CN108159488B - 一种能促进骨骼生长的多孔钛镁合金人工骨及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能促进骨骼生长的多孔钛镁合金人工骨及其制备方法，该人工骨由钛镁合金粉末制备而成，所述钛镁合金粉末由以下组分组成(重量百分比)：0.3～9.5％的钼，1.5～6.5％的镍，2.5～14.5％的钴，1.5～3.5％的钇，1.5～5.5％的铌，2‑3.0％的镁，其余为钛和不可避免的杂质，以上各组分之和为100％。与现有技术相比较，本发明通过添加钼元素，从而提高人工骨的强度和改善低温塑性；同时本发明通过改进配方和工艺，使钛镁合金人工骨的密度、弹性模量、压缩屈服强度及断裂韧性与人体骨骼相应的数值更相近，并通过调节孔隙率达到与骨组织相匹配的力学性能,减轻钛镁合金人工骨与骨组织间的应力屏蔽现象。

Description

一种能促进骨骼生长的多孔钛镁合金人工骨及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物医用材料技术领域，尤其涉及一种能促进骨骼生长的多孔钛镁合金人工骨及其制备方法。
背景技术
常用的骨修复材料包括自体骨、镁合金、钛合金和钴铬合金人工骨假体。自体骨需要多次手术，从而增加了患者的创伤和痛苦；一般的钛合金和钴铬合金的密度、弹性模量、压缩屈服强度及断裂韧性相比纯的钛合金和钴铬合金人工骨，均高于人体骨骼相应的数值。植入人体后，金属假体存在松动、断裂，以至增加患者的负重和不适感，植入物与人体骨骼界面产生“应力屏蔽”，导致骨组织坏死和骨关节创伤。镁合金的化学性质活泼，耐腐蚀性能差，如果植入机体，在骨折愈合之前自身已降解，则起不到固定作用，因此国内外学者通过多种方法来改善镁合金的抗腐蚀性能。
同时，人工骨需要有合适的孔隙率和孔径，以便于加大组织液的流量，加快血液的代谢速度和成骨速度。目前，镁合金、钛合金和钴铬合金人工骨假体的成型时通过加入尿素等致孔剂形成一定的孔隙率和孔径，孔隙的大小和孔径取决于加入致孔剂的多少。然而，利用致孔剂形成的人工骨，进入人体以后，尿素等致孔剂对人体有一定的排斥反应，对人体骨骼组织有感染。如何研制能促进骨骼生长的多孔钛镁合金人工骨，且对骨骼组织无感染，是当前国内外医学及生物材料科学领域的一个重要课题。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种具有良好孔隙率的多孔钛镁合金人工骨及其制备方法。
为了克服现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：
一种能促进骨骼生长的多孔钛镁合金人工骨，该人工骨由钛镁合金粉末制备而成，所述钛镁合金粉末由以下组分组成(重量百分比)：
0.3～9.5％的钼，
1.5～6.5％的镍，
2.5～14.5％的钴，
1.5～3.5％的钇，
1.5～5.5％的铌，
2-3.0％的镁，
其余为钛和不可避免的杂质；
以上各组分之和为100％。
优选地，其中，钼金属重量百分比为1.18％。
本发明还公开了一种能促进骨骼生长的多孔钛镁合金人工骨的制备方法，包括以下步骤：
(1)将以下组分组成(重量百分比)的金属粉末混合为钛合金粉末：
0.3～9.5％的钼，
1.5～6.5％的镍，
2.5～14.5％的钴，
1.5～3.5％的钇，
1.5～5.5％的铌，
2-3.0％的镁，
其余为钛和不可避免的杂质；
以上各组分之和为100％；
(2)成型：将上述钛镁合金粉末采用以下工艺成型：
