一种医用可载药金属‑高分子梯度多孔复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种医用可载药金属‑高分子梯度多孔复合材料，该金属‑高分子梯度多孔复合材料以医用高分子材料为基体，以医用金属丝缠绕编织而成的多孔材料为增强相，其中，基体体积分数为10‑90％；所述金属‑高分子梯度多孔复合材料是将基体挤压进入增强相孔隙中，然后利用化学腐蚀方法除去部分增强相金属，形成表面多孔，内部实体的梯度多孔材料。与现有技术相比，本发明专利技术材料具有优异力学性能，良好的骨传输和诱导能力，并且表层多孔层厚度，孔径大小和孔隙率可以控制。表面多孔层中可根据需要载入药物，起到预防感染，促进骨生长和愈合的作用。该制备方法具有操作简单易行，成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物医用材料领域，具体涉及一种医用可载药金属-高分子梯度多孔复合材料，制备的材料主要用于骨修复和骨移植等方面。
技术介绍
医用高分子材料具有良好的力学性能、化学稳定性等特点。因此医用高分子材料获得广泛的临床应用。但是医用高分子材料一般生物活性较差，难以和人体骨骼形成骨融合，限制了其作为骨修复材料的应用。医用材料中的孔可以为骨细胞生长和体液传输提供通道，有利于材料和骨细胞的结合。但是多孔材料力学性能较低，不足以应用在受力载荷情况下的骨植入。所以设计一种既具有多孔结构，又具有良好的力学性能的医用高分子材料具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种医用可载药金属-高分子梯度多孔复合材料，该材料表面的多孔结构有利于骨细胞生长和体液传输，内部实体结构可以提供强度支持，使其力学性能与骨相匹配。该材料表面多孔层中可根据需要载入药物，起到预防感染，促进骨生长和愈合的作用。该材料可满足人工关节、脊柱融合材料和骨支撑修复材料等植入需要。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种医用可载药金属-高分子梯度多孔复合材料，其特征在于，该金属-高分子梯度多孔复合材料以医用高分子材料为基体，以医用金属丝缠绕编织而成的多孔材料为增强相，其中基体体积分数为10-90％；所述金属-高分子梯度多孔复合材料是将熔融的基体通过压力铸造进入增强相的孔隙中，然后利用化学腐蚀方法除去部分增强相金属，形成表面多孔，内部实体的梯度多孔材料。化学腐蚀剂根据所需除去的增强相和基体材料的化学特性来选择。形成表面多孔层的厚度可以根据需要通过控制腐蚀液的浓度和腐蚀时间来控制。从而调节该医用材料的结构、力学、物理等性能，满足不同情况的需求。所述的医用高分子材料为聚氨酯、硅橡胶、聚酯纤维、聚乙烯基吡咯烷酮、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乳酸或聚乙烯。所述的医用高分子材料中可根据需要添加短纤维增强相或颗粒增强相。所述的短纤维增强相选自碳纤维、氧化物晶须或生物玻璃纤维，所述的颗粒增强相选自生物玻璃颗粒、钽粉或羟基磷灰石粉。所述的增强相采用的金属丝包括钛丝、钽丝、锆丝或不锈钢丝，所述的金属丝直径为0.05-2mm，优选0.1-0.5mm，增强相孔隙率通过缠绕编织控制，孔隙率变化范围为10％-90％，优选55-90％。所述的金属-高分子梯度多孔复合材料的表面多孔层和内部实体层比例通过控制腐蚀液浓度和腐蚀时间控制，以调节金属-高分子梯度多孔复合材料的结构和力学性能，满足不同情况下的使用需求，表面多孔层体积分数在1-90％之间变化，优选5-40％。所述的金属-高分子梯度多孔复合材料的抗压屈服强度范围为1MPa-200MPa，优选50-150MPa，弹性模量范围为0.1GPa-80GPa，优选5-50GPa。所述的金属-高分子梯度多孔复合材料所载药物包括生物相容性好的物质、预防术后感染的药物、促进骨细胞生长的元素，抗肿瘤的药物或生长因子；所述的生物相容性好的物质包括钽粉、羟基磷灰石、硅酸钙、磷酸钙或硫酸钙；所述的预防术后感染的药物包括银离子、硫酸庆大霉素或万古霉素；所述的促进骨细胞生长的元素包括锶、锌、锂、钙。采用的化学腐蚀剂包括氢氟酸、盐酸、硝酸、硫酸或王水。所述的医用可载药金属-高分子梯度多孔复合材料能够满足绝大多数对强度要求较高的骨填充、骨移植、骨修复的需要，例如各类人工关节，脊柱融合材料，骨支撑修复材料等方面的应用。与现有技术相比，本专利技术制备的表面多孔聚醚醚酮具有以下优点：1.具有优良的力学性能，骨传输和骨诱导能力；2.操作简便，制造成本低；3.可以通过控制腐蚀液浓度和腐蚀时间控制，以调节金属-高分子梯度多孔复合材料的结构和力学性能，实现力学性能可调的目的；4.表面多孔层厚度、孔径大小和孔隙率可根据需要调节；5.材料形状和大小容易控制，可根据植入需要设计；6.可以满足大多数骨填充、骨修复、骨移植的需求。