一种可吸收骨修复材料及其制备方法技术

一种可吸收骨修复材料及其制备方法，属于生物医用金属材料领域。材料组成包括具有三维连通的多孔支架结构的金属材料和填充物；填充物位于多孔金属的空隙内；所述三维连通的多孔支架结构的金属材料由金属丝绕制而成；所述可降解填充物为可降解聚合物或可吸收的生物陶瓷材料；制备方法：1)选取金属丝和可降解填充物；2)绕丝与编织，形成缠绕式的螺线卷几何体；3)冲压成型，获得骨修复材料骨架；4)电阻焊或真空烧结，获得强度提高的骨修复材料骨架；5)填充可降解填充物，成型后制得可吸收骨修复材料。本发明专利技术材料具有足够的力学强度，在骨骼愈合过程中逐渐降解，保持骨骼愈合过程中正常的应力环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物医用金属材料领域，特别涉及一种可吸收骨修复材料及其制备方法。技术背景由于外伤、炎症、骨肿瘤摘除等各种病变治疗造成的骨缺损和骨坏死是骨科临床常见手术，行的治疗方法是修复骨缺损。目前临床上已有不锈钢、钛合金、聚合物和陶瓷等应用于骨修复，但它们都受到自身物理、化学和生物性能的局限，临床效果还有待于改进，骨修复材料要有良好的力学性能和优异的生物性能，主要目的是促进成骨细胞的增殖与分化，加快修复材料与骨组织之间的生物结合。镁是人体所必须的微量元素，一定浓度的镁离子可以促进软骨细胞的增殖和分化，有利于软骨形成。镁合金一旦植入人体内，其表面将生成能转变成新骨组织的磷酸盐层，随着植入时间的延长，新骨就在镁合金植入体上不断生长。镁及镁合金具有良好的加工性能，根据植入部位的不同加工成所需形状的植入体。此外，镁及镁合金还具有理想植入骨要求的良好生物相容性及体内可降解性，被认为是目前最有吸引力的生物材料之一，是临床植入体的首选材料。植入体上合适的孔隙尺寸、高的孔隙率和彼此连通的孔隙形态，有利于大量细胞的种植、细胞和组织的生长、氧气与营养的传输、代谢产物的排出及血管与神经的向内长入，也能有效解决植入体容易发生松动和脱落等问题。可降解医用聚合物材料能有效调控植入骨的体内降解速度，延长负载药物作用的时间，提高药物稳定性。另外植入骨支架与聚合物材料的物理化学作用能激发新骨细胞的形成与生长，促进植入骨与周围组织的有效融合。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种生物可吸收骨修复材料及其制备方法，是一种由金属可降解聚合物复合而成的骨修复材料及其制备方法，本专利技术可吸收骨修复材料既能满足骨修复材料应具备的机械强度，同时具有较好的生物相容性、骨诱导能力和体内降解性。本专利技术的可吸收骨修复材料，组成包括具有三维连通多孔骨架结构的金属材料和填充物；填充物位于多孔金属的孔隙内；所述三维连通的多孔骨架结构的金属材料由金属丝绕制而成；所述可降解填充物为可降解聚合物或可吸收的生物陶瓷材料。所述三维连通的多孔骨架结构的孔隙率为50～90％，三维连通的多孔骨架结构的孔径大小为50～2000μm。所述金属丝为纯镁丝、镁合金丝或锌合金丝中的一种，所述金属丝的直径为Φ0.1～0.5mm。所述镁合金为AZ31、AZ91、ZK60、ZE41、Mg-Zn、Mg-Ca或Mg-Zn-Mn中的一种。所述可降解聚合物为聚乳酸(PLLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸和聚乙醇酸的共聚物(PLGA)、聚羟基丁酸脂(PHB)或聚己內酸脂(PCL)、胶原、明胶、甲壳素、壳聚糖中的一种；所述可吸收的生物陶瓷材料为羟基磷灰石、β-磷酸三钙、硫酸钙、碳酸钙、焦磷酸钙、双相磷酸钙、磷酸钙骨水泥或天然珊瑚中的一种。本专利技术的可吸收骨修复材料，其弯曲强度为70～123MPa，拉伸强度为50～142MPa，压缩强度为40～200MPa，弹性模量为6～14.4GPa。本专利技术可吸收骨修复材料，其60～85wt％可吸收骨修复材料在6～18个月内被吸收，24个月时可吸收骨修复材料残余量不足1wt.％。本专利技术的可吸收骨修复材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，选材：按可吸收骨修复材料的组成，选取金属丝和可降解填充物；步骤2，绕丝与编织：(1)绕制螺旋卷：将金属丝单向绕制成螺旋卷；(2)拉伸螺旋卷：将螺线卷向两侧拉伸，使其具有均匀的螺距；(3)编织：将若干拉伸后的螺线卷，相互绕制在一起，形成缠绕式的螺线卷几何体；步骤3，制备骨修复材料的骨架：将螺线卷几何体，放入模具中，冲压成型，获得骨修复材料骨架；步骤4，骨修复材料骨架强度提高：将骨修复材料的骨架，经电阻焊或真空烧结，获得强度提高的骨修复材料骨架；步骤5，填充与成型：(1)向骨修复材料骨架的孔隙内，填充可降解填充物；(2)将骨修复材料骨架中的可降解填充物成型，制得可吸收骨修复材料。其中：所述步骤2(1)中，螺旋卷的螺距为0～0.3mm。所述步骤2(2)中，拉伸后的螺旋卷的螺距为0.7～1.5mm。所述步骤2(3)中，相互绕制的方法采用平行方式与相邻的螺旋卷绕制。所述平行方式与相邻螺旋卷绕制的方法之一为：将若干拉伸后的螺线卷，以平行方式铺排成一层，再将若干拉伸后的螺线卷，铺排成一层的同时与上一层相邻的螺线卷相互绕制，如此反复，直至形成若干层的螺线卷铺排层。