CN111187942A - 一种多孔钛骨钉及凝胶注模法成型并烧结多孔钛骨钉的方法 - Google Patents

一种多孔钛骨钉及凝胶注模法成型并烧结多孔钛骨钉的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多孔钛骨钉及凝胶注模法成型并烧结多孔钛骨钉的方法，该骨钉由以下原料制成：琼脂0.5‑2％；羟丙基甲基纤维素0.01‑1％；水25‑45％；钛合金粉末50‑70％；发泡剂0.1‑5％。制备方法包括：取琼脂、羟丙基甲基纤维素、去离子水混合均匀，得到液态高分子材料成型剂；将钛合金粉末加入，并加入发泡剂，搅拌；将浆料注入骨钉模具中；将多孔骨钉坯体预烧结，然后正式烧结，得到多孔钛骨钉。本发明制备的骨钉具独特的三维组织结构和良好的力学性能，通过在孔洞中载药加快骨组织生长，且无需后续取出。同时，该多孔钛合金骨钉减少了加工步骤，降低了生产成本，所用材料绿色安全无污染。

Description

一种多孔钛骨钉及凝胶注模法成型并烧结多孔钛骨钉的方法
技术领域
本发明涉及多孔钛骨钉技术领域，具体涉及一种多孔钛骨钉及凝胶注模法成型并烧结多孔钛骨钉的方法。
背景技术
我国每年有骨折患者100万人左右，最常规的治疗方法即在骨折处植入起固定作用的骨钉。对医用植入物的要求有：(1)无生物毒性，没有致癌性，生物相容性好；(2)在体内可实现骨组织长入或者分解；(3)植入物的结构与人骨相似；(4)具有良好的生物力学性能；(5)良好的耐腐蚀性。到目前为止，骨钉先后经历了“惰性材料(金属)”、“可吸收生物医用材料”、“异种皮质骨材料”的发展历程，但他们的生物相容性和力学相容性始终不好，有的不能实现骨长入和骨融合，有的不能实现体内的降解，需要二次手术进行取出；有的力学性能不好，如弹性模量低、抗扭强度低，在植入和后续过程中容易发生断裂。另外，骨钉植入后，由于骨钉和人骨的弹性模量不匹配造成了“应力屏蔽”现象，导致骨钉松动，也带给了病人巨大的痛苦。
在传统的生物材料中，钛及其合金被认为是所有已知材料中生物相容性最好的金属材料，但是其弹性模量与自然骨不匹配，且抗拉、抗压及抗弯强度都比人骨高很多，载荷不能很好的由植入体传导至骨组织，产生应力屏蔽现象，造成植入体周围出现骨吸收，最终导致植入体的松动断裂而失效。研究表明，骨组织的生长是一个三维过程，具有三维贯通结构的多孔材料一方面可以满足骨组织生长的各种要求，通过体液在材料内部进行传输，促进了骨细胞的粘附、分化和生长，使得骨组织长入空隙内，加大了骨-植入体界面面积，也使植入体与骨组织间形成生物固定，提高了两者的结合强度，如；另一方面，通过植入体的多孔化，可以有效降低材料的弹性模量，避免了“应力屏蔽”现象的出现。因此，可以通过控制植入体的孔隙率、孔径分布等参数来得到合适的弹性模量和力学强度，使之与人骨的力学性能匹配。且经查阅文献发现，适合骨组织生长的多孔材料的孔径分布为100-600μm，人体皮质骨的弹性模量为10-40GPa，抗压强度100-260MPa。
目前，多孔钛合金的制备方法有：(1)粉末冶金法，(2)铸造法，(3)金属沉淀法，(4)自蔓延高温合成法，(5)固-气低共熔凝固法，(6)电火花烧结法等。经过对多孔钛合金的文献检索发现，Kausik Kapat等在《Materials Science&Engineering A》2017年第689卷第63-71页上发表的《Coagulant assisted foaming-A method for cellular Ti6Al4V:Influence of microstructure on mechanical properties》，该文中采用凝胶注模法制备多孔钛，先用一水柠檬酸和鸡蛋清磁力搅拌后加入Ti6Al4V粉末，然后机械搅拌后形成浆料倒入模具中，在70℃的炉子和100℃的真空中分别干燥4小时和2小时，在高温炉中通氩气于600℃脱脂3小时，接着在真空度为10-2Pa下1400℃烧结8小时。制备工艺复杂，耗时耗电较多，制作成本高。
综上所述，各种多孔钛合金的制备方法普遍存在着工艺和成本方面的不足，不能兼顾高强度和低弹性模量。
发明内容
