[发明专利]一种均匀快速降解的铁-纳米羟基磷灰石医用材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种均匀快速降解的铁‑纳米羟基磷灰石医用材料及其制备方法，由铁基体和均匀分散在铁基体上的纳米羟基磷灰石构成，其中纳米羟基磷灰石的质量百分比为2～10wt％。本发明通过水热反应和SLM工艺的协同处理，在羟基磷灰石与铁基体的界面产生空隙，为体液提供了通道，同时纳米羟基磷灰石直接在铁粉末颗粒上均匀分散，提供更多的界面接触面积，协同实现铁基体的均匀快速降解。

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，尤其涉及一种均匀快速降解的铁-纳米羟基磷灰石医用材料及其制备方法。

背景技术

作为一种优良的骨植入物材料，铁有着良好的机械性能，能够在骨修复过程中提供有效的支撑。此外，有研究者证明铁具有生物可降解性，并且在降解过程中不会产生毒性，而且能够保持机械完整性。然而，由于标准电极电位高(-0.44V)，铁在人体环境内的降解速率过慢，很可能在新骨长成之后还未完全降解掉，需要二次手术取出，对病人造成二次伤害。因此，加快铁的降解性能，是其作为生物可降解植入物急需解决的难题。

将铁与生物陶瓷结合是制备可降解骨植入物的一种有效方法。通过向铁基体中添加生物陶瓷材料，利用陶瓷与铁收缩率的不同，在制备过程中使得生物陶瓷在铁基体中收缩，产生界面缺陷和空隙，这些缺陷和空隙可以作为体液向铁基体的渗透通道，增大铁基体与体液的接触面积，从而增大了腐蚀速率。有研究者通过将羟基磷灰石加入到铁基体中制备了医用材料，这种医用材料表现出了加快的降解速率，同时提高了材料的细胞相容性(Dehestani M,Adolfsson E,Stanciu L A.Mechanical properties and corrosionbehavior of powder metallurgy iron-hydroxyapatite composites forbiodegradable implant applications.MaterialsDesign,2016,109:556-569)。

上述方法是将铁粉末与微米级的生物陶瓷粉末直接球磨混合，再通过粉末冶金的方法制成骨植入物。由于使用了微米级的陶瓷粉末，陶瓷与铁基体的界面接触面积有限，导致对铁的降解改善作用有限。纳米尺寸的陶瓷粉末有望大幅增加界面接触面积，但纳米粉末极易在铁基体中产生团聚，不仅不利于界面接触面积的增加，甚至会造成力学性能恶化。因此如何实现纳米陶瓷在铁基体中的均匀分散是实现其均匀快速降解的关键。

发明内容

针对纳米羟基磷灰石在铁基体中的分散不均匀导致铁降解速率过慢的问题，本发明的目的是在于提供了一种均匀快速降解的铁-纳米羟基磷灰石医用材料及其制备方法，通过水热反应和SLM工艺的协同处理，在羟基磷灰石与铁基体的界面产生空隙，为体液提供了通道，同时纳米羟基磷灰石直接在铁粉末颗粒上均匀分散，提供更多的界面接触面积，协同实现铁基体的均匀快速降解。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种均匀快速降解的铁-纳米羟基磷灰石医用材料，由铁基体和均匀分散在铁基体上的纳米羟基磷灰石构成，其中纳米羟基磷灰石的质量百分比为2～10wt％，优选为2～8wt％，进一步优选为6wt％。

所述纳米羟基磷灰石的粒径为10～100nm。

本发明还提供了一种均匀快速降解的铁-纳米羟基磷灰石医用材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将质量比为5.2～6.2：1～2：55～65的乙二胺四乙酸二钠钙、磷酸二氢钠与去离子水配制成溶液，加入碱液以调节pH至6-13；

(2)将上述所得溶液与铁粉按质量比8～10：1于120-180℃下水热处理6-12h即得到表面生长纳米羟基磷灰石层的铁粉末；

(3)以上述表面生长纳米羟基磷灰石层的铁粉末为原料，惰性气体保护下，通过SLM(激光选区熔化)工艺制备铁-纳米羟基磷灰石医用材料，控制激光功率为100-125W，扫描速度为15-18mm/s，光斑直径为50μm，扫描间距为20-25μm。