所述步骤2(3)中，采用的若干拉伸后的螺线卷的长度相同。所述步骤2(3)中，螺线卷几何体的空间构型根据实际需要设计。所述步骤2(3)中，螺线卷几何体为圆柱体、椭圆形柱体或多边形柱体。所述步骤3中，模具的形状和制备试样要求的形状相对应。所述步骤3中，冲压成型的压力和时间，根据螺线卷几何体的体积和所需骨修复材料骨架的孔隙率来确定。所述的步骤3中，冲压成型的压力为100N～5kN，冲压成型的时间为30min～2h。所述步骤3中，骨修复材料骨架的孔隙率为50～90％。所述步骤4中，真空烧结采用真空炉，烧结真空度为10-3～10-5Pa，烧结温度为300～600℃，烧结时间为30min～3h。所述步骤4中，强度提高的骨修复材料骨架具有三维贯通的开孔结构。所述步骤5(1)中，可降解填充物的用量根据临床需要来确定。所述步骤5(2)中，真空度为10-2～10-3Pa，成型温度为50～210℃。本专利技术的可吸收骨修复材料及其制备方法，与现有技术相比，有益效果为：(1)本专利技术的骨修复材料具有较高的机械强度，可承受较大的载荷，具有良好的力学性能。通过调整金的成分、聚合物的成分以及金骨架的孔隙度，复合材料的弯曲强度为70～123MPa、拉伸强度50～142MP及压缩强度40～200MPa，与自然人骨的弯曲强度80～100MPa，拉伸强度60～120MPa及压缩强度50～140MPa相一致。其弹性模量为6～14.4GPa，也在自然骨的弹性模量3～25GPa范围内；(2)本专利技术制备的可吸收骨修复材料具有理想的可降解性能，且是均匀降解，避免了因降解过快出现植入体的过早失效；(3)本专利技术制备的可吸收骨修复材料的多孔网络骨架结构促进纤维和骨细胞的附着，形成三维立体交织的生物活性固定，保证长期植入的稳定性；(4)本专利技术制备的可吸收骨修复材料的多孔骨架尺寸可调，为周围组织细胞与骨细胞的生成提供了理想的场所，使得修复材料具有自身诱导成骨能力。(5)本专利技术制备的可吸收骨修复材料的孔隙及其填充材料可促进骨细胞的增长、活化骨细胞的基因表达，激发和加速骨缺损处的新骨生长，加快骨组织形成的速度。(6)本专利技术制备的可吸收骨修复材料具有良好的生物相容性和骨传导能力，三维贯通的网络结构为新骨细胞的传导提供生长的架构，促进体液输运，为骨的重建提供所需的营养与血液。(7)本专利技术制备的可吸收骨修复材料中的填充物充分吸收，大部分在6～18个月内被吸收，24个月时的残余量不足1wt.％。(8)本专利技术制备的可吸收骨修复材料使用安全，降解产物可通过血液吸收和肾脏的代谢排出体外，无毒和副作用。(9)本专利技术制备的可吸收骨修复材料具有优异的可吸收性和良好的生物相容性；可以作为骨修复材料、骨缺损填充材料，无毒无副作用，具有足够的力学强度，在骨骼愈合过程中逐渐降解，保持骨骼愈合过程中正常的应力环境。附图说明图1本专利技术实施例1～5的骨修复材料骨架的制备过程示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可吸收骨修复材料，其特征在于，组成包括具有三维连通的多孔骨架结构的金属材料和填充物；填充物位于多孔金属的孔隙内；所述三维连通的多孔骨架结构的金属材料由金属丝绕制而成；所述可降解填充物为可降解聚合物或可吸收的生物陶瓷材料。

【技术特征摘要】
1.一种可吸收骨修复材料，其特征在于，组成包括具有三维连通的多孔骨架结构的金属材料和填充物；填充物位于多孔金属的孔隙内；所述三维连通的多孔骨架结构的金属材料由金属丝绕制而成；所述可降解填充物为可降解聚合物或可吸收的生物陶瓷材料。2.根据权利要求1所述的可吸收骨修复材料，其特征在于，所述材料骨架结构的孔隙率为50～90％，孔径大小为50～2000μm。3.根据权利要求1所述的可吸收骨修复材料，其特征在于，所述金属丝为纯镁丝、镁合金丝或锌合金丝中的一种，所述金属丝的直径为Φ0.1～0.5mm；所述可降解聚合物为聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸和聚乙醇酸的共聚物、聚羟基丁酸脂或聚己内酸脂、胶原、明胶、甲壳素、壳聚糖中的一种；所述可吸收的生物陶瓷材料为羟基磷灰石、β-磷酸三钙、硫酸钙、碳酸钙、焦磷酸钙、双相磷酸钙、磷酸钙骨水泥或天然珊瑚中的一种。4.根据权利要求3所述的可吸收骨修复材料，其特征在于，所述镁合金为AZ31、AZ91、ZK60、ZE41、Mg-Zn、Mg-Ca或Mg-Zn-Mn中的一种。5.根据权利要求1所述的可吸收骨修复材料，其特征在于，本发明的可吸收骨修复材料，其弯曲强度为70～123MPa，拉伸强度为50～142MPa，压缩强度为40～200MPa，弹性模量为6～14.4GPa；60～85wt％可吸收骨修复材料在6～18个月内被吸收，24个月时可吸收骨修复材料残余量不足1wt.％。6.权利要求1所述的可吸收骨修复材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，选材：按可吸收骨修复材料的组成，选取金属丝和可降解填充物；步骤2，绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：张二林，王晓燕，李维国，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21