本发明提供了一种多孔钛骨钉及凝胶注模法成型并烧结多孔钛骨钉的方法，该骨钉材料具有优良的生物相容性，独特的三维组织结构和良好的力学性能，可通过在孔洞中载药加快骨组织生长，且无需后续取出。同时，该多孔钛合金材料制备工艺操作简单，成本低，所用材料绿色安全无污染。
本发明多孔钛骨钉材料是通过以下技术方案实现的，一种多孔钛骨钉，由以下质量百分数的原料制成：
Figure BDA0002394152760000021
本发明中，由液态高分子材料成型剂和发泡剂与钛合金粉末乳化均匀，制成高分散性凝胶，并采用凝胶注射成型、中高温二段烧结，制成组织结构均匀的三维连通结构的多孔钛材料。
进一步优选，所述的多孔钛骨钉，由以下质量百分数的原料制成：
Figure BDA0002394152760000022
Figure BDA0002394152760000031
所述的钛合金粉末为Ti,Ti6Al4V，Ti6Al7Nb，Ti5Al3Mo4Zr,Ti5Al2.5Fe,Ti40Ta,Ti15Mo3Nb,Ti12Mo6Zr2Fe,Ti35Nb7Zr5Ta，Ti15Mo,Ti12Mo5Zr3Al,Ti8Fe8Ta或Ti8Fe8Ta4Zr，粉末粒径为15-60μm。
所述的发泡剂为聚乙二醇三甲基壬基醚(TergitolTM)、聚氧乙烯单叔辛基苯基醚(Triton)、卵清蛋白、鸡蛋白清液中的一种或两种以上，进一步优选，所述的发泡剂为聚乙二醇三甲基壬基醚(TergitolTM)、聚氧乙烯单叔辛基苯基醚(Triton)和卵清蛋白的组合物，质量比为0.5：2：1，得到的骨钉将其弯曲大于120°而不产生断裂，其抗弯强度为175MPa，抗扭强度为140MPa，抗压强度为740MPa，弹性模量为87GPa。
多孔钛骨钉的材料成分为多孔钛合金，孔隙率为30％～50％。
一种凝胶注模法成型并烧结多孔钛骨钉的方法，具体包括以下步骤：
(1)取琼脂、羟丙基甲基纤维素、去离子水混合均匀，得到液态高分子材料成型剂；
(2)将钛合金粉末加入到液态高分子材料成型剂中，并加入发泡剂，搅拌均匀，得到浆料；
(3)将得到浆料注入骨钉模具中，冷却后干燥，得到凝胶状的多孔骨钉坯体；
(4)将步骤(3)制备好的多孔骨钉坯体置入保护气氛下进行预烧结，然后提高烧结温度正式烧结，得到多孔钛骨钉，即三维贯通孔结构的烧结多孔钛骨钉。
步骤(1)中，所述的混合均匀的条件为：在磁力搅拌器上搅拌0.5-3h，搅拌温度为60-100℃，得到液态高分子材料成型剂；
步骤(2)中，所述的搅拌均匀的条件为：以50-500r/min的速度搅拌5-20min；
步骤(3)中，所述的冷却后干燥为：于0-10℃下冷却1-4h，然后在20-40℃下干燥。
步骤(4)中，所述的保护气氛为Ar。
所述的预烧结的条件为：保护气氛为Ar，Ar气流速为200-1000sccm，预烧结温度为400-700℃(进一步优选450-600℃)，预烧结时间为1-4h。
所述多孔钛预烧结后取出，用金刚石切割机、砂纸打磨等物理手段，除去多空钛表面的氧化层，并将其制备成理想的骨钉结构，然后进行后续正式烧结。
所述的正式烧结的条件为：烧结温度范围1000-1500℃(进一步优选1200-1500℃)，烧结时间为1-4h，烧结环境为10-2～10-5Pa的真空。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
一、金属钛合金具有良好的生物相容性，减少了在人体内的不良反应；
二、可以通过控制多孔钛合金粉末的含量，制备凝胶、浆料时搅拌的速度和时间等参数，进而控制多孔钛骨钉的孔隙率，平均孔径大小，孔径分布，最终得到接近人骨弹性模量、力学性能较高的多孔钛骨钉；
三、多孔钛骨钉的孔隙为三维贯通孔结构，开孔率>99％，孔隙率范围为30％-50％，孔径分布在100-500μm完全满足了诱导骨生长的要求，有利于骨细胞的粘附、生长和分化，同时多孔钛允许骨组织长入孔隙内，使植入体与骨组织之间形成生物固定，提高了界面结合强度，并且利用了多孔结构创新性地实现了骨钉的载药功能，提高了治疗效果，加快骨组织的生长过程；
四、采用凝胶注模法工艺更为简单，制备过程中使用的原料都是环境友好材料，不会对人体造成伤害，也不会污染环境。
