一種制造人工骨頭的粉末材料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種制造人工骨頭的粉末材料及其制備方法，該粉末材料所含組分及各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：羥基磷灰石(規(guī)格：20nm×150nm，針狀)50％～80％，氧化鋁(粒徑：0.6μm)15％～45％和鈦(粒徑：40μm)4％～7％，通過(guò)球磨、烘干、研磨、過(guò)濾等步驟將上述組分制備成人工骨頭的粉末材料，采用爆炸壓實(shí)方法將粉末材料制造成人工骨頭。本發(fā)明將鈦加入到制造人工骨頭的粉末材料中，可提高人工骨頭的強(qiáng)度，且對(duì)人體組織無(wú)毒，采用爆炸壓實(shí)方法可制造高強(qiáng)度、高韌性、高生物活性的人工骨頭。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種制造人工骨頭的粉末材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物材料領(lǐng)域，尤其是涉及一種由羥基磷灰石、氧化鋁和鈦三組分組 成的用于制造人工骨頭的粉末材料及其制備方法，以及使用該粉末材料制造人工骨頭的方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在骨科、整形外科、腫瘤科、牙科等領(lǐng)域中，硬骨組織缺損是常見(jiàn)的病患。因此，需 要研制出能代替患者自身組織的人工材料用于人體骨骼的修復(fù)并代行其功能。理想的骨 缺損修復(fù)材料，應(yīng)該符合下列要求：①良好的組織相容性；②來(lái)源數(shù)量不受限制；③塑形容 易；④能被活體組織長(zhǎng)入或替代；⑤具有一定的強(qiáng)度和抗壓能力。目前鈦合金材料和陶瓷 材料是醫(yī)學(xué)界公認(rèn)的兩種人工骨頭原料，國(guó)內(nèi)外的科研工作者對(duì)此開(kāi)展了大量研宄，試驗(yàn) 和臨床表明這兩種材料均可以實(shí)現(xiàn)大塊缺損骨骼的修復(fù)，但均存在一定的適用性。
[0003] 鈦合金材料硬度適中，具有一定彈性，表面易產(chǎn)生穩(wěn)定的氧化膜，當(dāng)鈦合金人工骨 骼植入體內(nèi)時(shí)，不會(huì)與人體產(chǎn)生排斥性，與其他各種合金相比其對(duì)人體的影響可以說(shuō)是微 乎其微，從上世紀(jì)90年代中期開(kāi)始一直是許多醫(yī)院用以修補(bǔ)顱骨的傳統(tǒng)材料。金屬鈦的合 金材料有較高的強(qiáng)度和良好的韌性，很接近生物骨骼的要求，但植入人體或生物體后，往往 難以產(chǎn)生理想的生物相容性，缺乏生物活性，只是簡(jiǎn)單的機(jī)械物理結(jié)合，使這種材料的應(yīng)用 受到很大的限制。
[0004] 羥基磷灰石是與動(dòng)物骨骼成分一樣的陶瓷材料，由于其在體內(nèi)與骨骼有良好的相 容性，所以植入動(dòng)物體內(nèi)的羥基磷灰石人造骨頭在幾個(gè)月后，一絲絲的肌肉開(kāi)始"攀附"其 上，新舊骨骼則逐漸延伸，直至融為一體。這是因?yàn)榱u基磷灰石與體液發(fā)生反應(yīng)后，會(huì)在其 表面形成類(lèi)骨磷灰石，恰與動(dòng)物骨組織中的主要無(wú)機(jī)成份相似。
[0005] 但是大量試驗(yàn)表明，植入動(dòng)物體后羥基磷灰石人造骨頭雖然具有很好的生物相容 性，但強(qiáng)度和韌性卻很低，始終不能成為骨骼的理想的替代品，也極大的限制了它在醫(yī)學(xué)領(lǐng) 域的應(yīng)用。
[0006] 為了提高羥基磷灰石人造骨頭的強(qiáng)度，日本學(xué)者在羥基磷灰石中加入氧化鋁，然 后在高溫條件下進(jìn)行真空燒結(jié)，提高其韌性，使其能夠應(yīng)用于制造人工骨骼，但是其強(qiáng)度仍 不盡如人意。
[0007] 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外科研工作者逐步發(fā)展了多種制造技術(shù)用于提高生物活性材料人工 骨的機(jī)械性能，如快速成型技術(shù)、3D打印技術(shù)、冷凍擠壓制造技術(shù)和粉末激光燒結(jié)技術(shù)等。 上述幾種方法均基于3D精密定型加后期燒結(jié)這一常規(guī)制作流程來(lái)進(jìn)行人工骨的制作，雖 然滿(mǎn)足了人工骨的力學(xué)性能和生物活性，但鑒于其制作設(shè)備精密，制作工藝復(fù)雜，因此無(wú)法 滿(mǎn)足大批量工業(yè)生產(chǎn)所需的設(shè)備簡(jiǎn)易性、經(jīng)濟(jì)性要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種制造人工骨頭的粉末材料及其制 備方法。采用本發(fā)明粉末材料通過(guò)爆炸壓實(shí)的方法可以制造成具有高強(qiáng)度、高韌性和高生 物相容性的人工骨頭。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0010] 一種制造人工骨頭的粉末材料，所述粉末材料包含組分及各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：
[0011] 羥基磷灰石50 %?80%
[0012] 氧化鋁 15 %?45%
[0013] 鈦 4%?7%
[0014] 所述粉末材料通過(guò)爆炸壓實(shí)方法制造成人工骨頭。
[0015] 所述羥基磷灰石的規(guī)格為：20nmX150nm，針狀；所述氧化鋁的粒徑為0·6μπι;所 述鈦的粒徑為40 μ m。
