专利名称：一种多孔钛钴合金医用植入物的凝胶注模制备方法
技术领域：
本发明属于医用材料制备技术领域，特别是提供了一种凝胶注模制 备生物相容性优良、形状复杂的多孔医用植入物的方法。
技术背景钛基合金的生物相容性好，密度低，接近于人体骨组织，弹性模量 较低，而强度明显高于其它金属，且耐蚀性能良好，其各方面特性较其 它金属更接近皮质骨，适于用作生物医用植入材料。多孔钛钴合金具有 多孔三维支架的结构优势，三维贯通的孔隙和合适的表面微孔结构为周 围组织的长入提供了支架，使组织与植入物获得牢固的生理性固定；同 时又兼备钛金属优良的化学、力学性能和生物相容性。多孔钛钴合金在 医用植入物方面具有非常广阔的前景。通常，多孔金属材料的成形方法主要包括粉末冶金压制法、桨料发 泡法等。其中，粉末冶金压制法制备多孔金属材料的生产工艺简单、成 本低并且能够得到组织结构均匀的多孔金属材料，但是孔隙度较低，也 难以满足医用植入物复杂形状的要求，并且模具成本较高、小规模生产 成本高；浆料发泡法可获得较高孔隙度，缺点是难于控制气泡大小，故 难以获得孔径分布均匀的多孔材料，并且难以获得复杂形状。在本发明中，采用水基丙烯酰胺体系凝胶注模成形技术实现生物相 容性优良、形状复杂、空隙与力学性能可调的多孔钛钴合金医用植入物 的制备； 一方面采用凝胶注模成形技术解决了复杂形状成形困难的问题， 又达到了医用植入物的多孔性要求，这就大大简化了生产工序，此外凝 胶注模成型技术模具成本很低，解决了医用植入物小规模生产成本高的 问题；更重要的是引入了无毒副作用的金属钴作为合金元素，提高了其 植入物的强度，增强了医用植入物的安全性。 发明内容本发明的目的在于提供一种低成本制备生物相容性和组织结合性优 良、形状复杂、力学性能可调的多孔钛钴合金医用植入物的方法，改善 性能并降低成本。本发明原理如下采用水基丙烯酰胺体系凝胶注模成形。丙烯酰胺4溶液能聚合成为高强度的、横向连接的聚合物-溶剂的凝胶。将单体丙烯酰胺、交联剂N，N'-亚甲基双丙烯酰胺与去离子水配制成一定浓度的预 混液，加入分散剂油酸使钛钴粉末悬浮于预混液中制成浆体，调节pH 值至9.0 10.0，然后加入适量催化剂N，N，N',N'-四甲基乙二胺和引发剂过 硫酸铵搅拌均匀，经排气后注入模具中，模内的单体发生聚合反应形成 网状结构将钛钴粉体包裹，成为由大分子网络定型的坯体。坯体经干燥、 排胶、烧结得到产品，如图1。此外还可以通过调节固含量来改变多孔 钛钴合金的孔隙率和力学性能，以满足各种医用植入物的性能要求。 一种多孔钛钴合金医用植入物的凝胶注模制备方法，具体工艺如下1、 分别称取钛钴粉，其中钴粉为钛钴混合物的2%~40%，球磨1 4 小时使其混合均匀。2、 将单体丙烯酰胺及单体交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺以质量比 (1~250): 1混合，并将丙烯酰胺及交联剂的混合物溶于去离子水制成质量分数为1~55%的均匀稳定的溶液；3、 量取钛钴粉体积0.01%~3%的分散剂油酸加入2溶液中，调节pH 值至9.0-10.0，搅拌均匀，制成浆料；4、 将浆料放入高真空环境中排气5 40分钟；5、 在模具内壁涂薄薄一层脱模剂异辛醇；量取单体质量0.01% 1% 的催化剂N,N，N',N'-四甲基乙二胺和单体质量0.01% 2%引发剂过硫酸 铵，加入排气后的浆料中，搅拌均匀；6、 将含有催化剂和引发剂的浆料缓缓注入模具，注入过程中，用细 玻璃棒上下移动以避免浆料注入过程不产生气泡；7、 注浆完毕后，将注浆模具放入2(TC 65'C的真空干燥箱内干燥；8、 干燥20 60分钟后，脱模，修坯，再放入20'C 65"C的真空干燥 箱内干燥30 60小时；9、 将干燥过的坯体在高真空下烧结，即可得到多孔钛钴医用植入物。 