[发明专利]一种具有多孔可控低模量的骨缺损修复支架及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及医用多孔金属支架及其制备方法，特别涉及由多孔钛合金支架及在其表面沉积的羟基磷石灰涂层或掺锶羟基磷石灰涂层组成的骨缺损修复支架及其制备方法。

背景技术

目前金属钛及其合金作为植入体广泛用于骨科及口腔等领域。但其弹性模量较高(110GPa)，与人体骨组织的弹性模量不相匹配，易出现应力遮挡现象阻止骨愈合。为了克服这一问题，许多学者应用传统的方法制作出多孔金属支架，的确在很大程度上降低了弹性模量，但是其缺乏对孔的内部结构及材料外形的精确控制，常常不能满足医疗内植物的需求。随着快速成型技术的发展，不但可以实现复杂外形的构建，而且能够精确控制内部的结构，如孔径大小、孔的连通性及形状等，在很大程度上降低了弹性模量，极大提高了本身的生物相容性。

医用生物金属表面沉积生物活性涂层能够充分发挥金属材料和生物活性材料的优点，也是骨组织工程学研究的热点之一。羟基磷灰石(HA)作为磷酸钙陶瓷的一种，它的化学结构与天然骨矿物质相近，因此具有良好的骨诱导性和骨传导性。锶(Sr)离子是正常骨组织的一种微量离子，其本身具有促进成骨和抑制破骨细胞的双重作用，雷尼酸锶作为一种治疗和预防绝经后妇女的骨质疏松药物已经应用于临床。掺锶的羟基磷灰石指传统的羟基磷灰石中加入锶元素。不仅有利于细胞增殖和黏附，而且增强了体内的骨诱导能力。

目前关于金属表面沉积HA的方法主要有等离子喷涂、高速氧焰喷涂法、溶胶-凝胶法和电化学沉积等。前两种方法均为线性工艺，对于形状复杂尤其是内部多孔的结构难以实现均一涂覆。溶胶-凝胶法则存在涂层与基底结合力差，易脱落等缺点。电化学沉积具有设备简便、成本低、工艺简便等优点。王小祥等采用直流电模式的电化学沉积在结构单一的钛表面制备了掺锶的羟基磷灰石涂层，但是这种恒电流或是恒电压的电沉积模式容易出现涂层的不均一性，尤其针对于内部结构复杂的多孔基体。

脉冲电化学沉积方法的工作原理主要是利用电压脉冲的张弛增加阴极的活化极化和降低阴极的浓差极化，它通过周期的连续重复脉冲电压能够得到均匀致密涂层。在很大程度上克服了上述缺点，大大提高了生物涂层的均匀性，尤其针对于结构复杂的金属基体。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种具有多孔可控低模量的骨缺损修复支架的制备方法。本发明的另一目的在于提供一种通过上述制备方法制备而成的骨缺损修复支架。该骨缺损修复支架由钛合金支架及在其表面沉积的生物活性涂层组成。在金属支架表面沉积生物活性涂层使这种高强度、低模量的金属支架达到良好的骨整合，为临床大块骨缺损的修复提供方法。

为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

1.具有多孔可控低模量的钛合金支架的制备

制备多孔可控低模量的钛合金支架使用的快速成型技术包括选择性激光烧结技术(SLS)、选择性激光熔融技术(SLM)、电子束熔融技术(EBM)。制备的钛合金支架孔径为100μm～2000μm，优选300μm～500μm，弹性模量小于10GPa。

本发明提供了一种利用激光烧结技术制备的钛合金支架，具体制备过程如下：首先利用Unigraphics软件设计构建出三维图形，输入至选择性激光烧结设备，

设置特定的激光波长，在氩气的保护下，采用CO₂激光束将Ti6A14V粉末进行选择性烧结成型，然后对Ti6A14V实心部分粉末进行烧结，不断循环，层层堆积成型，后期采用线切割和热处理的应力释放，最后进行超声波清洗去除残留粉末，得到与所需形状不一致的多孔支架。优选地，Ti6A14V粉末的颗粒为径为26μm-53μm。

2.生物活性涂层的制备

(1)步骤1制备的具有多孔可控低模量的钛合金支架经过超声波清洗后酸、碱表面处理；

(2)把钙盐和磷酸盐用蒸馏水溶解，混合溶液中钙/磷摩尔比为1.67，然后用氨水调节溶液pH为6.0，将此溶液作为电解液；或把钙盐、磷酸盐和锶盐用蒸馏水溶解，混合溶液中(钙+锶)/磷摩尔比为1.67，用氨水调节溶液pH为6.0，将此溶液作为电解液。以经过步骤(1)处理的钛合金支架作为工作电极，环形钛丝作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，在三电极的电解槽中进行电沉积。脉冲电沉积过程均在室温或恒温加热条件下进行；

(3)经过步骤(2)处理的钛合金支架取出后利用超声波清洗去除表面附着的电解液并干燥。

优选地，电沉积中电化学参数为：脉冲宽度为1s～200s，脉冲低电位为-1.2V～-2.0V，脉冲高电位为0V，沉积时间为3600s。