[发明专利]一种骨修复钛钼基羟基磷灰石复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种骨修复钛钼基羟基磷灰石复合材料及其制备方法。本发明所述的复合材料是由钛钼合金、过程控制剂与羟基磷灰石混合制得。本发明制备的复合材料的弹性模量低(30～50GPa)、抗压强度高(500～1550MPa)、硬度高(300～520HV)，含有大量的生物活性陶瓷相(CaTiO₃、Ca₃(PO₄)₂、HA等)，有利于诱导骨结合，兼具优良的力学性能和生物活性，可用于骨修复和骨替代。

技术领域

本发明涉及生物医用材料制备技术领域，尤其是涉及一种骨修复钛钼基羟基磷灰石复合材料及其制备方法。

背景技术

目前临床应用的人造生物医用材料中，钛及钛合金性能优异，被认为是人工关节、脊柱矫形内固定系统、牙种植体等硬组织替代和修复的首选材料。纯钛(Ti)及Ti-6Al-4V是目前应用最广泛的骨修复钛合金，但铝(Al)和钒(V)被证实会对人体产生毒害，且其弹性模量与人骨不匹配，导致“应力屏蔽现象”。添加Nb、Ta、Zr、Mo等无毒元素来研制新型的β型生物医用钛合金，可以有效降低弹性模量，具有极大的发展前景。与其它β-Ti添加元素相比，钼(Mo)元素作为人体及动植物所必需的微量元素，有助于调节人体内的酸碱平衡度，并可以作为一些酶的辅助因子，是一种人体亲和元素。此外，Mo与Ti属于同晶型结构，能与Ti形成无限固溶体，不仅降低弹性模量，且能够提高Ti的耐磨性及强度。因此，Ti-Mo系合金在生物医用方面具有广泛的应用前景。

钛合金具有良好的力学性能，作为人体植入材料可用于承载较大的部位，但作为一种生物惰性材料，表面无生物活性，难以与机体组织形成强有力的化学键合，导致长期使用时的松动、失效。羟基磷灰石(HA)作为一种类骨生物陶瓷，与人体骨骼具有相似的成分和结构，在植入生物体内时能与骨组织发生骨性结合，具有优异的生物活性。但是其力学性能较差，不能应用于承载力较大的部位。因此综合钛钼合金优良的力学性能与羟基磷灰石优良的生物活性，制备两者性能兼备的生物复合材料，是开发生物医用材料的一个重要方向。

目前，利用生物陶瓷的生物活性改善钛合金生物惰性的研究较多。其中制备生物活性涂层尤为常见，主要是通过等离子喷涂、电化学沉积、激光熔覆、仿生矿化等技术实现。但是所制备的涂层与金属材料性质差异较大，涂层的术后稳定性较差且容易脱落，导致骨结合性能下降和植入的失败。为了解决涂层较薄和结合力不强的问题，国内外学者研究了钛及钛合金与生物陶瓷混合制备生物活性复合材料。其中文献(Davoud Bovanda，MardaliYousefpoura，Sousan Rasouli，et al.Characterization of Ti-HA compositefabricated by mechanicalalloying[J].Materials and Design，2015，65:447-453)报道了一种Ti-HA复合材料的制备方法，其能够改善材料的生物活性，但是因基体中大量α-Ti存在，力学性能难以满足要求。文献(刘凯歌，胡树兵.放电等离子烧结技术制备(Ti-35Nb-7Zr-5Ta)-15HA复合材料微观组织的演变及生物活性[J].中国有色金属学报，2020，30(01):112-121.)报道了一种(Ti-35Nb-7Zr-5Ta)-15HA生物复合材料的制备方法，但Ta的熔点较高，不利于复合材料的制备，且放电等离子烧结机理易受烧结过程中产生的陶瓷相的影响，导致材料组织存在较多缺陷。SPS技术因烧结机理和石墨模具的限制，制备样品通常为简单圆柱体，难以制备复杂形状工件，且石墨模具的强度低、寿命短、容易对烧结材料造成污染。模压烧结作为一种近净成形工艺，能够实现定制化模具，后续处理只需要少量机加工，烧结过程在流动氩气保护下进行，过程清洁且低成本。

发明内容