钛镓合金铸锭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种钛镓合金铸锭及其制备方法和应用，制备方法包括：将5

【技术实现步骤摘要】
钛镓合金铸锭及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于骨科内植入物
，具体涉及一种钛镓合金铸锭及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]基于钛的植入物为医疗内植物金标准之一，但存在三点不足：第一，钛合金为细菌粘附提供平台，易导致生物膜感染。第二，钛为惰性金属，引导骨组织再生差，易引起无菌性骨溶解。第三，纯钛熔点较高，高熔点不利于进一步的深加工。
[0003]在钛合金表面修饰抗菌剂，成为提高钛合金抗菌性能的主流方法。主要包括抗生素类修饰、抗菌肽修饰、金属离子修饰和纳米材料修饰。最经典的抗生素修饰尽管取得一定成效，但耐药性的出现极大降低了抗生素的治疗效果。抗菌肽为新型抗菌活性肽，具有广谱抗菌特性，但其提取成本高，生物利用度不足，疗效欠佳。金属离子在抗菌应用方面具有悠久的研究历史，诸如银离子、铜离子和镁离子等，金属离子具有良好的抗菌效果，不易产生耐药性，但生物安全性欠佳，易在体内蓄积产生毒性。纳米材料的兴起为内植物修饰提供新的选择，纳米材料具有靶向运输、持续可控释放、结构多样化、不易产生耐药等优势，但因生物安全性、稳定性等问题，尚处于临床前研究，距离临床应用还需验证优化。因此，临床上急需一种生物安全性好、抗菌谱广和抗菌性能强的表面修饰材料。
[0004]通过表面改性，提高钛合金成骨性能是预防假体无菌性松动的主要技术途径。包括改变钛表面形态结构，添加羟基磷灰石、生物活性玻璃、PCL等涂层，表面负载锶、镁等金属离子，以及修饰生物活性分子，如BMP
‑
2等。
[0005]镓离子为一种过度金属元素，通过干扰细菌铁代谢发挥抗菌作用，不易产生耐药性，且对生物膜形成具有明显抑制作用。此外，镓离子作为临床高钙血症治疗药物，具有极佳的生物安全性。以镓离子为钛合金表面修饰剂有望在提高合金抗菌性能上取得突破。当前含镓内植物主要包括生物活性玻璃、水凝胶、羟基磷灰石等，这些可降解支架吸附镓剂后可缓释镓离子实现持续抗菌效果，但这些生物活性材料的力学性能远不如钛，在骨科应用方面存在极大局限性。另一方面镓离子具有显著的破骨抑制作用，可促进骨整合。目前尚未见通过合金化的方式将镓修饰于钛合金内，并将该合金应用于生物膜形成抑制评估与破骨激活抑制的植入物。与此同时，镓(Ga)是一种液态金属在或接近正常室温时，其熔点为29.8℃，根据Ti
‑
Ga相图，与Ga合金化的Ti具有相对较低的熔点温度，这可能极大地有利于如铸造等加工的进行。此外，此外，Ga已经被美国食品药品监督管理局(FDA)批准用于治疗高钙血症和恶性肿瘤，可有效抑制骨吸收和血浆钙升高，体内安全性良好。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种钛镓合金铸锭及其制备方法和应用。
[0007]为达到上述目的，本专利技术的解决方案是：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种钛镓合金铸锭的制备方法，其包括如下步骤：
[0009](1)、将5
‑
25wt％的镓(Ga)和75
‑
95wt％的钛(Ti)加入真空电弧熔炼炉内，并通入惰性气体；
[0010](2)、将步骤(1)的合金锭翻转熔炼数次，每次持续5
‑
8min，并开启电磁搅拌进行搅拌，熔炼完成后，冷却至室温，得到钛镓合金铸锭，之后根据需要对合金铸锭进行进一步深加工。
[0011]作为本专利技术的优选实施例，步骤(1)中，镓的纯度为90
‑
99.99％，钛的纯度为90
‑
99.99％。
[0012]作为本专利技术的优选实施例，步骤(1)中，惰性气体为氩气，纯度为90
‑
99.99％。
[0013]作为本专利技术的优选实施例，步骤(1)中，通入惰性气体后，真空熔炼炉的表压为(
‑
0.05)
‑
0.1Mpa。
[0014]作为本专利技术的优选实施例，步骤(2)中，熔炼的次数为5
‑
7次。
[0015]第二方面，本专利技术提供了一种钛镓合金铸锭，其由上述的制备方法得到。
