[发明专利]一种可引导骨生长的金属复合材料及其应用

说明书

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，特别涉及一种可引导骨生长的金属复合材料及其应用。

背景技术

目前临床常用的医用金属材料包括：纯钛、钛合金、不锈钢、钴基合金、镍钛形状记忆合金。医用金属材料以其高强韧性、耐疲劳、易加工成形和临床使用中的高可靠性等优良性能，一直是临床上用量大而广泛的一类生物医用材料，大量应用于需要承受较高载荷的骨、齿等硬组织医疗领域中。目前临床应用的医用金属材料以其相对稳定的化学性质，满足一定的生物相容性要求，在体内承受特定的载荷并永久或半永久性地留存。这些金属材料一般在生物体环境中表现为生物惰性，与周围骨组织界面结合差，植入体在体内受力后往往容易产生松动，影响了治疗效果。

由于医用金属材料的弹性模量高于骨组织，在体内产生应力遮挡，容易发生骨质疏松和二次骨折。采用多孔结构可以调节金属材料的弹性模量，从而与骨组织相匹配。另外，多孔结构有利于周围新生骨的长入，可以增加植入体与骨组织的结合强度。然而这种多孔结构在植入体内后不能与骨组织产生紧密接触，而是优先被一些软组织填充，直接导致了骨生成量少，需时长，骨渗入深度有限，无法使骨组织长入较深的材料内部。此外，多孔结构降低了金属材料的力学性能，使得多孔金属无法承受大的载荷，应用受到限制。

发明内容

本发明的目的是旨在解决目前医用金属植入器械生物活性低的问题，结合镁及镁合金良好的生物活性、较好的骨诱导性能以及可吸收降解的优势，提供一种可引导骨生长的金属复合材料及其应用。

本发明提供了一种可引导骨生长的金属复合材料，该材料以多孔结构的金属医用材料为基体，在多孔结构中填充具有生物活性的镁及镁合金；这种复合结构和成分上的设计可以有效引导新生骨组织的生长，特别是使骨组织长入到植入体更深的内部中，促进骨组织与植入体的结合，并保证了植入体的力学性能。

本发明提供的可引导骨生长的金属复合材料，所述金属医用材料为纯钛、钛合金、不锈钢、钴基合金、镍钛形状记忆合金中的一种或多种。

本发明提供的可引导骨生长的金属复合材料，所述镁及镁合金的材料为纯镁系、镁铝系列合金、镁锰系列合金、镁锌系列合金、镁锆系列合金、镁稀土系列合金、镁锂系列合金、镁钙系列合金、镁银系列合金中的一种或由这些体系组合而成的三元系或多元系镁合金。

本发明提供的可引导骨生长的金属复合材料，所述将镁及镁合金填充到多孔结构中的填充方法为熔体浸渗法或浇铸法。

本发明提供的可引导骨生长的金属复合材料，所述多孔结构的孔隙率为10～80％，孔径尺寸为100μ～900μm，开孔率＞60％。

本发明提供的可引导骨生长的金属复合材料，所述多孔结构的制备方法包括快速成形法、粉末冶金法、等离子喷涂法、激光打孔法、电化学微加工法、凝胶注模成型法、自蔓延高温合成法、纤维烧结法、发泡法、酸蚀方法、喷丸处理、喷砂处理。

本发明还提供了所述可引导骨生长的金属复合材料的应用，该材料用于制备硬组织植入体(包括人工关节、人工骨、牙科植入体、整形美容医疗器械、骨髓腔植入体)，特别适用于人体硬组织缺陷填充的生物医学工程，可作为实体器件使用，也可作为器件的表面及其中的组成部分。

镁及镁合金由于具有良好的生物相容性和生物可降解吸收性，近年来作为可降解医用材料被广泛关注和研究。研究表明，镁元素是人体新陈代谢不可或缺的重要元素，成人每天的镁需求量为400mg左右，因此镁作为生物医用材料具有非常良好的安全性基础。与现有医用金属材料相比，镁合金具有更优异的生物活性。镁合金植入体内后，表面有磷酸盐生成，在磷酸盐与骨组织间有新骨生成，磷酸盐层不断向新骨组织转变，新骨组织就在镁合金植入体上生长。另外，镁及镁合金的一大优势是其可降解吸收性，镁合金植入体在服役期间逐渐被人体降解吸收。因此，镁合金填充入多孔金属结构形成的复合材料植入体，一方面保证了多孔医用金属材料的力学性能；另一方面，随着镁及镁合金的降解与骨诱导作用，逐步引导新生骨组织长入多孔结构内部，增强了新生骨组织和植入体之间的结合强度，成骨量增加，实现良好的生物固定。

本发明的优点在于：

1.生物活性高。本发明引入生物活性高的镁合金，通过镁合金对骨生长的良好引导作用，可使新生骨组织长入多孔结构内部，增加了骨组织与植入体之间的结合强度，成骨量增加，实现良好的生物固定。

2.力学性能良好。本发明在多孔结构中填充入金属镁及其合金材料，由多孔结构变为实体的金属复合材料，力学性能较多孔结构有了明显提高。