医用多孔钛钽人工骨、人工关节的制备方法及其产品技术

本发明专利技术公开一种多孔钛钽人工骨、关节的制备方法以及产品，属于生物材料领域，方法包括：S1对钛合金片和钽片待结合面进行打磨，然后依次用丙酮、酒精、去离子水进行超声清洗；S2将钛合金片和钽片贴合，加热到850℃～1050℃，保温20min～40min，然后加压进行塑性变形，随后空冷至室温，以使两种材料之间形成冶金结合；S3利用固体激光器在复合板上快速制备穿孔，孔径大小为300μm～600μm；S4利用热成型技术，将钛钽复合板制备成各种人工骨、关节形状；S5利用碱加预钙化处理提高复合材料的生物相容性。本发明专利技术所用的热轧复合方法相较于传统爆炸复合法更加安全、可控、方便、结合牢固，本发明专利技术的产品具有较高的生物相容性。

Medical porous titanium tantalum artificial bone, artificial joint preparation method and product thereof

The invention discloses a method for preparing a porous tantalum titanium artificial bone, joint and products, belonging to the field of biological materials, including: S1 method of titanium alloy sheet and tantalum film to be polished surface, then followed by acetone, alcohol and deionized water for ultrasonic cleaning; S2 titanium alloy sheet and tantalum sheet together that is heated to 850 DEG to 1050 deg. the insulation of 20min ~ 40min, and then the pressurized plastic deformation, then cooled to room temperature, so as to form a metallurgical bond between the two materials; using S3 solid laser rapid preparation of perforation on the composite board, the pore size is 300 m ~ 600 m; S4 by heat molding technology, titanium tantalum composite plate prepared into a variety of artificial bone and joint shape; alkali pre calcification treatment to improve the biocompatibility of the composite by S5. Compared with the traditional explosive composite method, the hot rolling composite method is more safe, controllable, convenient and combined with firmness, and the product of the invention has high biocompatibility.