[0016]第三方面，本专利技术提供了一种如上述的钛镓合金铸锭的应用，该钛镓合金铸锭作为植入物在生物膜感染预防以及骨整合促进领域中的应用。
[0017]由于采用上述方案，本专利技术的有益效果是：
[0018]第一、本专利技术在钛合金中添加镓元素，缓释的镓离子一方面通过抑制细菌粘附，阻碍生物膜形成，预防生物膜相关感染，另一方面可显著抑制破骨细胞激活的活性，有促进骨整合的潜能。
[0019]第二、本专利技术的制备方法简单，易于控制，可以制成不同镓含量的合金，实现最佳的抗生物膜与抑制破骨分化效果。
[0020]总之，本专利技术提供了一种具有相对便于加工、生物相容性高、抗菌性能强又具有促进骨整合功能的医疗内植物，该内植物为二元金属合金，同时，将镓合金化，保持纯钛的优异的机械性能之外，还能在至少6个月内释放镓离子，实现持久抗菌与骨整合。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的实施例和对比例中纯钛、钛镓合金铸锭抗生物膜性能评价图(A图为纯Ti、Ti
‑
Ga合金抑制生物膜效果的SEM；B图为纯Ti、Ti
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Ga合金抑制生物膜效果的激光共聚焦显微；C图为纯Ti、Ti
‑
Ga合金抑制细菌效果的涂板计数结果；D图为纯Ti、Ti
‑
Ga合金抑制细菌生物膜效果的结晶紫染色结果)。
[0022]图2为本专利技术的实施例和对比例中纯钛、钛镓合金铸锭在体外抑制Rankl依赖性破骨细胞的生成图(A图为TRAP染色的代表性图；B图为用纯Ti和Ti
‑
Ga合金提取物处理的破骨细胞中F
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actin环形成受损的代表性图；C图为纯Ti和Ti
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Ga合金提取物分别处理14天后骨吸收的代表性SEM图)。
[0023]图3为本专利技术的实施例和对比例中纯钛、钛镓合金铸锭的细胞毒性评价图。
[0024]图4为本专利技术的实施例中Ti
‑
15％Ga合金铸锭的金相图。
[0025]图5为本专利技术的实施例中Ti
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15％Ga合金铸锭的透射电镜图。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供了一种钛镓合金铸锭及其制备方法和应用。
[0027]下面将结合实施例和附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]实施例1：
[0029]本实施例的Ti
‑
5％Ga合金铸锭的制备方法包括如下步骤：
[0030](1)、将5wt％的Ga和95wt％的Ti加入真空电弧熔炼炉内，通入99.99％的高纯氩气使炉内表压为
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛镓合金铸锭的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：(1)、将5
‑
25wt％的镓和75
‑
95wt％的钛加入真空电弧熔炼炉内，并通入惰性气体；(2)、将步骤(1)的合金锭翻转熔炼数次，每次持续5
‑
8min，进行搅拌，熔炼完成后，冷却至室温，得到钛镓合金铸锭。2.根据权利要求1所述的钛镓合金铸锭的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述镓的纯度为90
‑
99.99％，所述钛的纯度为90
‑
99.99％。3.根据权利要求1所述的钛镓合金铸锭的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄凯，杨盛兵，汤亭亭，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院附属第九人民医院，
类型：发明
国别省市：