采用德国EOSINT M290金属粉末烧结系统，采用选择性激光烧结成型，激光发射器类型为b-fibre镱光纤激光发射器,其发射功率为200W或400W，可变焦距直径200-480μm厚度值，光学扫描系统采用F-theta透镜，激光扫描速度6.0～7.0米/秒，金属粉末层厚为30-90μm；在成型过程中，以每分钟5～8升的流量输入百分比为15～35％的氢气和45～85％的氧气混合物，成型压力50MPa～900MPa。
优选地，制备的钛镁合金人工骨的大小为260×260×315mm。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
1、通过添加钼元素，从而提高人工骨的强度和改善低温塑性；
2、本发明的钛镁合金人工骨的密度、弹性模量、压缩屈服强度及断裂韧性相比纯的钛合金和钴铬合金人工骨，与人体骨骼相应的数值更相近。较钛合金和钴铬合金，更接近人骨与之相应的数值。通过调节孔隙率达到与骨组织相匹配的力学性能,减轻钛镁合金人工骨与骨组织间的应力屏蔽现象。
3、本发明中的钴元素能促进骨髓造血功能，镍、铌加油良好的抗腐蚀性，能同骨骼组织长期结合而无害地留在人体里，镁可以诱导骨生长因子，使人骨得到再次生长。从而本发明的钛镁合金人工骨能通过促进宿主骨与移植材料表面的结合，引导骨形成，从而促进骨愈合，且对骨骼组织无感染。
附图说明
图1为本发明实施例1的钛镁合金人工骨的EDX元素分析图，右上角是其断面SEM图；
图2为本发明实施例2的钛镁合金人工骨的EDX元素分析图，右上角是其断面SEM图；
图3为本发明实施例3的钛镁合金人工骨的EDX元素分析图，右上角是其断面SEM图；
图4为本发明中钼金属含量、孔隙率与延伸率的关系；
图5为将实施例1本发明的钛镁合金人工骨植入新西兰大白兔受伤的大腿骨后，30天以后，其骨骼恢复的显微图。
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明提供的能促进骨骼生长的多孔钛镁合金人工骨及其制备方法作进一步说明。
申请人在研究中发现，钼Mo:(mù)为人体及动植物必须的微量元素，人体骨骼组织里含有钼，为银白色金属，硬而坚韧。为此，本发明以钛、镁为基体加入适量的钼元素，钼元素的加入，不仅对钛合金起固溶强化作用，保持合金的低温塑性，而且还能形成稳定的、弥散分布的碳化物相，从而能提高钛镁合金强度和改善低温塑性。
同时，本发明钛镁合金中还加入适量的镍、钴、钇、铌等其他元素而构成的有色合金，从而优化人工骨的性能，达到临床使用要求。
本发明提供一种能促进骨骼生长的多孔钛镁合金人工骨，该人工骨由钛镁合金粉末制备而成，所述钛镁合金粉末由以下组分组成(重量百分比)：
0.3～9.5％的钼，
1.5～6.5％的镍，
2.5～14.5％的钴，
1.5～3.5％的钇，
1.5～5.5％的铌，
2-3.0％的镁，
其余为钛和不可避免的杂质；
以上各组分之和为100％。
在上述组分中，钼元素在本发明的钛镁合金人工骨中的作用主要能提高其强度和改善低温塑性。
如图4所示，研究了本发明中钼金属含量、孔隙率与延伸率的关系，采用孔隙率和最大孔径表征孔结构,孔隙率利用阿基米德法进行测量，延伸率利用YU8010B万能材料试验机进行试验。；经无数实例验证，表明当钼金属含量为1.18％，合金的孔隙率为73.69％时，本发明的钛镁合金的延伸率达到最大为18.86％。
在上述组分中，镁Mg，是人体所需的重要元素之一，能够促进人体内蛋白质合成和新骨生长。镁是所有金属材料中生物力学性能与人体骨最接近的金属，具有非常理想的力学性能以及生物相容性。可降解生物镁合金被誉为革命性的生物医用金属材料，具有良好的综合力学性能、生物活性等特征。镁加入本发明的钛镁合金人工骨中的作用：利用镁合金的优异可降解性能以及生物活性，更好地诱导骨生长因子，使人骨得到再次生长。