【技术实现步骤摘要】
医用多孔钛钽人工骨、人工关节的制备方法及其产品
本专利技术属于生物材料
，更具体地，涉及一种制备永久性医用多孔金属植入物的方法和产品，具体涉及一种制备适用于替代人体骨、人体关节的医用植入物多孔钛钽人工骨、人工关节的方法和产品。
技术介绍
目前，多孔医用金属植入材料在治疗骨组织创伤、股骨组织坏死、脊柱外科和种植牙等领域具有重要而特殊的用途。多孔的结构有利于周围生物组织的长入，使植入材料与周围骨组织形成牢固的机械锁合，有利于植入材料在人体内的稳定性。在保证植入材料力学性能的前提下，应尽可能提高植入材料的孔隙率，而且孔隙最好连通均匀分布。金属钽在20世纪中叶开始应用于医学领域，1997年多孔钽材料在关节置换、股骨头缺血性坏死的治疗和椎体融合等领域得到广泛应用，它具有很好的生物相容性，对人体组织没有毒副作用，同时具有很高的耐蚀性和化学稳定性，在人体内可长期稳定存在。目前，美国Zimmer公司利用化学气相沉积生产的多孔钽金属，构型为十二面体多重排列，形成相互连通、交错的微孔结构，具有高孔径、高孔隙率、高摩擦系数、组织相容性好等许多优点，在国外已得到广泛应用。我国于2008年已将多孔钽引入了国内市场，但是，由于专利保护等多种原因，导致这种产品在国内价格过高，给患者带来较高经济压力，影响其使用和推广。公开号为CN103691003A的中国专利公布了一种通过浸渍、脱脂、烧结的方法制备多孔钽的技术，但制备过程较为复杂，工艺繁琐，耗时长。公开号为CN102796909A的中国专利提出了一种采用三维打印成型制备多孔钽医用植入材料的方法，该方法首先将纯钽粉与成型剂混合，送入三维打印机打印成型，然后再通过脱脂、真空烧结、冷却和热处理得到多孔钽。这种制备技术工艺也相对复杂，而且三维打印成型技术效率较低，再加上后期的一系列处理，生产效率很低，不利于产品成本的控制。目前，广泛应用的金属植入材料为钛及其合金，但其耐蚀性和生物相容性与钽存在一定差距，植入人体后使患者具有二次手术的风险。如果能以钛合金为基体，在其表面复合一层很薄的钽片，既能利用钽的高耐蚀性和生物相容性，又减少了钽的用量，克服了钽价格昂贵的限制因素。钛和钽的复合技术，国内外文献报道很少。公开号为CN101862231A的中国专利申请报道了一种利用等离子喷涂技术在人工假体表面制备高孔隙率钽涂层的方法。由于喷涂的特点，两种材料的结合力较差，容易产生剥落，而且结构较为复杂的假体很难通过喷涂得到均匀的钽涂层。公开号为CN102409195A的中国专利中提出了一种利用激光熔覆制备多孔钽的方法，该专利中首先在基体表面预先铺一层高纯钽粉，再通过激光熔覆的方式制备金属钽涂层，这种方式制备的钽涂层与基体可以形成冶金结合，但是涂层表面形貌、孔径大小难以控制，而且由于激光处理的快速加热和快速冷却，导致Ta-Ti合金化层很容易产生微裂纹，并且激光设备投入成本过高，涂层制备过程工艺复合、耗时长。公开号为CN103586641A中国专利中提出了一种利用爆炸焊接制备钛钽铂复合板的方法，该方法虽然能使钛和钽之间形成固相结合，但是，爆炸焊接要求板材较厚，很难生产出薄复合板，不利于减少钽的用量，从而控制成本；同时，爆炸焊接的复合板质量不稳定，还存在噪音污染和冲击波污染，不利于环保。此外，金属钛和金属钽均属于生物惰性材料，植入人体后无法与周围骨组织形成化学结合，所以在植入早期容易产生无菌性松动。中科院上海硅酸盐研究所的黄利平等人(黄利平,谢有桃,季珩,等.真空等离子喷涂HA/Ta复合涂层[J].热喷涂技术,2013,5(2):10-15.)利用等离子喷涂的方式在金属钛表面制备了一层钽/羟基磷灰石复合涂层，希望通过羟基磷灰石与骨组织的化学结合提高植入物稳定性，但是复合涂层与基体之间结合力只有37MPa，涂层在人体内容易发生脱落。所以，如何提高植入材料与骨组织的化学结合力，也一直是科学家们研究的热点领域。因此，需要开发一种新型的人工骨、人工关节材料及其制备方法，要求其具有良好的生物相容性，并且自身结构牢固，抗腐蚀能力强，不会造成二次手术。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种医用多孔钛钽人工骨、人工关节的制备方法及其产品，其目的在于，采用热轧工艺将钽和钛冶金结合形成复合材料，再制备成人工骨或者人工关节，接着还进行碱处理和预钙化处理，以提高生物相容性，本专利技术的制备方法能提供一种具有实际应用前景的人工骨、人工关节，其生物相容性好、抗腐蚀能力强、自身材料性能和结构稳定。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种多孔钛钽人工骨、人工关节的制备方法，其包括如下步骤：S1：将钛合金片和纯钽片打磨，去除表面氧化层和油污，然后依次在丙酮、酒精、去离子水中进行超声清洗；S2：将上述步骤S1处理后的钛合金片和纯钽片组装成轧坯，其组装方式为：将钛合金片和纯钽片进行贴合，然后利用TIG(钨极氩弧焊)精密焊补机在侧面贴合处进行点焊；S3：将步骤S2组装的轧坯加热至850℃～1050℃，保温20min～40min，加热和保温过程中都具有惰性气氛保护；S4：将步骤S3保温结束后的轧坯进行单道次或多道次轧制，空冷后得到复合材料，多道次轧制总变形率为40％～80％，第一道次变形率不低于30％，轧制过程中，钛合金片与轧制压头之间、纯钽片与轧制压头之间均具有一层石墨片作为润滑层；S5：将步骤S4所述复合材料在温度700℃～800℃的条件下进行热处理30min～60min，然后空冷至室温，以使钛和钽界面处形成均匀冶金结合过渡层；S6：将热处理后的复合材料进行激光钻孔以获得穿孔，孔径大小在300μm～600μm；S7：将钻孔后的复合材料加热到300℃～500℃，保温10min～20min，利用热成型技术制备成设定形状的人工骨或人工关节；S8：将步骤S7获得的人工骨或人工关节依次进行碱处理和预钙化处理，使材料表面形成一层生物活性层，以提高生物相容性。以上专利技术构思中，步骤S2至S5中，钛合金片和钽合金片的复合制备技术为热轧复合。上述步骤S6中，钻孔方式为激光钻孔，孔的结构为穿孔，孔径大小300～600μm，孔径精密可控。本专利技术所述的制孔技术为激光钻孔，该技术不仅可用于本专利技术的钛钽复合板，还可应用于多种医用金属植入材料，例如不锈钢、钴钼合金、钛合金和纯钽。碱加预钙化活化处理后，材料表面会生成一层生物活性层，植入人体后会短时间内在人体组织液中自发形成一层纳米结构羟基磷灰石，从而使植入物与周围骨组织形成化学结合，并且羟基磷灰石的纳米结构能促进细胞的增殖、分化。进一步的，上述步骤S8中，所述碱处理和预钙化处理具体包括如下子步骤：S81：将复合材料在浓度为0.3mol/L～0.7mol/L，温度为50℃～70℃的NaOH溶液中浸泡20h～30h；S82：将碱处理后的复合材料浸入温度为30℃～50℃的饱和K2HPO4溶液中10h～14h；S83：在0.8mol/L～1.2mol/L的CaCl2溶液中钙化处理3h～5h。进一步的，上述步骤S8中，所述碱处理和预钙化处理具体包括如下子步骤：S81：将复合材料在浓度为0.3mol/L～0.7mol/L，温度为60℃的NaOH溶液中浸泡24h；S82：将碱处理后的材料浸入温度为40℃的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔钛钽人工骨、人工关节的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1：将钛合金片和纯钽片打磨，去除表面氧化层和油污，然后依次在丙酮、酒精、去离子水中进行超声清洗；S2：将上述步骤S1处理后的钛合金片和纯钽片组装成轧坯，其组装方式为：将钛合金片和纯钽片进行贴合，然后利用钨极氩弧焊精密焊补机在侧面贴合处进行点焊；S3：将步骤S2组装的轧坯加热至850℃～1050℃，保温20min～40min，加热和保温过程中都具有惰性气氛保护；S4：将步骤S3保温结束后的轧坯进行单道次或多道次轧制，空冷后得到复合材料，多道次轧制总变形率为40％～80％，第一道次变形率不低于30％，轧制过程中，钛合金片与轧制压头之间、纯钽片与轧制压头之间均具有一层石墨片；S5：将步骤S4所述复合材料在温度700℃～800℃的条件下进行热处理30min～60min，然后空冷至室温，以使钛和钽界面处形成均匀冶金结合过渡层；S6：将热处理后的复合材料进行激光钻孔以获得穿孔，孔径大小在300μm～600μm；S7：将钻孔后的复合材料加热到300℃～500℃，保温10min～20min，利用热成型技术制备成设定形状的人工骨或人工关节；S8：将步骤S7获得的人工骨或人工关节依次进行碱处理和预钙化处理，使材料表面形成一层生物活性层，以提高生物相容性。...

