quán)利要求3所述的鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料的擠壓鑄造方法，其特征在于，所述步驟(2)中，所述第一壓力不超過(guò)lOMpa。
6.如權(quán)利要求3所述的鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料的擠壓鑄造方法，其特征在于，所述步驟 (3)中，所述第二壓力為50-200Mpa。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料及其擠壓鑄造制備工藝，其中多孔羥基磷灰石的孔徑選擇滿足臨床骨修復(fù)需要的幾百微米，在擠壓鑄造過(guò)程中，首先用壓頭施加較低壓力使鎂或鎂合金熔體浸滲到多孔羥基磷灰石的孔洞中，然后在鎂或鎂合金熔體凝固過(guò)程中施加較高的壓力，以控制凝固后鎂或鎂合金的組織。本發(fā)明的鎂或鎂合金-多孔羥基磷灰石復(fù)合材料保證了多孔羥基磷灰石的雙連通性質(zhì)，填充進(jìn)多孔羥基磷灰石孔洞中的鎂或鎂合金起到了增加強(qiáng)度的作用，避免了多孔羥基磷灰石結(jié)構(gòu)的碎裂，將其使用于骨修復(fù)領(lǐng)域，可以達(dá)到在鎂或鎂合金降解的同時(shí)，多孔羥基磷灰石結(jié)構(gòu)依然保持完整的效果，并能誘導(dǎo)骨細(xì)胞往多孔內(nèi)生長(zhǎng)，從而有利于形成新骨。
文檔編號(hào)B22D19/00GK103074512SQ20131003101
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者陳彬, 盧天風(fēng), 尹愷陽(yáng), 孫秉毅, 董晴 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)