CN100506292C

CN100506292C - 一种多孔结构钛种植体及制备方法

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Publication number: CN100506292C
Application number: CNB2006101368355A
Authority: CN
Inventors: 陈良建; 李益民; 胡幼华; 丑晓明
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2026-12-08
Also published as: CN1961972A

Abstract

一种多孔结构钛种植体及制备方法。钛种植体包括多孔结构外层和致密结构内芯，外层与内芯的结合强度为100～200MPa。本发明采用粉末共注射成形方法将内芯喂料和外层喂料分别先后注射成形，注射成形坯经脱脂脱盐后烧结，得到制品；对制品的多孔外层进行碱热处理，仿生沉积羟基磷灰石，得多孔结构钛种植体。采用本发明加工多孔结构钛种植体，可一次成形，无需后机械加工，大大降低成本；与骨组织相匹配的力学性能，避免应力屏蔽现象，有利于应力传导和新骨生长；多孔层具有表面生物活性和骨引导性，有利于新生骨组织长入多孔层，形成生物固定，实现种植体的长期稳定。

Description

一种多孔结构钛种植体及制备方法

技术领域本发明涉及一种多孔结构钛种植体及其制备方法，属于医用生物植入材料领域。

背景技术现有钛种植体通常采用机械加工方法制造，工序繁多，加工量大，材料损耗多，成本高，且为全致密体结构。致密结构的钛种植体的弹性模量(110GPa)远大于骨质的弹性模量(2～18GPa)，由于弹性模量不匹配，在植入体与骨组织界面易产生应力集中和应力遮挡效应，结合界面发生慢性疲劳破坏，植入体逐渐产生松动而成为中长期失败的原因。为了提高种植体的稳定性，现多采用大颗粒喷砂酸蚀处理、阳极氧化、表面渗氮、等离子喷涂钛浆或羟基磷灰石等方法对种植体进行表面处理。这些方法虽增加表面的粗糙度或改善表面活性，促进其与周围骨组织的机械锁合，但对改善种植体与周围骨质的力学相容性意义不大。近年研究发现医用多孔金属材料能促使新生骨长入孔隙，促进组织再生与重建，加快愈合过程，能实现与被替换硬组织相匹配的力学性能。

经研究发现，孔径为150～400μm且具有较高孔隙率的多孔材料，较适合于骨组织的长入，且与骨质的结合强度也较高。作为种植体必须有足够抗疲劳强度和力学性能，才能长久地行使功能，但多孔金属的强度不如相应密实金属，且随着孔隙度的增大强度下降明显。

为了能解决高孔隙度与强度的矛盾，实现多孔结构的钛种植体的制备，一般采用等离子喷涂方法在致密基体表面制备多孔涂层，但在工艺中无法控制涂层的孔隙度、孔径及开放的连通孔结构，且在工艺过程中温度高(1000℃以上)，冷却后在基底与涂层界面存在的残余应力，影响涂层与基体的结合强度；传统的机加工、煅造、精密铸造等工艺无法实现高孔隙度连通孔结构；粉末冶金方法：冷压+烧结、冷压+自蔓延高温合成、冷等静压+烧结+热等静压等，虽能制备出较高孔隙度和开放连通孔结构的多孔金属材料，一般都是整体高孔隙率材料，其力学性能不能满足植入体的要求，且较难实现近净成形，均需后续加工处理，而后续处理会破坏多孔结构。

发明内容为了解决上述问题，本发明提供一种多孔结构钛种植体及制备方法，该方法采用粉末共注射成形制备多孔结构钛种植体。

一种多孔结构钛种植体，包括多孔结构外层和致密结构内芯，外层为连通孔结构，孔隙表面沉积羟基磷灰石涂层，多孔层的厚度为0.5～1.1mm，其孔隙度为50～60％，孔径为100～300μm；内芯密度为95～97.5％，抗疲劳强度能满足临床应用的要求；外层与内芯的结合强度为100～200MPa。

一种多孔结构钛种植体的制备方法，采用粉末共注射成形方法将内芯喂料和外层喂料分别先后注射成形，注射成形坯经脱脂脱盐后烧结，得到制品；对制品的多孔外层进行碱热处理，仿生沉积羟基磷灰石，得多孔结构钛种植体，具体工艺过程为：

内芯喂料的制备：以钛粉为原料，采用油-石蜡-聚烯烃粘结剂体系，其配方按重量百分比为，取聚乙二醇10—40％、植物油5—20％、聚乙烯15—30％、增塑剂1—10％，石蜡15—54％；粘结剂与原料粉末按体积56～40:54～62配合。粘结剂与原料粉末混合均匀后，用制粒机制粒得内芯喂料。

