[发明专利]一种多孔金属骨内置物的制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔金属骨内置物的制备方法，属于骨修复材料领域，其目的在于提供一种制造工艺精度更高，所得制品结构性稳定性更好的多孔金属骨内置物的制备方法。本发明包括如下步骤：配置聚乙烯醇溶液、配置金属粉末/聚乙烯醇浆料、铸模、灌模、凝胶、溶解、干燥、烧结。本发明的制备方法不限于金属材料的种类，所制得的多孔金属骨内置物的孔隙大小易于控制，整体的形态可调，且结构稳定、机械性能可靠性高，整个工艺流程简单，环境要求低，制造成本低，可推广性高。

技术领域

本发明属于骨修复材料领域，具体涉及一种多孔金属骨内置物制备方法。

背景技术

交通事故、意外以及疾病等各种原因每年都会造成大量的骨骼创伤和骨缺损病例，而在临床上一般需要用骨内置物对这些缺损创伤进行填充，以达到力学支撑和帮助骨组织愈合的目的。在实践过程中，多孔金属(如钛、钽等)制造的内置物因其具有良好的力学性能和生物安全性，因此已被广泛应用于骨缺损修复中。

目前有一些较为成熟的技术已经运用于制造不同金属材料的多孔内置物，比如通过气相化学沉积技术利用化学反应在多孔表面沉积金属；这种方法虽然可以得到高度均匀，孔隙完全联通的多孔钽；但缺点是这种方法只能用于钽等几种金属元素，不能用于制造多孔钛等；此外，这种方法使用特种设备(气相化学反应器)，涉及复杂的条件控制和操作过程，成本很高。

另外还可以通过高分子泡沫模板法进行多孔内置物的制造，该方法的优点是不限于金属材料的种类和不使用特殊设备，但缺点是在制造过程中所使用的粘结剂往往具有高粘度和成膜性，因此工艺过程中常常在孔的部分开口处残余一层膜，这层膜最终变成一层金属，造成部分孔隙成为闭孔，经验表明这个缺陷很难避免；此外，这种工艺比较简单，但也依赖于手工技艺，工艺的稳定性存在很大缺陷。

还有颗粒堆积模板法也可以实现多孔内置物的制造，该方法虽然成本较低，但一般只能制造形态相对简单的多孔金属，而无法制造具有特定设计形态的多孔金属，因此运用范围较窄。

又比如说通过电子束或者激光进行3D打印，该方法虽然原则上可以实现任何形态的多孔金属的打印制造，但是由于金属3D打印设备成本及其使用和维护均很昂贵，打印材料也很昂贵，而且打印金属内部容易有孔隙和热应力，造成材料强度较低，容易产生疲劳和磨损甚至发生脆断，因而在推广应用中存在局限。此外，由于3D打印本质是金属的熔化、快速冷却过程，因此在快速冷却过程中容易形成非平衡态(过饱和)的金相组织。如，钛的3D打印会形成钛马氏体。而非平衡态的组织的自由能高于平衡态组织，因此腐蚀速率也高于平衡态组织。

申请号为CN201610439554.0的发明专利公开了一种用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份计由如下组分组成：生物金属粉末40～60份、非金属粉末30～40份、聚碳酸酯20～32份、聚维酮k30 5～8份、烟酸0.5～0.7份、多巴胺0.02～0.1份。该发明提供的人造骨材料不仅强度高，而且通过组分中的多巴胺、烟酸、聚维酮k30与其他材料的作用，使得多骨骼接合界面发生分解、吸收、析出等反应，能实现与骨骼牢固结合，防止疲劳和磨损，并且该发明提供的材料在不加重单位材质重量的情况下克服了现有材料中在容易接合活动以及体内酸性介质的影响所导致材料的应力下降的技术问题，大大提高了材料的应力。

但是通过分析该专利可以发现，其生物金属粉末的质量比例上限为60份，聚碳酸酯的下限为20份，因此生物金属粉末与聚碳酸酯的质量比最高为60：20；其中的生物金属粉末以钛为例，钛的密度为4.2g/cm³，而聚碳酸酯的密度为0.92g/cm³到1.2g/cm³之间，这里取聚碳酸酯密度为1.2；因此可以通过计算得出钛与聚碳酸酯体积比最高为(60/4.2):(20/1.2)＝14.29:16.67。可以发现，生物金属粉末的体积占比低于50％。因此，经过该专利所述的“排胶”处理后，聚碳酸酯部分都会变成金属粉末之间和周边的孔隙，而且其孔隙的总体积超过金属粉末的总体积。根据材料学知识可以知道这种结构的稳定性会很脆弱，易于崩散，因此在实际操作过程中可控性较差，稳健性以及可推广性存在缺点。