[发明专利]一种具有双峰孔结构的医用多孔金属材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于医用材料技术领域，具体涉及一种具有双峰孔结构的医用多孔金属材料的制备方法。

背景技术

在医学发达的今天，将人工关节、骨创伤螺钉、脊柱矫形内固定物等医用材料植入人体内替代受损的组织结构，已经应用得越来越广泛。由于这些植入材料直接与人体组织或体液接触，因此其必须具有良好的生物相容性和骨诱导性；除此之外，植入材料还必须具备与人体骨相似的孔隙率和力学性能，以利于成骨细胞在植入材料的表面和孔隙内进行粘附、分化和生长，最终形成植入材料与人体骨之间的机械锁合。多孔金属材料因其连通的多孔结构和优良的生物相容性，兼具金属材料的优良的力学性能和加工成型性能，已经成为植入材料领域研究的热点。

多孔金属材料自身独特的多孔结构极大地提高了其生物相容性，有利于成骨细胞在多孔金属材料的表面和孔隙中进行粘附、分化和生长，加强多孔金属材料与人体骨的连接，最终实现生物固定；其次，多孔金属材料的密度、强度和杨氏弹性模量均可以通过对其孔隙率的调整与人体骨相匹配，使多孔金属材料能有效减弱或消除应力屏蔽效应，避免植入材料周围的骨坏死、发生新骨畸变等状况；同时，开放的多孔结构有利于组织和体液中的水分和营养物质在植入材料孔隙内的传输，促进受损组织细胞的再生与修复，加快痊愈过程。

现有的多孔金属材料的制备方法主要包括松装烧结法(Loose Pack Sintering Method)、浆料发泡法(Slurry Foaming Method)、空间占位法(Space Holder Method)、电子束快速成形法(Electron Beam Melting Method)、气相沉积法(Vapor Deposition Method)、固-气共晶定向凝固法(Metal/Gas Eutectic Unidirectional Solidification Method)等。

松装烧结法(Loose Pack Sintering Method)主要通过各粉体在烧结过程中的相互粘接作用制成多孔材料。但是该方法制备的多孔金属材料的孔隙率低，并且其孔隙率和孔径分布均不可控，易出现烧结缺陷。

浆料发泡法(Slurry Foaming Method)先将金属粉末、发泡剂和有机物混合为料浆，然后经过加热、发泡等工艺得到固体多孔材料。该方法操作简便，制备的多孔金属材料具有较高的孔隙率，但是其孔径分布不均匀，导致固体多孔材料的强度和精度较低。

空间占位法(Space Holder Method)先将金属粉末和造孔剂混合后压制成型，然后置于烘箱或真空电阻炉中预处理去除造孔剂，最后进行高温烧结。但是由于造孔剂通常选用碳酸氢铵、尿素等物质，不易完全去除，很可能会在多孔金属材料内遗留大量的碳元素，而将这种多孔金属材料植入人体后，人体将会发生明显的排斥反应，造成严重的后果。

电子束快速成形法(Electron Beam Melting Method)、气相沉积法(Vapor Deposition Method)、固-气共晶定向凝固法(Metal/Gas Eutectic Unidirectional Solidification Method)等方法虽然能够制备出性能相对良好的多孔金属材料，但是这些方法对设备的要求严苛，生产成本高昂，生产效率低下，使其应用受到了很大限制。

大量研究表明：孔隙率为30％～80％，并且杨氏弹性模量与人体骨相匹配的多孔金属材料是较为理想的植入材料，才更加适于替代人体受损的组织结构。从临床医学的观点来看，理想的植入材料不仅应该具有与人体相匹配的力学性能、良好的生物相容性，同时还应该具有一定的骨诱导性。

文献1(H.P.Yuan，K.Kurashina，et al.A preliminary study on osteoinduction of two kinds of calcium phosphate ceramics.Biomaterials，1999，20：1799-1806.)和文献2(X.D.Zhang，H.P.Yuan，K.D.Groot.Calcium phosphate biomaterials with intrinsic osteoinductivity.Notebook of the 6^th World Biomaterials Congress，Hawaii，May，2000)经研究发现，具有单峰孔结构即单一孔径分布的医用多孔金属材料不具有骨诱导性；只有双峰孔结构即孔径分布为双峰的医用多孔金属材料才具有骨诱导性。