[发明专利]一种铜钛基生物材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种铜钛基生物材料的制备方法，属于生物医用材料制备领域。本发明所述方法为：按Ti:41～80%，Nb:15%~34%，Zr:8%~15%，Cu:2%~10%的质量百分比，分别称取Ti、Nb、Zr和Cu的金属锭；先将熔点较高的Ti、Nb、Zr金属锭熔炼，然后与Cu的金属锭一起熔炼，随炉冷却即得到Ti‑Nb‑Zr‑Cu金属铸锭。本发明制备得到抗菌钛合金生物材料的抗压强度为970～1400MPa，弹性模量为35～58GPa，接近于人骨弹性模量（10~30GPa）；植入体中含有杀菌元素Cu，能防止移植体手术移植过程中的感染，可用于人体硬组织替代和修复；此制备过程洁净、工艺简单、成本低廉，易于实现工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种铜钛基生物材料的制备方法，属于生物医用材料制备技术领域。

背景技术

随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，钛及钛合金因为具有较好的力学性能优势：密度低、质轻、抗腐蚀性、无磁性、韧性好，而被广泛运用于生物医用领域，生物医用钛合金的需求量因此快速增长，然而，许多纯钛及钛合金在实际医疗过程中发现仍然存在许多问题，已被广泛运用的纯Ti及TC4等医用钛合金中由于V和Al存在有毒性和致病性，导致病人在术后产生中毒和感染现象，文献（M Kikuchi,M Takahashi,O Okuno.Elastic moduliof cast Ti–Au, Ti–Ag, and Ti–Cu alloys. 《Dental Materials》,2006,22,（7）:641-646）通过真空电弧熔炼的方法在高纯度钛里加入抗菌性元素铜，得到的生物材料具有良好的抗菌性，但是随着铜含量的增加，合金的弹性模量也在增加，纯钛的弹性模量约为110GPa，当铜含量增加到10％的时候，合金的弹性模量约为120GPa，作为医用植入体不利于骨与骨之间的应力传递，容易产生“应力屏蔽”现象，另一方面，纯钛的强度、抗塑性变形能力、抵抗断裂能力较低，从而限制了作为它植入体在较大承载部位的使用。

目前针对提高生物材料的抗菌性和力学性能已经展开了大量的研究。文献（Masatoshi TAKAHASHI, Masafumi KIKUCHI, Yukyo TAKADA ，samu OKUNO. MechanicalProperties and Microstructures of Dental Cast Ti-Ag and Ti-Cu Alloys. DentalMaterials Journal 21 (3): 270-280, 20）在纯钛中加入了抗菌性元素铜和银，得到了具有整体抗菌性和良好力学性能的钛合金生物材料，但是这种生物材料依然存在着弹性模量高与人骨生物相容性不好的问题，专利CN201610239281.5采用等离子体浸没离子注入/镀膜技术在医用钛基材料表面注入铜离子形成了铜离子注入层，从而使医用钛基材料具有了抗菌性，可广泛运用于骨科植入、替换和人工关节等临床医疗领域中使用的各种钛合金器械，解决了在临床治疗中因为钛合金植入体引发感染而给病人带来痛苦的问题。上述发明涉及的材料虽然加入了Cu离子来改善材料的抗菌性，但是随着时间的延长以及骨组织之间的摩擦，所形成的铜离子注入层会产生脱落、磨损现象，从而降低了植入体的抗菌性和使用寿命，并且上述发明所得生物材料的弹性模量较高，容易产生“应力屏蔽”现象。

发明内容

本发明的目在于提供一种铜钛基生物材料的制备方法，进一步提高人工植入物的组织力学性能和抗菌性，解决植入物与骨组织之间因结合力差、生物相容性低以及术后感染导致骨组织难以生长、愈合问题，具体包括以下步骤：

（1）按Ti:41～80%，Nb:15%~34%，Zr:8%~15%，Cu:2%~10%的质量百分比，分别称取Ti、Nb、Zr和Cu的金属锭，真空干燥，备用。