附图说明图1为本专利技术内部的梯度多孔结构示意图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1采用医用级的直径为0.05mm的钛丝，缠绕编织成设定形状，其孔隙率为90％，通过压力铸造将熔融的聚醚醚酮注入多孔钛的孔隙中，再通过浓度为10％的氢氟酸腐蚀5分钟，形成表面多孔层2％的梯度多孔钛-聚醚醚酮复合材料，该材料的压缩屈服强度为130MPa，弹性模量为25GPa，适用于受力载荷情况下的骨修复和骨植入。实施例2采用医用级的直径为0.2mm的钛丝，缠绕编织成设定形状，其孔隙率为70％，通过压力铸造将熔融的聚醚醚酮注入多孔钛的孔隙中，再通过浓度为10％的氢氟酸腐蚀15分钟，形成表面多孔层10％的梯度多孔钛-聚醚醚酮复合材料。表面多孔层中利用激光熔覆载入钽粉，钽具有优良的生物相容性，可有效提高材料的骨结合能力。该材料的压缩屈服强度为150MPa，弹性模量为30GPa，适用于受力载荷情况下的骨修复和骨植入。实施例3采用医用级的直径为0.4mm的钛丝，缠绕编织成设定形状，其孔隙率为50％，通过压力铸造将熔融的聚醚醚酮注入多孔钛的孔隙中，再通过浓度为10％的氢氟酸腐蚀30分钟，形成表面多孔层20％的梯度多孔钛-聚醚醚酮复合材料。在表面孔中载入羟基磷灰石浆体然后固化，羟基磷灰石具有优良的生物相容性，可促进植入体与骨形成牢固的结合。该材料的压缩屈服强度为140MPa，弹性模量为32GPa，适用于受力载荷情况下的骨修复和骨植入。实施例4采用医用级的直径为1mm的钛丝，缠绕编织成设定形状，其孔隙率为30％，通过压力铸造将熔融的聚醚醚酮注入多孔钛的孔隙中，再通过浓度为10％的氢氟酸腐蚀60分钟，形成表面多孔层40％的梯度多孔钛-聚醚醚酮复合材料。表面多孔曾中利用渗透法在孔中载入硫酸庆大霉素，硫酸庆大霉素可有效抑制金黄葡萄球菌和大肠杆菌等，可以预防术后感染，降低植入手术失败的几率。该材料的压缩屈服强度为100MPa，弹性模量为22GPa，适用于受力载荷情况下的骨修复和骨植入。实施例5采用医用级的直径为2mm的钛丝，缠绕编织成设定形状，其孔隙率为20％，通过压力铸造将熔融的聚醚醚酮注入多孔钛的孔隙中，再通过浓度为15％的氢氟酸腐蚀80分钟，形成表面多孔层60％的梯度多孔钛-聚醚醚酮复合材料，该材料的压缩屈服强度为80MPa，弹性模量为18GPa，适用于受力载荷情况下的骨修复和骨植入。实施例6采用医用级的直径为0.4mm的钛丝，缠绕编织成设定形状，其孔隙率为50％，通过压力铸造将熔融的聚醚醚酮注入多孔钛的孔隙中，再通过浓度为20％的氢氟酸腐蚀120分钟，形成表面多孔层100％的梯度多孔钛-聚醚醚酮复合材料，该材料的压缩屈服强度为20MPa，弹性模量为3.5GPa，适用于受力载荷情况下的骨修复和骨植入。实施例7采用医用级的直径为0.2mm的锆丝，缠绕编织成设定形状，其孔隙率为40％，通过压力铸造将熔融的聚醚醚酮注入多孔钛的孔隙中，再通过浓度为20％的氢氟酸腐蚀30分钟，形成表面多孔层20％的梯度多孔锆-聚醚醚酮复合材料，该材料的压缩屈服强度为110MPa，弹性模量为26GPa，适用于受力载荷情况下的骨修本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种医用可载药金属‑高分子梯度多孔复合材料，其特征在于，该金属‑高分子梯度多孔复合材料以医用高分子材料为基体，以医用金属丝缠绕编织而成的多孔材料为增强相，其中基体体积分数为10‑90％；所述金属‑高分子梯度多孔复合材料是将基体挤压进入增强相孔隙中，然后利用化学腐蚀方法除去部分增强相金属，形成表面多孔，内部实体的梯度多孔材料。

【技术特征摘要】
1.一种医用可载药金属-高分子梯度多孔复合材料，其特征在于，该金属-高分子梯度多孔复合材料以医用高分子材料为基体，以医用金属丝缠绕编织而成的多孔材料为增强相，其中基体体积分数为10-90％；所述金属-高分子梯度多孔复合材料是将基体挤压进入增强相孔隙中，然后利用化学腐蚀方法除去部分增强相金属，形成表面多孔，内部实体的梯度多孔材料。2.根据权利要求1所述的医用可载药金属-高分子梯度多孔复合材料，其特征在于，所述的医用高分子材料为聚氨酯、硅橡胶、聚酯纤维、聚乙烯基吡咯烷酮、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乳酸或聚乙烯。3.根据权利要求1所述的医用可载药金属-高分子梯度多孔复合材料，其特征在于，所述的医用高分子材料中可根据需要添加短纤维增强相或颗粒增强相。4.根据权利要求1所述的医用可载药金属-高分子梯度多孔复合材料，其特征在于，所述的短纤维增强相选自碳纤维、氧化物晶须或生物玻璃纤维，所述的颗粒增强相选自生物玻璃颗粒、钽粉或羟基磷灰石粉。5.根据权利要求1所述的医用可载药金属-高分子梯度多孔复合材料，其特征在于，所述的增强相采用的金属丝包括钛丝、钽丝、锆丝或不锈钢丝，所述的金属丝直径为0.05-2mm，优选0.08-0.5mm，增强相孔隙率通过缠绕编织控制，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何国，李秋炎，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31