外层喂料的制备：以钛粉为原料，在钛粉中添加30～60vol％氯化钠为造孔剂和5～20wt％氢化钛为发泡剂，喂料采用油-石蜡-聚烯烃粘结剂体系，其配方为按重量百分比，取聚乙二醇10—40％、植物油5—20％、聚乙烯15—30％、增塑剂1—10％，石蜡15—54％；粘结剂与原料粉末按体积56～40:54～62配合。粘结剂与原料粉末混合均匀后，用制粒机制粒得外层喂料。

所述共注射成形过程为：注射温度135℃～155℃，注射压力80Mpa～100MPa，注射速度50～65％，模温30℃～60℃条件下，加工成坯件，得到注射生坯。

所述成形坯脱脂脱盐过程包括：采用两步脱脂法将成形坯中粘结剂脱除，水浴法脱除氯化钠。首先将注射生坯放入水中加热至40℃～60℃，滞留1～2h，然后将坯件置二氯甲烷中，溶解石蜡和植物油组分；再将坯件60℃～70℃去离子水中水浴脱盐4～8h，每1h更换一次水；然后在氩气气氛下，以10℃/min速度加热至300℃，再以15℃/min的速度加热至720℃进行热脱脂。

所述烧结在真空烧结炉内进行，真空度为10^-3Pa，采用两种升温速率：慢升温速率4℃/min至525℃，快升温速率10℃/min至烧结温度1050℃～1350℃，保温3～5h，最后随炉冷却至室温。

所述多孔外层的碱热处理过程包括：将制品置于3～5mol/L NaOH溶液中，在70℃～80℃的水浴中处理24～36h，去离子水多次漂洗晾干；将碱处理后的制品置入热处理炉内，升温速率为5℃/min，加热至600℃～700℃，保温1～2h，随炉冷却。

所述多孔外层的仿生沉积羟基磷灰石过程包括：将制品放入4℃的模拟体液中浸泡24h以获得晶种，然后转移至36.5℃～37℃的模拟体液中浸泡7～12天，在多孔外层均匀沉积羟基磷灰石涂层。

采用本发明加工多孔结构钛种植体，可一次成形，无需后机械加工，大大降低成本。与骨组织相匹配的力学性能，避免应力屏蔽现象，有利于应力传导和新骨生长。多孔层经碱热处理和仿生沉积羟基磷灰石后，具有表面生物活性和骨引导性，有利于新生骨组织长入多孔层，形成生物固定，实现种植体的长期稳定。

附图说明

图1：为本发明的正视图；

图2：为图1的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图详细介绍本发明。

实施例1：a、原料粉末的准备：多孔外层原料粉末的配制，按重量百分比，取钛粉80～95％、氢化钛粉5～20％，按体积百分比，取氯化钠粉30～60vol％，置四罐混料器，将粉末原料混合均匀。致密层的粉末为钛粉。

b、粘结剂的制备：按重量百分比，取聚乙二醇10—40％、植物油5—20％、聚乙烯15—30％、增塑剂1—10％，石蜡15—54％，置叶片式混料机中，在140℃—160℃温度下混合1小时；

c、配料：粘结剂分别与已混匀的多孔外层原料粉末和钛粉，按体积56～40:54～62配合，在混料机中于140℃～160℃温度下混合1.5h。

d、注射成形：采用双模共注射方法，将上述混料置于注射成形机内，以注射温度135℃～155℃，注射压力80Mpa～100MPa，注射速度50～65％，模温30℃～60℃条件下，加工成坯件；

e、脱脂脱盐：首先将坯件放入水中加热至40℃～60℃，滞留1～2h，然后将坯件置二氯甲烷中，溶解石腊和植物油组分；再将坯件60℃～70℃去离子水中水浴脱盐4～8h，每1h更换一次水；然后在氩气氛中、以10℃/min速度加热至300℃，然后以15℃/min的速度加热至720℃进行热脱脂。

f、烧结：在真空烧结炉内进行，真空度为10^-3Pa，采用两种升温速率：慢升温速率4℃/min至525℃，快升温速率10℃/min至烧结温度1050℃～1350℃，保温3～5h，最后随炉冷却至室温。

g、碱热处理：将制品置于3～5mol/L NaOH溶液中，在70℃～80℃的水浴中处理24～36h，去离子水多次漂洗晾干；将碱处理后的制品置入热处理炉内，升温速率为5℃/min，加热至600℃～700℃，保温1～2h，随炉冷却。