[0016] 所述爆炸壓實(shí)的方法為點(diǎn)燃炸藥，通過(guò)水介質(zhì)傳播爆炸產(chǎn)生的沖擊波至粉末材料 層，使粉末材料壓實(shí)成人工骨頭。
[0017] -種制造人工骨頭的粉末材料的制備方法，具體制備步驟如下：
[0018] (1)將羥基磷灰石50%?80%、氧化鋁15%?45%和鈦4%?7%加入球磨罐中 組成混合粉末；
[0019] (2)然后向球磨罐中加入無(wú)水乙醇和鋯球，制成混合粉末的溶液；
[0020] (3)將球磨罐封閉，放在行星球磨機(jī)上球磨至混合粉末混合均勻；
[0021] (4)將混合均勻的混合粉末溶液倒入不銹鋼盆中，將其放入烘箱中干燥，使混合粉 末溶液中的無(wú)水乙醇完全揮發(fā)，得到干燥的塊狀混合粉末；
[0022] (5)最后將干燥的塊狀混合粉末用研缽研磨，再用分樣篩過(guò)濾，得到可用于制造高 強(qiáng)度、高韌性、高生物活性的人工骨頭的粉末材料。
[0023] 所述混合粉末、無(wú)水乙醇和鋯球的質(zhì)量比為1:1: 1。
[0024] 本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于：
[0025] 1、本發(fā)明粉末材料中加入的鈦，提高了人工骨頭的強(qiáng)度和韌性；
[0026] 2、本發(fā)明粉末材料對(duì)人體組織無(wú)毒；
[0027] 3、本發(fā)明粉末材料具有較高的生物相容性；
[0028] 4、本發(fā)明爆炸壓實(shí)方法可提供GPa級(jí)的壓實(shí)壓力，提高人工骨頭的壓實(shí)密度和強(qiáng) 度。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1為本發(fā)明所用爆炸壓實(shí)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 附圖標(biāo)記說(shuō)明：
[0031] 1、裝藥管；2、裝水管；3、裝粉管；4、TNT ;5、水；6、粉末。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。
[0033] 本發(fā)明制造人工骨頭的粉末材料的制備方法，按照下述步驟實(shí)施：
[0034] (1)將羥基磷灰石50%?80%、氧化鋁15%?45%和鈦4%?7%加入球磨罐中 組成混合粉末；
[0035] (2)然后向球磨罐中加入無(wú)水乙醇和鋯球，制成混合粉末的溶液；混合粉末、無(wú)水 乙醇和鋯球的質(zhì)量比為1:1:1
[0036] (3)將球磨罐封閉，放在行星球磨機(jī)上球磨至混合粉末混合均勻；
[0037] (4)將混合均勻的混合粉末溶液倒入不銹鋼盆中，將其放入烘箱中干燥，使混合粉 末溶液中的無(wú)水乙醇完全揮發(fā)，得到干燥的塊狀混合粉末；
[0038] (5)最后，將干燥的塊狀混合粉末用研缽研磨，再用分樣篩過(guò)濾，得到可用于制造 高強(qiáng)度、高韌性、高生物活性的人工骨頭的粉末材料。
[0039] 本發(fā)明產(chǎn)品實(shí)施例1至實(shí)施例3所含的組分及各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)見(jiàn)表1。按照上 述方法制得本發(fā)明產(chǎn)品。
[0040] 表 1
[0041]

【權(quán)利要求】
1. 一種制造人工骨頭的粉末材料，其特征在于所述粉末材料包含組分及各組分的質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為： 羥基磷灰石 50 %?80% 氧化鋁 15 %?45% 鈦 4%?7% 所述粉末材料通過(guò)爆炸壓實(shí)方法制造成人工骨頭。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造人工骨頭的粉末材料，其特征在于所述羥基磷灰石的規(guī) 格為：20nmX 150nm，針狀；所述氧化錯(cuò)的粒徑為0? 6 ym ;所述鈦的粒徑為40 ym〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造人工骨頭的粉末材料，其特征在于所述爆炸壓實(shí)的方法 為點(diǎn)燃炸藥，通過(guò)水介質(zhì)傳播爆炸產(chǎn)生的沖擊波至粉末材料層，使粉末材料壓實(shí)成人工骨 頭。
4. 一種權(quán)利要求1所述的制造人工骨頭的粉末材料的制備方法，其特征在于具體制備 步驟如下： (1) 將羥基磷灰石50%?80%、氧化鋁15%?45%和鈦4%?7%加入球磨罐中組成 混合粉末； (2) 然后向球磨罐中加入無(wú)水乙醇和鋯球，制成混合粉末的溶液； (3) 將球磨罐封閉，放在行星球磨機(jī)上球磨至混合粉末混合均勻； (4) 將混合均勻的混合粉末溶液倒入不銹鋼盆中，將其放入烘箱中干燥，使混合粉末溶 液中的無(wú)水乙醇完全揮發(fā)，得到干燥的塊狀混合粉末； (5) 最后將干燥的塊狀混合粉末用研缽研磨，再用分樣篩過(guò)濾，得到可用于制造高強(qiáng) 度、高韌性、高生物活性的人工骨頭的粉末材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述混合粉末、無(wú)水乙醇和鋯球的質(zhì) 量比為1:1: 1。
【文檔編號(hào)】A61L27/02GK104436297SQ201410712311
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】劉建湖, 毛海斌, 盛振新 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七○二研究所