CN103599560B - 医用钛/镁复合材料及其制备方法 - Google Patents

医用钛/镁复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种医用钛/镁复合材料，其包括有采用医用级的钛丝或钛合金丝，用常规绕制或编织机械制备成设定形状和设定孔隙率的多孔骨架，该多孔骨架中充满了三维贯通的孔隙，其具有能够满足各类骨植入要求的不同孔隙率，然后采用无压浸渗或负压吸铸将医用级的镁或镁合金熔液渗入该多孔骨架的孔隙中，冷却后形成所述医用钛/镁复合材料。本发明结构合理、力学性能优异，在人体植入前期其力学性能可以与人骨很好的相匹配，避免应力屏蔽，植入后随着镁的降解，植入体不断恢复多孔结构，有利于骨传导，能够满足大多数骨填充、骨修复、骨移植应用的要求，适合对强度要求较高的骨植入手术。

Description

医用钛/镁复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种生物医用材料，具体涉及一种缠绕型多孔钛材料与可降解型镁合金相互复合的医用钛/镁复合材料及其制备方法，属于生物材料技术领域。
背景技术
骨科植入材料目前已成为骨移植、骨缺损的填充和修复手术所不可缺少的材料，研究表明，生物材料的弹性模量对于骨植入至关重要。由于金属材料与人骨之间的弹性模量存在差异，因此生物材料与人骨力学性能的不匹配会导致“应力屏蔽”现象，为了解决这一问题，需要获得尽可能低的弹性模量的医用金属材料，实体材料多孔化可以显著降低材料的弹性模量。
缠绕型多孔钛制备工艺简单，成本较低，力学性能可调，具有较好的骨科应用潜力。但是由于其弹性模量和强度较低，因而无法满足对力学性能要求高的骨植入需要。而生物镁及镁合金由于其可降解特性，生物相容性优异，因此也是骨科应用的潜在材料。然而上述材料的单独应用无法满足骨植入的全部要求。
针对上述材料及应用存在的问题，我们在大量研究工作的基础上，制备出了钛/镁复合材料。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种医用钛/镁复合材料及其制备方法，其结构合理、力学性能优异，在人体植入前期其力学性能可以与人骨很好的相匹配，避免应力屏蔽，植入后随着镁的降解，植入体不断恢复多孔结构，有利于骨传导。
本发明的技术方案是：
一种医用钛/镁复合材料，其包括有采用医用级的钛丝或钛合金丝绕制而成的多孔骨架，该多孔骨架中充满了三维贯通的孔隙，其具有能够满足各类骨植入要求的不同孔隙率，该多孔骨架的孔隙中渗入有医用级的纯镁或者镁合金。
所述的复合材料的抗压强度为50MPa-400MPa，压缩弹性模量为1GPa-45GPa。
所述的钛丝或钛合金丝的直径为0.005mm-3mm；所述的多孔骨架的孔隙率为20%-90%。
本发明的另一技术方案是：
一种用于所述的医用钛/镁复合材料的制备方法，其包括，采用医用级的钛丝或钛合金丝，用常规绕制或编织机械制备成设定形状和设定孔隙率的多孔骨架；然后采用无压浸渗或负压吸铸将医用级的镁或镁合金熔液渗入该多孔骨架的孔隙中，冷却后形成所述医用钛/镁复合材料。
所述制备方法还包括，最后对所述的医用钛/镁复合材料进行微弧氧化或阳极氧化表面处理。
所述的医用钛/镁复合材料在制备过程中添加具有杀菌作用的有益元素Ag和利于成骨作用的有益元素Ca和Sr。
与现有的骨植入材料相比，本发明具有以下优点：
1、所述复合材料在植入前期，其力学性能可以与人骨很好的相匹配，避免应力屏蔽，植入后随着镁的降解，植入体不断恢复多孔结构，有利于骨传导。
2、骨架材料孔隙大小可调，力学性能可调，能够满足各类骨植入的要求；另外通过调整镁合金的成份以及表面处理使得植入过程中骨生长速度与镁降解速度相匹配。
3、所述复合材料的制备成本比较低。
本发明可以满足大多数骨填充、骨修复、骨移植应用的要求。
附图说明
图1是本发明的医用钛/镁复合材料微观组织图。
图2是本发明的多孔骨架的结构示意图。
具体实施方式
本发明为一种非降解的缠绕型多孔钛基生物材料与可降解型镁基生物材料的复合材料，其骨架材料可以是纯钛丝也可以是钛合金丝，增强填充相可以是医用纯镁，也以是可降解、生物相容性好的医用镁合金。
以下结合附图和实施例对本发明作详细说明。
如图1所示，本发明所述的医用钛/镁复合材料包括有采用医用级的钛丝或钛合金丝绕制而成的多孔骨架，该钛丝或钛合金丝的直径为0.005mm-3mm；所述的多孔骨架中充满了三维贯通的孔隙，其孔隙大小和空间构型可调，使得复合材料的力学性能可调，所述多孔骨架具有20%-90%的不同孔隙率，以满足各类骨植入的要求，见图2；所述多孔骨架的孔隙中渗入有医用级的纯镁或者镁合金，通过调整纯镁或者镁合金的成份和后期的表面处理，能够使得骨植入过程中镁降解速度与骨生长速度相匹配；所述医用钛/镁复合材料的抗压强度为50MPa-400MPa，压缩弹性模量为1GPa-45GPa。
本发明的复合结构在人体植入前期力学性能可以与人骨很好的相匹配，避免应力屏蔽，植入后随着镁的降解，植入体不断恢复多孔结构，有利于骨传导。所述医用钛/镁复合材料结构合理、力学性能优异，适合对强度要求较高的骨植入要求。
上述医用钛/镁复合材料的制备方法是，采用医用级的钛丝或钛合金丝，用常规绕制或编织机械制备成设定形状和设定孔隙率的多孔骨架；然后采用无压浸渗或负压吸铸将医用级的镁或镁合金熔液渗入该多孔骨架的孔隙中，冷却后形成所述医用钛/镁复合材料，最后对形成的医用钛/镁复合材料进行微弧氧化或阳极氧化表面处理。所述的医用钛/镁复合材料在制备过程中可以添加具有杀菌作用的有益元素Ag以及利于成骨作用的有益元素Ca和Sr，还可以添加其它的有益元素。
以下为本发明的实施例。
实例1
采用医用级的直径为0.005mm的医用钛丝，用编织机械制备成设定形状和设定孔隙率的多孔钛骨架，其孔隙率为90%；再通过无压浸渗技术，将医用Mg-RE合金溶液注入多孔钛骨架的孔隙内部，冷却后形成复合材料；该种复合材料的抗压强度是400MPa，其弹性模量达到45GPa，适用于对骨要求较高的骨修复场合。
实例2
采用医用级的直径为3mm的医用钛合金丝，用常规绕制制备成设定形状和设定孔隙率的多孔钛骨架，其孔隙率为20%；通过负压吸铸技术，将医用Mg-Ca合金溶液注入到多孔钛骨架的孔隙内部，形成复合材料，最后对形成的医用钛/镁复合材料进行微弧氧化表面处理；该种复合材料的抗压强度为50MPa，弹性模量为1GPa，有利于成骨作用，适用于对骨要求较高的骨修复场合。
实例3
采用医用级的直径为0.27mm的医用钛丝，用编织机械制备成设定形状和设定孔隙率的多孔钛骨架，其孔隙率为63%；通过无压浸渗技术，将医用级纯镁金属溶液添加Ag、Sr元素后注入到多孔钛骨架的孔隙内部，形成复合材料，最后对形成的医用钛/镁复合材料进行阳极氧化表面处理；该种复合材料的抗压强度为228MPa，弹性模量为9.22GPa，有利于杀菌作用和成骨作用，适用于对骨要求较高的骨修复场合。

