專利名稱：一種仿生人骨生物材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于生物材料領域，具體涉及一種仿生人骨生物材料的制備方法。
背景技術：
目前用于人骨修復和替代的生物材料主要包括以鈦及合金為主要代表的 金屬材料和以羥基磷灰石為代表的生物陶瓷材料。金屬鈦及鈦合金醫(yī)用材料 由于其高的強度、韌性以及良好的工藝成形而被廣泛用于人工骨、人工關節(jié)、 齒根材料等。但是金屬鈦材在生理環(huán)境下本身是生物惰性材料，難于和人體 組織形成牢固的結合。羥基磷灰石具有優(yōu)良的生物相容性，耐蝕性和抗磨損， 與組織易形成骨性結合，但本身固有的脆性以及在生理環(huán)境下的疲勞損壞限 制了它的廣泛應用。
采用不同工藝方法將生物陶瓷涂覆在金屬基體表面，能充分發(fā)揮兩類材 料的優(yōu)點，以滿足承載硬組織替代材料的臨床應用需要。近十多年來，國內(nèi) 外的材料工作者和醫(yī)學工作者對金屬生物醫(yī)用材料表面涂覆類骨磷灰石涂層 的制備工藝、組織和力學性能等進行了廣泛和深入的研究，取得了大量的成 果。但是這種方法制備的人骨具有涂層易于剝落、分解等缺陷，導致機體和 植入體之間的結合強度急劇下降，嚴重影響臨床使用。研究將生物活性陶瓷 和生物金屬二類材料優(yōu)點相結合的人骨修復和替代的性能優(yōu)異的生物材料亟 待解決。
天然骨由同心圓排列的骨板與哈弗系統(tǒng)構成，外層致密、硬、厚，為皮 質骨，內(nèi)層排列疏松，呈多孔狀，為松質骨。根據(jù)生物特性要求，骨缺損修 復材料應該具有可控制的非均質多微孔連通結構以及結構梯度和材料分布梯 度。多微孔結構在與骨組織結合上的重要性己受到廣泛的重視。目前雖然存在一些仿生人骨材料的制備方法，但均存在一些缺陷而不能廣泛得到應用， 因此研究一種與天然人骨生物力學性能及生物相容性極為相似的仿生人骨生 物材料的制備方法極為緊迫與必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種仿生人骨生物材料的制備方法，本發(fā)明將生 物金屬與陶瓷材料相結合，實現(xiàn)了人骨生物材料梯度微孔結構的仿生。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是首先利用直接激光選區(qū)燒
結技術制備鈦基人骨仿生微孔支架，然后將具有骨誘導生長功能的生物陶瓷
羥基磷灰石微粉注入仿生微孔支架中，經(jīng)干燥固化后，獲得仿生人骨生物材料。
其具體步驟如下
1) 首先利用Micro CT獲取患者需修復或替代部位的人骨的三維微觀結 構數(shù)據(jù)，根據(jù)三維微觀結構數(shù)據(jù)運用CAD建立個體化人骨的三維模型，然后 對該三維模型切片分層，獲得個體人骨修復或替代物快速原型制造的切片數(shù) 據(jù)，根據(jù)切片數(shù)據(jù)利用快速原型技術的激光選區(qū)直接燒結金屬工藝燒結成形 人工骨仿生支架，即采用10 60 u m的生物金屬鈦合金微粉為原料利用直接 激光燒結金屬粉末，成形人骨金屬仿生微孔支架，成形設備使用光纖激光器， 激光燒結的工藝參數(shù)為激光功率A70 85W、掃描速度^20 35mm/s、掃 描間距Z=0. 2 0. 3mm、鋪粉層厚^0. 08 0.15mm，整個成形過程在氬氣保護 氣氛下進行；
2) 取羥基磷灰石納米微粉與蒸餾水混合制成質量濃度為70%-90%的羥基 磷灰石乳液，將成型后的微孔支架在超聲波清洗機中清洗并干燥后浸于乳液 中利用真空浸漬使兩者復合，浸漬時間為10 15小時；