模具制作1、 称取适量的硅橡胶，加入0.8% 2%的固化引发剂，搅拌均匀；2、 在部件表面上均匀地涂上一层薄薄的硅橡胶，过程中要避免产生 气泡，静置1 2小时；隔1 2小时再涂一层硅橡胶，共需三层，然后静 置12小时。3、 称取适量的石膏粉，加入5% 35%水，搅拌均匀，倒入尺寸大于 部件的纸盒中，然后将包裹硅橡胶的部件的一半浸入纸盒石膏浆中， 10~30分钟后，在纸盒中石膏截面处铺三层软质纸，再倒入石膏浆至没 过部件1 4厘米，静置6 12小时，制成石膏靠模；4、 取出包裹硅橡胶的部件，选一简单侧面，用剪刀剪开，将外层硅 橡胶套取出，放入石膏靠模，至此制成硅橡胶模具。本发明的优点在于1、 从生产上提供了一种制备生物相容性和组织结合性优良、形状复 杂、孔隙与力学性能可调的多孔钛钴合金医用植入物的新技术，此材料 的强度相对于纯钛有明显的提高；2、 该技术不需要复杂设备、不需专门脱脂工序，工艺简单，使生产 成本大幅降低，特别适合医用植入物规格繁多、规模生产的特点。
图1为凝胶注模成形硬质合金零件工艺流程图具体实施方式
成形烧结 实施实例h1、 称取1920g的钛粉、80g钴粉，在行星球磨机中混粉2小时；2、 称取的159.7g单体丙烯酰胺、0.13§交联剂>^^-亚甲基双丙烯 酰胺溶于807ml去离子水中，并加入l中混合粉，搅拌均匀；3、 量取4.35ml的分散剂油酸加入2溶液中，搅拌均匀，制成浆料；4、 将3浆料放入高真空环境中排气15分钟；5、 在模具内壁涂薄薄一层脱模剂异辛醇;量取4ml催化剂N，N，N'，N'-四甲基乙二胺和4ml引发剂过硫酸铵(保证有足够注模时间)，加入4 桨料中，搅拌均匀；6、 注浆完毕后，将其放入6(TC恒温的真空干燥箱内干燥；7、 干燥30分钟后，脱模，修坯，再放入60'C恒温的真空干燥箱内 干燥48小时；8、 将干燥过的坯体在高真空下烧结，即可得到人造多孔钛钴髋骨替 换物。实施实例2:1、 称取1600g的钛粉、50g钴粉，在行星球磨机中混粉2小时；2、 称取的135g单体丙烯酰胺、O.lg交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰 胺溶于750ml去离子水中，并加入l中混合粉，搅拌均匀；3、 量取3.5ml的分散剂油酸加入2溶液中，搅拌均匀，制成浆料；4、 将3浆料放入高真空环境中排气15分钟；5、 在模具内壁涂薄薄一层脱模剂异辛醇；量取3.5ml催化剂 N,N，N'，N'-四甲基乙二胺和3.5ml引发剂过硫酸铵(保证有足够注模时 间)，加入4浆料中，搅拌均匀；6、 注浆完毕后，将其放入6(TC恒温的真空干燥箱内干燥；7、 干燥30分钟后，脱模，修还，再放入6(TC恒温的真空干燥箱内 干燥48小时；8、 将干燥过的坯体在高真空下烧结，即可得到人造多孔钛钴髋骨替 换物。模具制作1、 称取200g的硅橡胶，加入2.6g的固化引发剂，搅拌均匀；2、 在髋骨模型表面上均匀地涂上一层薄薄的硅橡胶，过程中要避免 产生气泡，静置1小时；再称取300g的硅橡胶，加入3.9g的固化引发 剂，搅拌均匀，涂在上一层硅橡胶上，静置1小时，再重复上一步，共 需三层硅橡胶，然后静置12小时。3、 称取2000g的石膏粉，加入200ml水，搅拌均匀，倒入尺寸大于 髋骨模型的纸盒中，然后将包裹硅橡胶的髋骨模型的一半浸入纸盒石膏 浆中，20分钟后，在纸盒中石膏截面处铺三层软质纸，再倒入石膏浆至 没过髋骨模型2cm，静置10小时，制成石膏靠模；4、 取出包裹硅橡胶的髋骨模型，选一简单侧面，用剪刀剪开，将外 层硅橡胶套取出，放入石膏靠模，至此制成髋骨的硅橡胶模具。
