CN103251984A - 多孔钛微球骨填充材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多孔钛微球骨填充材料，包括有采用钛细丝绕制而成的多孔钛微球，该钛细丝之间充满了贯通的孔隙，所述骨填充材料还包括有包覆于所述多孔钛微球中钛细丝表面的多孔结构的生物活性涂层，该生物活性涂层为氧化钛陶瓷、复合钙和磷的陶瓷涂层或者类似羟基磷灰石涂层。本发明能够显著促进新骨生长，达到理想的骨增强与生物学愈合，具有优良的骨传导和骨诱导特性，能够满足大多数骨缺损的填充和修复。

Description

多孔钛微球骨填充材料
技术领域
本发明涉及一种用于骨缺损的填充和修复的医用材料，具体涉及一种多孔钛微球骨填充材料，属于生物医学材料技术领域，
背景技术
目前骨质疏松、骨折等疾病的手术治疗大多采用骨水泥（PMMA）作为填充修复材料，因为其具有固化迅速、机械强度高、可注射性等优点，但也具有无法避免的缺点及风险：(1)固化时释放热量，其温度可达40-100℃，导致周围骨组织不同程度的坏死，并可能损伤邻近的血管及神经组织；(2)生物相容性差，在体内不与周围骨组织发生生物性结合，且难以降解，固化后的PMMA硬且脆，弹性模量高，易引发周围骨组织的萎缩、塌陷，甚至二次骨折；(3)误注和渗漏的PMMA有损伤脊髓、神经根及血管等危险，容易引起神经瘫痪等严重并发症；(4)术中使用容易引起低血压和肺动脉栓塞等并发症，严重时会引致死亡。
针对骨水泥填充材料存在的不足和由此带来的手术风险，国际上一直在寻求更先进的骨水泥替代材料，但迄今为止，尚无理想的骨填充材料在临床上应用。为此，本申请人在大量研究工作的基础上，发明了一种多孔钛微球骨填充材料，可以完全或部分替代目前的骨水泥。多孔钛微球作为骨填充材料具有十分优秀的力学强度、弹性模量及柔韧性；其可调控的三维贯通的多孔结构，为骨和血管长入、体液的传导等提供了空间，以达良好的骨整合及长期的力学稳定性。之前，包括本申请人在内的研发人员已申请了有关专利《用于人体骨缺损修复的材料及其制备方法》（中国专利申请号200910053741.5）、《一种可载药的纤维多孔钛微球》（中国专利申请号201120438321.1）。
理想的骨填充材料应该具有以下特性：良好的生物相容性；足够的力学性能和良好的生物力学适应性；骨传导性；骨诱导性：提供成骨细胞，直接成骨；良好的材料一骨组织界面；可塑形。目前临床应用的骨填充材料中没有一种能符合上述全部条件，只是具备上述条件中的一部份，上述专利所述的材料同样如此，它们在骨传导性和骨诱导性方面性能还显不足。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种多孔钛微球骨填充材料，其表面经过生物活性处理，从而提高填充材料的骨传导和骨诱导能力。
本发明解决其技术问题的技术方案是：
一种多孔钛微球骨填充材料，包括有采用钛细丝绕制而成的多孔钛微球，该钛细丝之间充满了贯通的孔隙，所述骨填充材料还包括有包覆于所述多孔钛微球中钛细丝表面的多孔结构的生物活性涂层。
所述的生物活性涂层为氧化钛陶瓷。
所述的生物活性涂层为复合钙和磷的陶瓷涂层。
所述的生物活性涂层采用电化学表面处理方法进行涂覆。
所述的生物活性涂层中载入抗癌因子。
所述的钛细丝的直径为0.05毫米至1毫米。
所述的多孔钛微球的直径为1毫米至10毫米，该多孔钛微球的孔隙率为20%至90%。
所述的钛细丝为纯钛丝或钛合金丝。
所述的钛细丝为钛纤维。
所述的生物活性涂层为类似羟基磷灰石涂层。
本发明的有益效果在于：
所述的多孔钛微球骨填充材料的多孔钛微球经过表面生物活性涂层处理，包覆有氧化钛陶瓷、复合钙和磷的陶瓷涂层或者类似羟基磷灰石涂层；多孔结构的氧化钛陶瓷具有优秀的结合强度，有利于骨细胞粘附；复合钙、磷的陶瓷涂层有利于骨细胞生长，明显地提高了骨诱导特性；类似羟基磷灰石涂层也大大提高了所述多孔钛微球骨填充材料诱导骨细胞生长的功能。总之，本发明能够显著促进新骨生长，达到理想的骨增强与生物学愈合，具有优良的骨传导和骨诱导特性，能够满足大多数骨缺损的填充和修复。
附图说明
图1是本发明的示意图。
图2是本发明多孔钛微球的表面涂层形貌。
图3是本发明生物活性涂层的多孔结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作详细说明。
本发明是一种多孔钛微球骨填充材料，其包括有多孔钛微球和包覆于该多孔钛微球表面的生物活性涂层。
请参阅图1，所述多孔钛微球是采用钛细丝或钛纤维通过常规绕线机械绕制而成的球体，所用的钛细丝为纯钛丝或钛合金丝，直径在0.05毫米至1毫米之间；该钛细丝之间充满了贯通的孔隙，所述的多孔钛微球的直径可以在1毫米至10毫米之间任意选择制造，该多孔钛微球的孔隙率可以在20%至90%范围内任意调整选定。绕制成的多孔钛微球可以直接用于下一工序，也可以选择进行烧结处理后进入下一工序，烧结与不烧结对多孔钛微球的力学性能有明显影响，经过烧结的多孔钛微球的强度和模量会提高，但柔韧性会下降。
再请参阅图2和图3，所述生物活性涂层具有多孔结构，其包覆于所述多孔钛微球中钛细丝的表面，它是对多孔钛微球进行钛丝表面生物活性处理进行涂覆而形成的，处理方法一般是采用电化学表面处理，该电化学表面处理是电化学领域通用的成熟技术。通过改变电化学工艺，可以在钛细丝或钛纤维表面形成氧化钛陶瓷，或者形成复合钙和磷的陶瓷涂层，或者形成类似羟基磷灰石涂层；若该生物活性涂层载入各种功能性药物，则不同的涂层就会具有各自特定的医疗功能，如生物活性涂层中载入抗癌因子，就能有利于抑制癌细胞生长，辅助癌症治疗；载入抗菌药物的涂层就具有抗感染特性。
本发明的制备步骤一般是，采用医用级的钛细丝或钛纤维，用绕制机械制备成设定直径和设定孔隙率的多孔钛微球，在真空或纯氩气份下烧结，烧结温度1200℃-1300℃，烧结时间1小时，烧结后的多孔钛微球经过化学清洗，在电化学工作站做表面活化处理，处理工艺根据涂层的目的不同而进行调整，经过表面活化处理的多孔钛微球再经过清洗、消毒后即可用于骨填充、骨修复手术。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但下列实施例不能作为对本发明的限制，任何对实施例中技术特征所作等同的替换或改进均应视为本发明所要求保护的范围。
实施例1：
采用直径1毫米的医用钛丝，制备孔隙率42%、直径10毫米的多孔钛微球，经过1200℃烧结后，用电化学方法在表面涂覆一层氧化钛涂层，涂层具有多孔结构，涂层厚度约20微米，这种多孔钛微球具有相对较高的压缩强度和弹性模量，适合对强度有较高要求的骨修复场合。
实施例2：
采用直径0.50毫米的医用钛丝，制备孔隙率90%、直径3.0毫米的多孔钛微球，经过1300℃烧结后，用电化学方法在表面涂覆复合钙和磷的陶瓷涂层，涂层具有多孔结构，涂层厚度约20微米，涂层中的钙、磷有助于骨长入。这种多孔钛微球具有相对较高的骨诱导能力，适合对骨长入要求高的骨修复场合。
实施例3：
采用直径0.05毫米的医用钛纤维，制备孔隙率20%、直径1毫米的多孔钛微球，经过1250℃烧结后，用电化学方法在表面涂覆一层类似羟基磷灰石涂层，在涂层中载入抗癌因子。这种多孔钛微球具有抑制癌细胞生长的作用，适合癌症患者的骨填充和修复的应用。

