[发明专利]一种钛合金人工骨植入体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医用材料技术领域，具体涉及一种钛合金人工骨植入体的制备方法。

背景技术

由于创伤，肿瘤和感染等原因造成的骨缺损每年都在折磨着众多的患者，需要进行植骨移植。然而，临床上对于大面积污染性骨缺损的治疗使用常规的植骨材料有可能因继发感染而致骨移植失败。骨组织工程包括三个关键因素：信号分子(骨生长因子、骨诱导因子)、支架材料和靶细胞。其中支架材料的选择是骨组织工程的核心问题。目前的支架材料主要有天然的支架材料、人工合成的支架材料以及复合材料。骨板、骨钉等骨骼支架材料的关键技术在于其具备生物相容性好、一定的孔隙率和孔隙交通率。天然材料具有生物相容性好、细胞识别信号、利于细胞黏附增殖；人工材料虽然缺乏细胞信号，但具有天然材料所不足的可以大规模生产、可以设计和控制结构、机械性能和降解时间等优点。随着骨骼损伤的不断涌现以及人口老龄化日益严重的趋势，研制具有良好结构性、生物相容性的仿生人工骨修复材料显得尤为重要。钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、易焊接、低杨氏模量以及出色的生物相容性等特点而被广泛用于制作假体装置等生物材料，在实际应用中已经取得了良好效果。一般的钛合金的杨氏模量比人体骨骼的杨氏模量高很多，第一个实用的钛合金是美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75%～85%。但是Ti-6Al-4V合金的杨氏模量为131.51GPa，这会引发骨骼应力遮蔽效应，导致周围骨头逐渐萎缩，据报道钛合金种植体感染的发生率平均高达5.8%。因此，研究开发低杨氏模量、耐腐蚀的其他钛合金具有重大意义。

传统方法制造的金属植入体因为自身过重和刚度过大容易引起病人的不适，且实心的结构导致植入体-宿主骨之间无相互啮合固定，容易引起松脱，导致植入体使用寿命减少。激光选区熔化(Selective Laser Melting， SLM)技术，首先利用micro-CT扫描后三维重建，MIMICS软件测量其孔隙结构参数，并和其对应的三维模型数据做统计学对照。其对应的三维模型数据; 前期的三维模型数据修饰和材料的后处理可去除游离的钛合金粉末、改善材料的多孔特性，由此通过SLM技术可以制备结构复杂的人工骨支架。然而，如何选择激光选区熔化的各项参数：融化温度、切片分层，扫描速度等，需要根据不同的金属粉末及制作的要求而自行设计。

故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

为了改变现有技术中钛合金人工骨植入体的杨氏模量过高，本发明提供了一种钛合金人工骨植入体的制备方法，采用新型钛合金配方，同时采用激光选区熔化方法，设计选择激光选区熔化的各项参数，使本发明的钛合金人工骨植入体的生物相容性好、且具有一定的孔隙率和孔隙交通率、且具有一定的机械强度以支撑缺损骨的生长。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案为：

一种钛合金人工骨植入体的制备方法，包括以下步骤：

（1）将金属粉末混合为钛合金粉末，其中，所述钛合金粉末由13～16.5%（重量）的铊和1~12%（重量）的锆，其余由钛和不可避免的杂质组成，以上各组分之和为100%；

（2）将步骤（1）中的钛合金粉末进行球磨混料处理；其中，球磨处理的参数为 ：球料比 1:2 ～ 1:4，转速 90 ～ 105rpm， 球磨时间 3 ～ 4h，使钛合金粉末呈球形，粒径不超过 25μm；

（3）将经球磨混料处理后的钛合金粉末输送到选区激光熔化快速成型设备，根据导入所述选区激光熔化快速成型设备的CAD图成型人工骨植入体；在成型过程中，并同时以每分钟 2 ～ 3.5升的流量输入氩气和100~200 ppm的氧气，逐渐升温至激光融化的温度1090~1180℃；

（4）将成型的钛合金进行分段冷却处理；

其中，分段冷却处理还包括以下步骤 ： 第一阶段，在选区激光熔化高温保温结束后，以每小时 90 ～ 105 ℃冷却到 1000 ℃ , 保持 2 ～ 3.5小时 ； 第二阶段，以每小时 80 ～ 95 ℃水冷却到 500℃ , 保持 3 ～ 4.5 小时 ； 第三阶段，以每小时 100 ～ 115 ℃空冷至常温，制备得到新型钛合金人工骨植入体。

优选地，在钛合金粉末中，其中，金属钛粉末的纯度为99.9%以上，金属铊粉末的纯度为99.9%，金属锆粉末的纯度为99.9%以上。