3) 浸漬處理后，利用真空低溫干燥技術進行干燥固化，獲得仿生人骨生 物材料。本發(fā)明所說的生物金屬鈦合金微粉為TieAl7Nb、 TieAl4V或TisAl2,5Fe。
按本發(fā)明的制備方法制成的仿生人骨生物材料，抗拉強度極限大于300 Mpa，延伸率10% 12%，拉壓彈性模量小于50Gpa，生物相容性良好。
本發(fā)明將金屬生物材料與非金屬生物陶瓷材料(羥基磷灰石)的優(yōu)點結 合起來，利用直接激光選區(qū)燒結技術、真空浸漬技術等制備出一種新型仿生 人骨生物復合材料，該材料生物力學性能與天然骨相似，生物相容性好，植 入人體后可實現(xiàn)植入骨與人體組織的骨性結合，安全可靠。
具體實施例方式
實施例1:1)首先利用Micro CT獲取患者需修復或替代部位的人骨的 三維微觀結構數(shù)據(jù)，根據(jù)三維微觀結構數(shù)據(jù)運用CAD建立個體化人骨的三維 模型，然后對該三維模型切片分層，獲得個體人骨修復或替代物快速原型制 造的切片數(shù)據(jù)，根據(jù)切片數(shù)據(jù)利用快速原型技術的激光選區(qū)直接燒結金屬工 藝燒結而成，即采用10 60 u m的生物金屬鈦合金微敉、TieAl7Nb為原料利用 直接激光燒結金屬粉末，成形人骨金屬仿生微孔支架，成形設備使用光纖激 光器，激光燒結的工藝參數(shù)為激光功率A70W、掃描速度^35mrn/s、掃描 間距〉0. 2mm、鋪粉層厚#0. 12咖，整個成形過程在氬氣保護氣氛下進行；
2) 取羥基磷灰石納米微粉與蒸餾水混合制成質量濃度為80%的羥基磷灰 石乳液，將成型后的微孔支架在超聲波清洗機中清洗并干燥后浸于乳液中利 用真空浸漬使兩者復合，浸漬時間為10小時；
3) 浸漬處理后，利用真空低溫干燥技術進行干燥固化，獲得仿生人骨生 物材料。
實施例2: 1)首先利用Micro CT獲取患者需修復或替代部位的人骨的 三維微觀結構數(shù)據(jù)，根據(jù)三維微觀結構數(shù)據(jù)運用CAD建立個體化人骨的三維 模型，然后對該三維模型切片分層，獲得個體人骨修復或替代物快速原型制 造的切片數(shù)據(jù)，根據(jù)切片數(shù)據(jù)利用快速原型技術的激光選區(qū)直接燒結金屬工 藝燒結而成，即采用10 60um的生物金屬鈦合金微粉Ti6Al4V為原料利用直接激光燒結金屬粉末，成形人骨金屬仿生微孔支架，成形設備使用光纖激光
器，激光燒結的工藝參數(shù)為激光功率A78W、掃描速度^26mm/s、掃描間 距/F0.3mm、鋪粉層厚^0.08mm，整個成形過程在氬氣保護氣氛下進行；
2) 取羥基磷灰石納米微粉與蒸餾水混合制成質量濃度為70%的羥基磷灰 石乳液，將成型后的微孔支架在超聲波清洗機中清洗并干燥后浸于乳液中利 用真空浸漬使兩者復合，浸漬時間為13小時；
3) 浸漬處理后，禾U用真空低溫干燥技術進行干燥固化，獲得仿生人骨生 物材料。
實施例3: 1)首先利用Micro CT獲取患者需修復或替代部位的人骨的 三維微觀結構數(shù)據(jù)，根據(jù)三維微觀結構數(shù)據(jù)運用CAD建立個體化人骨的三維 模型，然后對該三維模型切片分層，獲得個體人骨修復或替代物快速原型制 造的切片數(shù)據(jù)，根據(jù)切片數(shù)據(jù)利用快速原型技術的激光選區(qū)直接燒結金屬工 藝燒結而成，即采用10 60 u m的生物金屬鈦合金微粉TiAUe為原料利用 直接激光燒結金屬粉末，成形人骨金屬仿生微孔支架，成形設備使用光纖激 光器，激光燒結的工藝參數(shù)為激光功率/^85W、掃描速度^20mm/s、掃描 間距X).3mm、鋪粉層厚示0.15咖，整個成形過程在氬氣保護氣氛下進行；