权利要求
1. 一种多孔钛钴合金医用植入物的凝胶注模制备方法，其特征是具体成形烧结步骤为(1)、分别称取钛钴粉，其中钴粉为钛钴混合物的2％～40％，球磨1～4小时使其混合均匀；(2)、将单体丙烯酰胺及单体交联剂N，N′-亚甲基双丙烯酰胺以质量比(1～250)∶1混合，并将丙烯酰胺及交联剂的混合物溶于去离子水制成质量分数为1～55％的均匀稳定的溶液；(3)、量取钛钴粉体积0.01％～3％的分散剂油酸加入(2)溶液中，调节pH值至9.0～10.0，搅拌均匀，制成浆料；(4)、将浆料放入高真空环境中排气5～40分钟；(5)、在模具内壁涂薄薄一层脱模剂异辛醇；量取单体质量0.01％～1％的催化剂N，N，N′，N′-四甲基乙二胺和单体质量0.01％～2％引发剂过硫酸铵，加入排气后的浆料中，搅拌均匀；(6)、将含有催化剂和引发剂的浆料缓缓注入模具，注入过程中，用细玻璃棒上下移动以避免浆料注入过程不产生气泡；(7)、注浆完毕后，将注浆模具放入20℃～65℃的真空干燥箱内干燥；(8)、干燥20～60分钟后，脱模，修坯，再放入20℃～65℃的真空干燥箱内干燥30～60小时；(9)、将干燥过的坯体在高真空下烧结，即可得到多孔钛钴医用植入物。
2 .如权利要求1所述的一种多孔钛钴合金医用植入物的凝胶注模 制备方法，其特征是模具制作步骤为(1) 、称取适量的硅橡胶，加入0.8%~2%的固化引发剂，搅拌均匀；(2) 、在部件表面上均匀地涂上一层薄薄的硅橡胶，过程中要避免 产生气泡，静置1 2小时；隔1 2小时再涂一层硅橡胶，共需三层，然后静置12小时；(3) 、称取石膏粉，加入5%~35%水，搅拌均匀，倒入尺寸大于部 件的纸盒中，然后将包裹硅橡胶的部件的一半浸入纸盒石膏浆中，10~30分钟后，在纸盒中石膏截面处铺三层软质纸，再倒入石膏浆至没过部件1~4厘米，静置6 12小时，制成石膏靠模；(4)、取出包裹硅橡胶的部件，选一简单侧面，用剪刀剪开，将外 层硅橡胶套取出，放入石膏靠模，至此制成硅橡胶模具。
全文摘要
一种多孔钛钴合金医用植入物的凝胶注模制备方法，属于医用材料制备技术领域。将单体丙烯酰胺、交联剂N，N′-亚甲基双丙烯酰胺与去离子水配制成一定浓度的预混液，加入分散剂油酸使钛钴粉末悬浮于预混液中制成浆体，调节pH值至9.0～10.0，然后加入适量催化剂N，N，N′，N′-四甲基乙二胺和引发剂过硫酸铵搅拌均匀，经排气后注入模具中，模内的单体发生聚合反应形成网状结构将钛钴粉体包裹，成为由大分子网络定型的坯体。坯体经干燥、排胶、烧结得到产品，此外还可以通过调节固含量来改变多孔钛钴合金的孔隙率和力学性能，以满足各种医用植入物的性能要求。本发明不需要复杂设备和专门脱脂工序，工艺简单，使生产成本大幅降低，特别适合医用植入物规格繁多、规模生产的特点。
文档编号A61L27/00GK101279106SQ20081011221
公开日2008年10月8日 申请日期2008年5月21日 优先权日2008年5月21日
发明者永 周, 宇 宋, 杨晓亮, 涛 林, 邵慧萍, 郭志猛 申请人:北京科技大学