镍Ni，近似银白色、硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素，它能够高度磨光和抗腐蚀。在稀酸中可缓慢溶解，释放出氢气而产生绿色的正二价镍离子Ni2+；耐强碱。对氧化剂溶液包括硝酸在内，均不发生反应，镍是一个中等强度的还原剂。发烟硝酸能使镍表面钝化而具有抗腐蚀性。因此镍元素在本发明的钛镁合金人工骨中的作用主要能抗腐蚀。
钴Co：钴是具有光泽的钢灰色金属，比较硬而脆，钴是铁磁性的，在硬度、抗拉强度、机械加工性能、热力学性质、其电化学行为方面与铁和镍相类似。钴元素能刺激人体骨髓的造血系统，促使血红蛋白的合成及红细胞数目的增加，钴刺激造血的机制是通过产生红细胞生成素刺激造血。钴元素可抑制细胞内呼吸酶，使组织细胞缺氧，反馈刺激红细胞生成素产生，进而促进骨髓造血。同时钴元素能加速贮存铁进入骨髓。因此钴元素在本发明的钛镁合金人工骨中的作用主要是促进骨髓造血功能。
钇Y:钇元素性质活泼，电负性(1.2)小，极易填补钛镁合金相表面的缺陷，降低新旧两相界面上的表面张力，增加了形核速度；同时还在晶粒与合金液之间形成表面活性膜，阻止生成的晶粒长大，使基体晶粒细化；钇原子半径为0.180nm，钇加入本发明的钛镁合金人工骨中的作用：主要会与合金中存在的少量O、H、N、S、Fe等杂质原子结合生成细小难熔的含钇简单化合物，且不会污染合金，起到了合金净化作用。
铌Nb:被叫作“亲生物金属”和很好的“生物适应性材料”，铌片可以弥补头盖骨的损伤，铌丝可以用来缝合神经和肌腱，铌条可以代替折断了的骨头和关节，铌丝制成的铌纱或铌网，可以用来补偿肌肉组织。铌加入本发明的钛镁合金人工骨中的作用：关键是因为铌有极好的抗蚀性，不会与人体里的各种液体物质发生作用，并且几乎完全不损伤骨骼的机体组织，能同骨骼组织长期结合而无害地留在人体里。
本发明还公开了一种能促进骨骼生长的多孔钛镁合金人工骨及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将以下组分组成(重量百分比)的金属粉末混合为钛合金粉末：
0.3～9.5％的钼，
1.5～6.5％的镍，
2.5～14.5％的钴，
1.5～3.5％的钇，
1.5～5.5％的铌，
2-3.0％的镁，
其余为钛和不可避免的杂质；
以上各组分之和为100％；
(2)成型方法：将上述钛镁合金粉末，采用德国EOSINT M290金属粉末烧结系统，采用选择性激光烧结成型(Selective Laser Sintering，简称SLS)，激光发射器类型为b-fibre镱光纤激光发射器200W或400W，可变焦距直径200-480μm厚度值，光学扫描系统F-theta透镜，本发明的钛镁合金人工骨的大小为260×260×315mm，电源可选择：220V，32A或者380V，16A。激光扫描速度6.0～7.0米/秒，金属粉末层厚为30-90μm。在成型过程中，以每分钟5～8升的流量输入百分比为15～35％的氢气和45～85％的氧气混合物，成型压力50MPa～900MPa。本发明通过改变输入的气体流量的速度和成型压力来改变孔隙率，其原理是：金属粉末与气体在一定的成型压力下，金属粉末颗粒受外力作用而发生位移和变形，从而形成孔隙。采用上述方法，能加工出任意所需要的孔隙率和孔径。而现有技术，通常是通过添加致孔剂来调控孔隙率和孔径，然而采用这种工艺的人工骨极易造成感染。
实施例1
将金属粉末混合为钛合金粉末，其中，所述钛合金粉末由0.5％(重量)的钼，和1.5％(重量)的镍，2.5％钴，1.5％(重量)的钇，1.3％(重量)的铌，.