五、采用的烧结工艺缩短了烧结时间，降低了生产成本。
六、通过预烧结后取出多孔钛进行骨钉的加工成型，降低了骨钉的加工难度，减少了骨钉产品的加工工序，提高了生产效率。
简而言之，采用该凝胶注模法制备的多孔钛骨钉材料具有较高的力学强度和接近人骨的弹性模量，合理的孔径分布，牢固的生物固定，良好的生物相容性，可以用于人体植入领域。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
图2为本发明制备的骨钉的金相图，其中：(a)为孔隙率43％的Ti6Al7Nb骨钉；(b)为孔隙率50％的Ti40Ta骨钉。
图3为本发明制备的骨钉的抗压强度曲线，其中：(a)为孔隙率43％的Ti6Al7Nb骨钉；(b)为孔隙率50％的Ti40Ta骨钉。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例详细说明：本实施在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，将不同质量的琼脂、羟丙基甲基纤维素和去离子水混合在一起，加热搅拌后得到预混液，再加入一定质量的钛合金粉末和不同质量的TergitolTM、Triton、卵清蛋白和鸡蛋白清液进行机械搅拌得到浆料，然后倒入骨钉模具中，经过冷却干燥后，在高真空高温炉中先通氩气进行脱脂，取出加工后在高真空下进行高温烧结，得到低孔隙率高强度的多孔钛合金骨钉材料。
实施例1：
1)取7g琼脂和2g羟丙基甲基纤维素溶于400g去离子水中，在100℃下搅拌0.5小时，形成预混液；
2)取500g粒径为15-60μm的Ti6Al4V粉末，0.5gTergitolTM、2g Triton和1g卵清蛋白加入到预混液中，以200r/min的速度搅拌15min。
3)把浆料注入到模具中，在5℃下冷却2h，25℃干燥10天；
4)多孔钛预烧结过程在通入高纯氩流速为500sccm下进行，预烧结温度为450℃，预烧结时间为3.5h，之后保持真空度在10-3mbar以下进行并保持匀速升温，直至温度达到1200℃，1200℃正式烧结，保温1小时。
烧结后进一步加工得到平均孔隙率30％，平均孔径大小为325μm的多孔钛骨钉，该骨钉具有螺纹。将骨钉弯曲大于120°而不产生断裂，其抗弯强度为175MPa，抗扭强度为140MPa，抗压强度为740MPa，弹性模量为87GPa。
实施例2：
1)取10g琼脂和2g羟丙基甲基纤维素溶于400g去离子水中，在100℃下搅拌2小时，形成预混液；
2)取700g粒径为15-60μm的Ti6Al7Nb粉末，2gTergitolTM和2g Triton和3g鸡蛋白清液加入到预混液中，以300r/min的速度搅拌15min。
3)把浆料注入到模具中，在0℃下冷却1.5h，35℃干燥8天
4)多孔钛预烧结过程在通入高纯氩流速为700sccm下进行，预烧结温度为480℃，预烧结时间为3.5h，之后保持真空度在10-4mbar以下进行并保持匀速升温，直至温度达到1300℃，正式烧结并保温2.5小时
烧结后进一步加工得到平均孔隙率42％，平均孔径大小为412μm的的多孔钛骨钉，该骨钉具有螺纹。将骨钉弯曲大于120°而不产生断裂，其抗弯强度为120MPa，抗扭强度为110MPa，抗压强度为315MPa，弹性模量为29GPa
通过图2可以看到，黑色部分为孔洞，多孔Ti6Al7Nb骨钉和多孔Ti40骨钉的孔径约为50-400μm，满足了骨组织长入的孔径要求(100-600μm)；孔洞与孔洞之间贯通性良好，开孔率极高，有利于体液与营养物质在骨钉内部的输送；表面积较大，增强了骨钉吸附营养物质的能力，促进了成骨细胞的粘附生长；内部空间充足，便于后续载药，提高治疗效果。
通过图3可以看到，多孔Ti6Al7Nb骨钉和多孔Ti40骨钉的弹性模量分别约为19GPa和29GPa，抗压强度分别约为230MPa和315MPa，较为匹配皮质骨的力学性能(弹性模量10-40GPa，抗压强度100-260MPa)，可有效避免后续使用过程中“应力屏蔽”、磨损和断裂等现象的出现，延长了骨钉的使用寿命，降低使用者的痛苦。
实施例3：