Claims (6)

1.一种医用钛/镁复合材料，其特征在于：所述复合材料包括有采用医用级的钛丝或钛合金丝绕制而成的多孔骨架，该多孔骨架中充满了三维贯通的孔隙，其具有能够满足各类骨植入要求的不同孔隙率，该多孔骨架的孔隙中渗入有医用级的纯镁或者镁合金；
所述的复合材料的抗压强度为50MPa-400MPa，压缩弹性模量为1GPa-45GPa；
所述的钛丝或钛合金丝的直径为0.005mm-3mm；所述的多孔骨架的孔隙率为20％-90％。
2.一种用于权利要求1所述的医用钛/镁复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括，采用医用级的钛丝或钛合金丝，用常规绕制或编织机械制备成设定形状和设定孔隙率的多孔骨架；然后采用无压浸渗或负压吸铸将医用级的镁或镁合金熔液渗入该多孔骨架的孔隙中，冷却后形成所述医用钛/镁复合材料。
3.根据权利要求2所述的医用钛/镁复合材料的制备方法，其特征在于：所述的复合材料的抗压强度为50MPa-400MPa，压缩弹性模量为1GPa-45GPa。
4.根据权利要求2所述的医用钛/镁复合材料的制备方法，其特征在于：所述的钛丝或钛合金丝的直径为0.005mm-3mm；所述的多孔骨架的孔隙率为20％-90％。
5.根据权利要求2所述的医用钛/镁复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括，最后对所述的医用钛/镁复合材料进行微弧氧化或阳极氧化表面处理。
6.根据权利要求2所述的医用钛/镁复合材料的制备方法，其特征在于：所述的医用钛/镁复合材料在制备过程中添加具有杀菌作用的有益元素Ag和利于成骨作用的有益元素Ca和Sr。
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