h、仿生沉积羟基磷灰石：将制品放入4℃的模拟体液中浸泡24h以获得晶种，然后转移至36.5℃～37℃的模拟体液中浸泡7～12天，在多孔层均匀沉积羟基磷灰石涂层。

将上述所得产品制成多孔结构钛牙种植体，其形状为柱状，由连接部分和植入部分组成。连接部分为致密钛，密度为95～97.5％，包括：种植体顶部1；基台连接的外六角内锥形结构4，能抗基台旋转；基台接触的平台5；牙龈软组织接触面6，致密且光滑，有利于软组织附着；顶部与多孔外层结合界面7，结合强度为100～200MPa；基台固位栓道8和固位螺纹9，有利于外部结构的连接和固定。植入部分包括种植体体部2和种植体根端3，具有多孔结构外层10和致密层内芯11。外层为高孔隙度连通孔结构，孔隙表面沉积羟基磷灰石涂层，多孔层的厚度为0.5～1.1mm，其孔隙度为50～60％，孔径为100～300μm；内芯为致密钛，密度为95～97.5％，其抗疲劳强度能满足临床要求；多孔外层与内芯致密体的界面结合强度为100～200MPa。

经临床试验证明，种植多孔层与周围骨组织力学性能相匹配，且具有表面生物活性和骨引导性，有利于新生骨长入多孔层，实现生物固定。

Claims

1.一种多孔结构钛种植体，其特征在于：包括多孔结构外层和致密结构内芯，外层为连通孔结构，孔隙表面沉积羟基磷灰石涂层，外层的厚度为0.5～1.1mm，其孔隙度为50～60％，孔径为100～300μm；内芯密度为95～97.5％，外层与内芯的结合强度为100～200MPa。

2一种权利要求1所述多孔结构钛种植体的制备方法，其特征在于：采用粉末共注射成形方法将内芯喂料和外层喂料分别先后注射成形，注射成形坯经脱脂脱盐后烧结，得到制品；对制品的外层进行碱热处理，仿生沉积羟基磷灰石，得多孔结构钛种植体，具体工艺过程为：

内芯喂料的制备：以钛粉为原料，采用油-石蜡-聚烯烃粘结剂体系，粘结剂体系配方按重量百分比为，取聚乙二醇10—40％、植物油5—20％、聚乙烯15—30％、增塑剂1—10％和石蜡15—54％；粘结剂与原料粉末按体积56～40:54～62配合；粘结剂与原料粉末混合均匀后，用制粒机制粒得内芯喂料；

外层喂料的制备：以钛粉为原料，在钛粉中添加30～60vol％氯化钠造孔剂和5～20wt％氢化钛发泡剂，喂料采用油-石蜡-聚烯烃粘结剂体系，其配方为按重量百分比，取聚乙二醇10—40％、植物油5—20％、聚乙烯15—30％、增塑剂1—10％和石蜡15—54％；粘结剂与原料粉末按体积56～40:54～62配合；粘结剂与原料粉末混合均匀后，用制粒机制粒得外层喂料；

所述共注射成形过程为：注射温度135℃～155℃，注射压力80Mpa～100MPa，注射速度50～65％，模温30℃～60℃条件下，加工成坯件，得到注射生坯；

所述成形坯脱脂脱盐过程包括：采用两步脱脂法将成形坯中粘结剂脱除，水浴法脱除氯化钠；首先将注射生坯放入水中加热至40℃～60℃，滞留1～2h，然后将坯件置二氯甲烷中，溶解石蜡和植物油组分；再将坯件60℃～70℃去离子水中水浴脱盐4～8h，每1h更换一次水；然后在氩气气氛下，以10℃/min速度加热至300℃，再以15℃/min的速度加热至720℃进行热脱脂；

所述烧结在真空烧结炉内进行，真空度为10^-3Pa，采用两种升温速率：慢升温速率4℃/min至525℃，快升温速率10℃/min至烧结温度1050℃～1350℃，保温3～5h，最后随炉冷却至室温；

所述外层的碱热处理过程包括：将制品置于3～5mol/L NaOH溶液中，在70℃～80℃的水浴中处理24～36h，去离子水多次漂洗晾干；将碱处理后的制品置入热处理炉内，升温速率为5℃/min，加热至600℃～700℃，保温1～2h，随炉冷却；

所述外层的仿生沉积羟基磷灰石过程包括：将制品放入4℃的模拟体液中浸泡24h以获得晶种，然后转移至36.5℃～37℃的模拟体液中浸泡7～12天，在外层均匀沉积羟基磷灰石涂层。