1)取8g琼脂和2g羟丙基甲基纤维素溶于350g去离子水中，在60℃下搅拌2小时，形成预混液；
2)取500g粒径为15-60μm的Ti8Fe8Ta粉末，15g TergitolTM和4g Triton加入到预混液中，以300r/min的速度搅拌20min。
3)把浆料注入到模具中，在10℃下冷却4h，40℃干燥7天
4)多孔钛预烧结过程在通入高纯氩流速为1000sccm下进行，预烧结温度为550℃，预烧结时间为3h，之后保持真空度在10-3mbar以下进行并保持匀速升温，直至温度达到1300℃，正式烧结并保温4小时
烧结后进一步加工得到平均孔隙率43％，平均孔径大小为458μm的多孔钛骨钉，该骨钉具有螺纹。将骨钉弯曲大于120°而不产生断裂，其抗弯强度为108MPa，抗扭强度为102MPa，抗压强度为302MPa，弹性模量为27GPa。
实施例4：
1)取10g琼脂和1g羟丙基甲基纤维素溶于400g去离子水中，在70℃下搅拌1.5小时，形成预混液；
2)取500g粒径为15-60μm的Ti40Ta粉末，8g Triton加入到预混液中，以400r/min的速度搅拌15min。
3)把浆料注入到模具中，在5℃下冷却2h，40℃干燥7天
4)多孔钛预烧结过程在通入高纯氩流速为1000sccm下进行，预烧结温度为600℃，预烧结时间为2h，之后保持真空度在10-3mbar以下进行并保持匀速升温，直至温度达到1450℃，正式烧结并保温2小时
烧结后进一步加工得到平均孔隙率38％，平均孔径大小为421μm的多孔钛骨钉，该骨钉具有螺纹。将骨钉弯曲大于120°而不产生断裂，其抗弯强度为118MPa，抗扭强度为109MPa，抗压强度为410MPa，弹性模量为35GPa。
实施例5：
1)取9g琼脂和0.5g羟丙基甲基纤维素溶于400g去离子水中，在70℃下搅拌1.5小时，形成预混液；
2)取500g粒径为15-60μm的Ti35Nb7Zr5Ta粉末，16g TergitolTM加入到预混液中，以400r/min的速度搅拌15min；
3)把浆料注入到模具中，在5℃下冷却2h，40℃干燥7天；
4)多孔钛预烧结过程在通入高纯氩流速为1000sccm下进行，预烧结温度为550℃，预烧结时间为2.5h，之后保持真空度在10-4mbar以下进行并保持匀速升温，直至温度达到1500℃，正式烧结并保温4小时。
烧结后进一步加工得到平均孔隙率50％，平均孔径大小为508μm的多孔钛骨钉，该骨钉具有螺纹。将骨钉弯曲大于120°而不产生断裂，其抗弯强度为80MPa，抗扭强度为97MPa，抗压强度为230MPa，弹性模量为19GPa。

Claims (10)

1.一种多孔钛骨钉，由以下质量百分数的原料制成：
Figure FDA0002394152750000011
2.根据权利要求1所述的多孔钛骨钉，其特征在于，由以下质量百分数的原料制成：
Figure FDA0002394152750000012
3.根据权利要求1或2所述的多孔钛骨钉，其特征在于，所述的钛合金粉末为Ti,Ti6Al4V，Ti6Al7Nb，Ti5Al3Mo4Zr,Ti5Al2.5Fe,Ti40Ta,Ti15Mo3Nb,Ti12Mo6Zr2Fe,Ti35Nb7Zr5Ta，Ti15Mo,Ti12Mo5Zr3Al,Ti8Fe8Ta或Ti8Fe8Ta4Zr。
4.根据权利要求1或2所述的多孔钛骨钉，其特征在于，所述的发泡剂为聚乙二醇三甲基壬基醚、聚氧乙烯单叔辛基苯基醚、卵清蛋白、鸡蛋白清液中的一种或两种以上。
5.一种凝胶注模法成型并烧结权利要求1～4任一项所述的多孔钛骨钉的方法，其特征在于，以下步骤：
(1)取琼脂、羟丙基甲基纤维素、去离子水混合均匀，得到液态高分子材料成型剂；
(2)将钛合金粉末加入到液态高分子材料成型剂中，并加入发泡剂，搅拌均匀，得到浆料；
(3)将得到浆料注入骨钉模具中，冷却后干燥，得到凝胶状的多孔骨钉坯体；