Claims (10)

1.一种多孔钛微球骨填充材料，包括有采用钛细丝绕制而成的多孔钛微球，该钛细丝之间充满了贯通的孔隙，其特征在于：所述多孔钛微球骨填充材料还包括有包覆于所述多孔钛微球中钛细丝表面的多孔结构的生物活性涂层。
2.根据权利要求1所述的多孔钛微球骨填充材料，其特征在于：所述的生物活性涂层为氧化钛陶瓷。
3.根据权利要求1所述的多孔钛微球骨填充材料，其特征在于：所述的生物活性涂层为复合钙和磷的陶瓷涂层。
4.根据权利要求2或3所述的多孔钛微球骨填充材料，其特征在于：所述的生物活性涂层采用电化学表面处理方法进行涂覆。
5.根据权利要求2或3所述的多孔钛微球骨填充材料，其特征在于：所述的生物活性涂层中载入抗癌因子。
6.根据权利要求1所述的多孔钛微球骨填充材料，其特征在于：所述的钛细丝的直径为0.05毫米至1毫米。
7.根据权利要求1所述的多孔钛微球骨填充材料，其特征在于：所述的多孔钛微球的直径为1毫米至10毫米，该多孔钛微球的孔隙率为20%至90%。
8.根据权利要求1所述的多孔钛微球骨填充材料，其特征在于：所述的钛细丝为纯钛丝或钛合金丝。
9.根据权利要求1所述的多孔钛微球骨填充材料，其特征在于：所述的钛细丝为钛纤维。
10.根据权利要求1所述的多孔钛微球骨填充材料，其特征在于：所述的生物活性涂层为类似羟基磷灰石涂层。
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