2％(重量)的镁。其余由钛和不可避免的杂质组成，以上各组分之和为100％。
成型方法：将上述钛镁合金粉末，采用德国EOSINT M290金属粉末烧结系统，采用选择性激光烧结成型(Selective Laser Sintering，简称SLS)，激光发射器类型为b-fibre镱光纤激光发射器200W，可变焦距直径200μm厚度值，光学扫描系统F-theta透镜，本发明的钛镁合金人工骨的大小为260×260×315mm，电源可选择：220V，32A。激光扫描速度6.0米/秒，金属粉末层厚为30μm。在成型过程中，以每分钟5升的流量输入百分比为15％的氢气和85％的氧气混合物，成型压力200MPa。
实施例2
将金属粉末混合为钛合金粉末，其中，所述钛合金粉末由4.5％(重量)的钼，和4％(重量)的镍，7.5％钴，2.5％(重量)的钇，3.5％(重量)的铌，.2.5％(重量)的镁。其余由钛和不可避免的杂质组成，以上各组分之和为100％。
成型方法：将上述钛镁合金粉末，采用德国EOSINT M290金属粉末烧结系统，采用选择性激光烧结成型(Selective Laser Sintering，简称SLS)，激光发射器类型为b-fibre镱光纤激光发射器200W，可变焦距直径300μm厚度值，光学扫描系统F-theta透镜，本发明的钛镁合金人工骨的大小为260×260×315mm，电源可选择：220V，32A。激光扫描速度6.5米/秒，金属粉末层厚为60μm。在成型过程中，以每分钟6升的流量输入百分比为25％的氢气和75％的氧气混合物，成型压力300MPa。
实施例3
将金属粉末混合为钛合金粉末，其中，所述钛合金粉末由9％(重量)的钼，和6.5％(重量)的镍，14.5％钴，3.5％(重量)的钇，5.5％(重量)的铌，.3.0％(重量)的镁。其余由钛和不可避免的杂质组成，以上各组分之和为100％
成型方法：将上述钛镁合金粉末，采用德国EOSINT M290金属粉末烧结系统，采用选择性激光烧结成型(Selective Laser Sintering，简称SLS)，激光发射器类型为b-fibre镱光纤激光发射器400W，可变焦距直径480μm厚度值，光学扫描系统F-theta透镜，本发明的钛镁合金人工骨的大小为260×260×315mm，电源可选择：380V，16A。激光扫描速度7.0米/秒，金属粉末层厚为90μm。在成型过程中，以每分钟7升的流量输入百分比为30％的氢气和7％的氧气混合物，成型压力500MPa。
如下表1所示为本发明的实施例与常见金属生物材料及人骨的物理性能对比表，本发明的钛镁合金人工骨的密度、弹性模量、压缩屈服强度及断裂韧性相比纯的钛合金和钴铬合金人工骨，与人体骨骼相应的数值更相近。较钛合金和钴铬合金，更接近人骨与之相应的数值。其中，杨氏弹性模量(Gpa)、压缩屈服强度(Mpa)等参数相对于现有技术均有明显的改善。
表1.本发明的实施例与常见金属生物材料及人骨的物理性能对比表
Figure BDA0001546591010000101
同时，本发明对上述实施例制备的人工骨进行EDX元素分析和断面SEM，采用日本进口的JSM-6610A/JSM-6610LA分析型扫描电子显微镜，与日本电子公司的元素分析仪(EDS)组合于一体。结构紧凑的EDS由显微镜主体系统的电脑控制。孔隙率利用阿基米德法进行测量，延伸率利用YU8010B万能材料试验机进行试验。其中，图1为本发明实施例1的钛镁合金人工骨的EDX元素分析图，右上角是其断面SEM图；图2为本发明实施例2的钛镁合金人工骨的EDX元素分析图，右上角是其断面SEM图；图3为本发明实施例3的钛镁合金人工骨的EDX元素分析图，右上角是其断面SEM图；由图1，2，3中实施例中的EDX元素分析和断面SEM图，可以明显看出：EDX元素分析结果显示，其钛、镁、钼、镍、钴、钇、铌元素含量百分比与开始进入的比例基本相同，右上角的扫描电镜(SEM)观察到的微观断口形貌、孔隙分布、孔的大小和形状也随钛、镁、钼、镍、钴、钇、铌元素含量百分比不同而改变。
进一步的，本发明还进行了临床实验，图5为将实施例1本发明的钛镁合金人工骨植入新西兰大白兔受伤的大腿骨后，30天以后，其骨骼恢复的显微图，显微图采用日本OLYMPUS显微镜BX53。从图5中看出骨缺损修复情况：该发明的人工骨被纤维结缔组织包裹，受植床与本发明的人工骨形成骨性结合，表明了该发明的人工骨具有良好的生物相容性和骨诱导作用。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种能促进骨骼生长的多孔钛镁合金人工骨，其特征在于，该人工骨由钛镁合金粉末制备而成，所述钛镁合金粉末由以下组分组成(重量百分比)：
0.3～9.5％的钼，
1.5～6.5％的镍，
2.5～14.5％的钴，
1.5～3.5％的钇，
1.5～5.5％的铌，
2-3.0％的镁，
其余为钛和不可避免的杂质；
以上各组分之和为100％；
所述钛镁合金粉末采用德国EOSINT M290金属粉末烧结系统，采用选择性激光烧结成型，激光发射器类型为b-fibre镱光纤激光发射器,其发射功率为200W或400W，可变焦距直径200-480μm厚度值，光学扫描系统采用F-theta透镜，激光扫描速度6.0～7.0米/秒，金属粉末层厚为30-90μm；在成型过程中，以每分钟5～8升的流量输入百分比为15～35％的氢气和45～85％的氧气混合物，成型压力50MPa～900MPa。