(4)将步骤(3)制备好的多孔骨钉坯体置入保护气氛下进行预烧结，然后提高烧结温度正式烧结，得到多孔钛骨钉。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的混合均匀的条件为：在磁力搅拌器上搅拌0.5-3h，搅拌温度为60-100℃。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的搅拌均匀的条件为：以50-500r/min的速度搅拌5-20min。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的冷却后干燥为：于0-10℃下冷却1-4h，然后在20-40℃下干燥。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的预烧结的条件为：保护气氛为Ar，Ar气流速为200-1000sccm，预烧结温度为400-700℃，预烧结时间为1-4h。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的正式烧结的条件为：烧结温度范围1000-1500℃，烧结时间为1-4h，烧结环境为10-2～10-5Pa的真空。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115612878A (zh) * 2022-08-15 2023-01-17 深圳市沃尔弗斯珠宝实业股份有限公司 一种环保型钛合金及其制备工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5034186A (en) * 1985-11-20 1991-07-23 Permelec Electrode Ltd. Process for providing titanium composite having a porous surface
US5758253A (en) * 1995-10-07 1998-05-26 National University Of Singapore Sintered titanium-graphite composite and method of making
CN101716368A (zh) * 2009-12-31 2010-06-02 四川大学 用于骨组织修复的多孔钛人工骨及其制备方法
CN104532058A (zh) * 2014-12-15 2015-04-22 中南大学 一种医用植入多孔钴钛合金材料及其制备方法
CN105877874A (zh) * 2016-04-06 2016-08-24 四川大学 仿生设计类骨多孔骨制品及其制备方法和用途

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5034186A (en) * 1985-11-20 1991-07-23 Permelec Electrode Ltd. Process for providing titanium composite having a porous surface
US5758253A (en) * 1995-10-07 1998-05-26 National University Of Singapore Sintered titanium-graphite composite and method of making
CN101716368A (zh) * 2009-12-31 2010-06-02 四川大学 用于骨组织修复的多孔钛人工骨及其制备方法
CN104532058A (zh) * 2014-12-15 2015-04-22 中南大学 一种医用植入多孔钴钛合金材料及其制备方法
CN105877874A (zh) * 2016-04-06 2016-08-24 四川大学 仿生设计类骨多孔骨制品及其制备方法和用途

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115612878A (zh) * 2022-08-15 2023-01-17 深圳市沃尔弗斯珠宝实业股份有限公司 一种环保型钛合金及其制备工艺

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