【技术特征摘要】
1.一种多孔钛钽人工骨、人工关节的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1：将钛合金片和纯钽片打磨，去除表面氧化层和油污，然后依次在丙酮、酒精、去离子水中进行超声清洗；S2：将上述步骤S1处理后的钛合金片和纯钽片组装成轧坯，其组装方式为：将钛合金片和纯钽片进行贴合，然后利用钨极氩弧焊精密焊补机在侧面贴合处进行点焊；S3：将步骤S2组装的轧坯加热至850℃～1050℃，保温20min～40min，加热和保温过程中都具有惰性气氛保护；S4：将步骤S3保温结束后的轧坯进行单道次或多道次轧制，空冷后得到复合材料，多道次轧制总变形率为40％～80％，第一道次变形率不低于30％，轧制过程中，钛合金片与轧制压头之间、纯钽片与轧制压头之间均具有一层石墨片；S5：将步骤S4所述复合材料在温度700℃～800℃的条件下进行热处理30min～60min，然后空冷至室温，以使钛和钽界面处形成均匀冶金结合过渡层；S6：将热处理后的复合材料进行激光钻孔以获得穿孔，孔径大小在300μm～600μm；S7：将钻孔后的复合材料加热到300℃～500℃，保温10min～20min，利用热成型技术制备成设定形状的人工骨或人工关节；S8：将步骤S7获得的人工骨或人工关节依次进行碱处理和预钙化处理，使材料表面形成一层生物活性层，以提高生物相容性。2.如权利要求1所述的多孔钛钽人工骨、人工关节的制备方法，其特征在于，上述步骤S8中，所述碱处理和预钙化处理具体包括如下子步骤：S81：将复合材料在浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡树兵，王文凯，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42