2) 取羥基磷灰石納米微粉與蒸餾水混合制成質量濃度為90%的羥基磷灰 石乳液，將成型后的微孔支架在超聲波清洗機中清洗并干燥后浸于乳液中利 用真空浸漬使兩者復合，浸漬時間為15小時；
3) 浸漬處理后，利用真空低溫干燥技術進行干燥固化，獲得仿生人骨生 物材料。
權利要求
1、一種仿生人骨生物材料的制備方法，其特征在于首先利用直接激光選區(qū)燒結技術制備鈦基人骨仿生微孔支架，然后將具有骨誘導生長功能的生物陶瓷羥基磷灰石微粉注入仿生微孔支架中，經(jīng)干燥固化后，獲得仿生人骨生物材料。
2、 根據(jù)權利要求1所述的仿生人骨生物材料的制備方法，其具體步驟如下1) 首先利用Micro CT獲取患者需修復或替代部位的人骨的三維微觀結 構數(shù)據(jù)，根據(jù)三維微觀結構數(shù)據(jù)運用CAD建立個體化人骨的三維模型，然后 對該三維模型切片分層，獲得個體人骨修復或替代物快速原型制造的切片數(shù) 據(jù)，根據(jù)切片數(shù)據(jù)利用快速原型技術的激光選區(qū)直接燒結金屬工藝燒結成形 人工骨仿生支架，即采用10 60 n m的生物金屬鈦合金微粉為原料利用激光 直接燒結金屬粉末，成形人骨金屬仿生微孔支架，成形設備使用光纖激光器， 激光燒結的工藝參數(shù)為激光功率A70 85W、掃描速度^20 35咖/s、掃 描間距ZfO. 2 0. 3mm、鋪粉層厚^0. 08 0.15mm，整個成形過程在氬氣保護 氣氛下進行；2) 取羥基磷灰石納米微粉與蒸餾水混合制成質量濃度為70%-90%的羥基 磷灰石乳液，將成型后的微孔支架在超聲波清洗機中清洗并干燥后浸于乳液 中利用真空浸漬使兩者復合，浸漬時間為10 15小時；3) 浸漬處理后，利用真空低溫干燥技術進行干燥固化，獲得仿生人骨生 物材料。
3、 根據(jù)權利要求2所述的仿生人骨生物材料的制備方法，其特征在于 所說的生物金屬鈦合金微粉為TieAl7Nb、 TieAl4V或Ti5Al2.5Fe。
4、 一種如權利要求2所述的仿生人骨生物材料的制備方法制成的仿生人 骨生物材料，其特征在于抗拉強度極限大于300 Mpa，延伸率10% 12%，拉壓彈性模量小于50Gpa，生物相容性良好。
全文摘要
一種仿生人骨生物材料的制備方法，首先利用直接激光選區(qū)燒結技術制備人骨仿生微孔支架，然后將具有骨誘導生長功能的材料注入仿生微孔支架中，經(jīng)干燥固化后，獲得仿生人骨生物材料。本發(fā)明將金屬生物材料與非金屬生物陶瓷材料(羥基磷灰石)的優(yōu)點結合起來，利用直接激光選區(qū)燒結技術、真空浸漬技術等制備出一種新型仿生人骨生物復合材料，該材料生物力學性能與天然骨相似，生物相容性好，植入人體后可實現(xiàn)植入骨與人體組織的骨性結合，安全可靠。按本發(fā)明的制備方法制成的仿生人骨生物材料，抗拉強度極限大于300MPa，延伸率10％～12％，拉壓彈性模量小于50GPa，生物相容性良好。
文檔編號A61L27/12GK101507839SQ20091002173
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權日2009年3月27日
發(fā)明者黨新安, 張昌松, 楊立軍 申請人:陜西科技大學