[发明专利]一种降解速率可控的镁合金骨支架及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种降解速率可控的镁合金骨支架及其制备方法，属于生物制造领域。

背景技术

金属材料因具有较高的机械强度、弹性和塑性等综合性能，在修复骨缺损的生物材料方面扮演了重要角色。但目前应用最广泛的金属材料如不锈钢、钛合金和钴合金等，易引起应力遮挡效应、有毒金属离子释放和慢性炎症等并发症，更重要的是这些金属材料不能在体内自行降解，需进行二次手术取出，不仅增加了手术费用，而且对患者会造成再次伤害。

金属镁具有良好的生物相容性和降解性，有较高的比强度和比刚度，其弹性模量也和人骨接近，能有效降低应力遮挡效应。但镁在体内仅存在较短时间(2-3个月)就会降解消失(人体植入材料通常需要至少3个月的服役期)，不能满足骨生长的要求，并且降解速率过快还会导致析氢加快，此外，降解产物也会造成局部pH值过高，诱发炎症甚至细胞溶血等临床症状。这些问题严重阻碍了金属镁作为骨植入材料在临床医学上的应用。

羟基磷灰石(HAP)以其优越的生物相容性和生物活性为人们所关注。其化学成分、晶体结构与构成人体组织的羟基磷灰石极为相似，植入体内后能与骨组织直接形成化学结合，并能诱导骨组织长入，己成为活性陶瓷中的首选材料，然而由于羟基磷灰石较高的脆性、较低的强度和较慢的降解速率，使得它并不适合直接用于生物体内的承重部位。

另一方面我们知道，快速凝固工艺能提高镁合金的成分和组织均匀性，减少缺陷，抑制局部腐蚀；同时快速凝固工艺还可提高镁合金中第二相质点的惰性，从而减轻镁合金的腐蚀倾向。更为重要的是，由于快速凝固工艺能增大玻璃体氧化膜元素的同溶度，促进更具保护性并有“自愈”能力的玻璃体膜的形成，因此能提高镁合金材料的耐腐蚀性能。

因此，本专利提出对金属镁通过复合羟基磷灰石成分和利用快速凝固工艺来延缓材料腐蚀速率的方法。以期能使镁合金支架达到临床骨修复的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种降解速率可控的镁合金骨支架及其制备方法，具体是利用羟基磷灰石降解速度慢和生物活性好的特点复合到镁金属中形成镁合金，并通过激光快速加热与冷却的特点实现烧结件的快速凝固，以期能延缓金属镁的降解速率，并通过控制所添加的量，实现降解的可控。

本发明中降解速率可控的镁合金骨支架的制备方法，主要步骤如下：

(1)分别称量一定量的镁金属粉末和羟基磷灰石陶瓷粉末，同时放入通有氩气的球磨机中，球磨3小时，获得镁金属粉末与羟基磷灰石陶瓷粉末混合均匀的复合粉末；

(2)采用预置铺粉工艺，在自行研制的激光烧结系统上，按照所设计的结构要求，在激光功率80～100W、扫描速度100～200mm/min、扫描间距1mm，光斑直径0.5mm、氩气气氛压力5MPa下，利用激光有选择地扫描复合粉末；

(3)复合粉末在激光的作用下实现烧结，烧结完一层后，取出烧结件重新进行辅粉和烧结，不断重复此工艺直到结束。取出烧结件去除末烧结的粉末后最终获得镁合金骨支架。

与现有技术相比，本发明的特点如下：

(1)利用羟基磷灰石良好的生物相容性和生物活性，使镁合金骨支架具有优异的生物学性能，并且能减缓镁金属的降解速率。

(2)结合激光的超快加热与冷却的特点，能够实现镁合金的快速凝固，能提高镁合金的成分和组织均匀性，进一步延缓镁合金的降解速度。

(3)金属镁经羟基磷灰石复合后聚合了二者的优点，不仅提高了生物性能，而且有适合作为骨支架坚韧的金属强度和硬度。

(4)本发明所涉及的制备方法具有工艺流程简单，烧结时间短、加工效率高、安全无污染等优点。

具体实施方式

下面结合实例进一步说明本发明中的降解速率可控的镁合金骨支架及其制备方法：

实施例一：

称量100克镁粉末(纯度＞99.9％，直径＜30um)和1克羟基磷灰石陶瓷粉末(纯度＞99％，宽20nm，长150nm)，放入通有氩气的球磨机中，球磨3小时，获得镁粉末与羟基磷灰石粉末混合均匀的复合粉末；

(2)采用预置铺粉工艺铺好复合粉末，置放在烧结平台上，按照预先设计好的结构要求，在激光功率90W、扫描速度150mm/min、扫描间距1mm，光斑直径0.5mm、氩气气氛压力5MPa下，利用激光有选择地扫描复合粉末；

(3)复合粉末在激光的作用下实现烧结，烧结完一层后，取出烧结件重新进行辅粉和烧结，不断重复此工艺直至结束。取出烧结件利用高压气体和毛刷去除末烧结的粉末后最终获得镁合金骨支架。

上述方法所制备的骨支架具有约500um大小的互连孔结构。