2.根据权利要求1所述的能促进骨骼生长的多孔钛镁合金人工骨，其特征在于，其中，钼金属重量百分比为1.18％。
3.一种能促进骨骼生长的多孔钛镁合金人工骨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将以下组分组成(重量百分比)的金属粉末混合为钛合金粉末：
0.3～9.5％的钼，
1.5～6.5％的镍，
2.5～14.5％的钴，
1.5～3.5％的钇，
1.5～5.5％的铌，
2-3.0％的镁，
其余为钛和不可避免的杂质；
以上各组分之和为100％；
(2)成型：将上述钛镁合金粉末采用以下工艺成型：
采用德国EOSINT M290金属粉末烧结系统，采用选择性激光烧结成型，激光发射器类型为b-fibre镱光纤激光发射器,其发射功率为200W或400W，可变焦距直径200-480μm厚度值，光学扫描系统采用F-theta透镜，激光扫描速度6.0～7.0米/秒，金属粉末层厚为30-90μm；在成型过程中，以每分钟5～8升的流量输入百分比为15～35％的氢气和45～85％的氧气混合物，成型压力50MPa～900MPa。
4.根据权利要求3所述的能促进骨骼生长的多孔钛镁合金人工骨的制备方法，其特征在于，制备的钛镁合金人工骨的大小为260×260×315mm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109330744B (zh) * 2018-09-27 2020-08-25 山东建筑大学 一种定制可降解多元多层纳米复合物3d打印义指指骨
CN109439986B (zh) * 2018-11-26 2019-08-27 杭州电子科技大学 一种具有较高医用性能的镁合金
CN110744059A (zh) * 2019-11-01 2020-02-04 淮阴工学院 一种医用多孔低模钛镁合金及其成形方法与应用
CN111996404B (zh) * 2020-08-21 2021-11-12 中南大学 一种兼具镁定量装载和镁离子缓释的钛基合金及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2149414A1 (en) * 2008-07-30 2010-02-03 Nederlandse Centrale Organisatie Voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Method of manufacturing a porous magnesium, or magnesium alloy, biomedical implant or medical appliance.
CN102014798A (zh) * 2008-03-18 2011-04-13 友和安股份公司 一种具有以生物可降解的镁基合金填充于多孔结构的复合植入物及制造复合植入物的方法
CN104174845A (zh) * 2014-08-13 2014-12-03 杭州电子科技大学 一种选区激光熔化成型制备钛合金零件的方法
CN106041074A (zh) * 2016-06-07 2016-10-26 杭州电子科技大学 一种新型钛合金人工骨植入体的制备方法
CN106756240A (zh) * 2017-02-07 2017-05-31 康硕电气集团有限公司 一种含钨3d打印用钛基合金材料及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102014798A (zh) * 2008-03-18 2011-04-13 友和安股份公司 一种具有以生物可降解的镁基合金填充于多孔结构的复合植入物及制造复合植入物的方法
EP2149414A1 (en) * 2008-07-30 2010-02-03 Nederlandse Centrale Organisatie Voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Method of manufacturing a porous magnesium, or magnesium alloy, biomedical implant or medical appliance.
CN104174845A (zh) * 2014-08-13 2014-12-03 杭州电子科技大学 一种选区激光熔化成型制备钛合金零件的方法
CN106041074A (zh) * 2016-06-07 2016-10-26 杭州电子科技大学 一种新型钛合金人工骨植入体的制备方法
CN106756240A (zh) * 2017-02-07 2017-05-31 康硕电气集团有限公司 一种含钨3d打印用钛基合金材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
新型医用钛合金材料的研发和应用现状;于振涛等;《金属学报》;20171031;第53卷(第10期);第1238-1258页 *

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