一种制造人工骨头的粉末材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种制造人工骨头的粉末材料及其制备方法，该粉末材料所含组分及各组分的质量分数为：羟基磷灰石(规格：20nm×150nm，针状)50％～80％，氧化铝(粒径：0.6μm)15％～45％和钛(粒径：40μm)4％～7％，通过球磨、烘干、研磨、过滤等步骤将上述组分制备成人工骨头的粉末材料，采用爆炸压实方法将粉末材料制造成人工骨头。本发明将钛加入到制造人工骨头的粉末材料中，可提高人工骨头的强度，且对人体组织无毒，采用爆炸压实方法可制造高强度、高韧性、高生物活性的人工骨头。
【专利说明】一种制造人工骨头的粉末材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物材料领域，尤其是涉及一种由羟基磷灰石、氧化铝和钛三组分组 成的用于制造人工骨头的粉末材料及其制备方法，以及使用该粉末材料制造人工骨头的方 法。
【背景技术】
[0002] 在骨科、整形外科、肿瘤科、牙科等领域中，硬骨组织缺损是常见的病患。因此，需 要研制出能代替患者自身组织的人工材料用于人体骨骼的修复并代行其功能。理想的骨 缺损修复材料，应该符合下列要求：①良好的组织相容性；②来源数量不受限制；③塑形容 易；④能被活体组织长入或替代；⑤具有一定的强度和抗压能力。目前钛合金材料和陶瓷 材料是医学界公认的两种人工骨头原料，国内外的科研工作者对此开展了大量研宄，试验 和临床表明这两种材料均可以实现大块缺损骨骼的修复，但均存在一定的适用性。
[0003] 钛合金材料硬度适中，具有一定弹性，表面易产生稳定的氧化膜，当钛合金人工骨 骼植入体内时，不会与人体产生排斥性，与其他各种合金相比其对人体的影响可以说是微 乎其微，从上世纪90年代中期开始一直是许多医院用以修补颅骨的传统材料。金属钛的合 金材料有较高的强度和良好的韧性，很接近生物骨骼的要求，但植入人体或生物体后，往往 难以产生理想的生物相容性，缺乏生物活性，只是简单的机械物理结合，使这种材料的应用 受到很大的限制。
[0004] 羟基磷灰石是与动物骨骼成分一样的陶瓷材料，由于其在体内与骨骼有良好的相 容性，所以植入动物体内的羟基磷灰石人造骨头在几个月后，一丝丝的肌肉开始"攀附"其 上，新旧骨骼则逐渐延伸，直至融为一体。这是因为羟基磷灰石与体液发生反应后，会在其 表面形成类骨磷灰石，恰与动物骨组织中的主要无机成份相似。
[0005] 但是大量试验表明，植入动物体后羟基磷灰石人造骨头虽然具有很好的生物相容 性，但强度和韧性却很低，始终不能成为骨骼的理想的替代品，也极大的限制了它在医学领 域的应用。
[0006] 为了提高羟基磷灰石人造骨头的强度，日本学者在羟基磷灰石中加入氧化铝，然 后在高温条件下进行真空烧结，提高其韧性，使其能够应用于制造人工骨骼，但是其强度仍 不尽如人意。
[0007] 近年来，国内外科研工作者逐步发展了多种制造技术用于提高生物活性材料人工 骨的机械性能，如快速成型技术、3D打印技术、冷冻挤压制造技术和粉末激光烧结技术等。 上述几种方法均基于3D精密定型加后期烧结这一常规制作流程来进行人工骨的制作，虽 然满足了人工骨的力学性能和生物活性，但鉴于其制作设备精密，制作工艺复杂，因此无法 满足大批量工业生产所需的设备简易性、经济性要求。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种制造人工骨头的粉末材料及其制 备方法。采用本发明粉末材料通过爆炸压实的方法可以制造成具有高强度、高韧性和高生 物相容性的人工骨头。
[0009] 本发明的技术方案如下：
[0010] 一种制造人工骨头的粉末材料，所述粉末材料包含组分及各组分的质量分数为：
[0011] 羟基磷灰石50 %?80%
[0012] 氧化铝 15 %?45%
[0013] 钛 4%?7%
[0014] 所述粉末材料通过爆炸压实方法制造成人工骨头。
[0015] 所述羟基磷灰石的规格为：20nmX150nm，针状；所述氧化铝的粒径为0·6μπι;所 述钛的粒径为40 μ m。
[0016] 所述爆炸压实的方法为点燃炸药，通过水介质传播爆炸产生的冲击波至粉末材料 层，使粉末材料压实成人工骨头。
[0017] -种制造人工骨头的粉末材料的制备方法，具体制备步骤如下：
[0018] (1)将羟基磷灰石50%?80%、氧化铝15%?45%和钛4%?7%加入球磨罐中 组成混合粉末；
[0019] (2)然后向球磨罐中加入无水乙醇和锆球，制成混合粉末的溶液；
[0020] (3)将球磨罐封闭，放在行星球磨机上球磨至混合粉末混合均匀；
[0021] (4)将混合均匀的混合粉末溶液倒入不锈钢盆中，将其放入烘箱中干燥，使混合粉 末溶液中的无水乙醇完全挥发，得到干燥的块状混合粉末；
[0022] (5)最后将干燥的块状混合粉末用研钵研磨，再用分样筛过滤，得到可用于制造高 强度、高韧性、高生物活性的人工骨头的粉末材料。
[0023] 所述混合粉末、无水乙醇和锆球的质量比为1:1: 1。
[0024] 本发明有益的技术效果在于：
[0025] 1、本发明粉末材料中加入的钛，提高了人工骨头的强度和韧性；
[0026] 2、本发明粉末材料对人体组织无毒；
[0027] 3、本发明粉末材料具有较高的生物相容性；
[0028] 4、本发明爆炸压实方法可提供GPa级的压实压力，提高人工骨头的压实密度和强 度。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1为本发明所用爆炸压实装置结构示意图；
[0030] 附图标记说明：
[0031] 1、装药管；2、装水管；3、装粉管；4、TNT ;5、水；6、粉末。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
[0033] 本发明制造人工骨头的粉末材料的制备方法，按照下述步骤实施：
[0034] (1)将羟基磷灰石50%?80%、氧化铝15%?45%和钛4%?7%加入球磨罐中 组成混合粉末；
[0035] (2)然后向球磨罐中加入无水乙醇和锆球，制成混合粉末的溶液；混合粉末、无水 乙醇和锆球的质量比为1:1:1
[0036] (3)将球磨罐封闭，放在行星球磨机上球磨至混合粉末混合均匀；
[0037] (4)将混合均匀的混合粉末溶液倒入不锈钢盆中，将其放入烘箱中干燥，使混合粉 末溶液中的无水乙醇完全挥发，得到干燥的块状混合粉末；
[0038] (5)最后，将干燥的块状混合粉末用研钵研磨，再用分样筛过滤，得到可用于制造 高强度、高韧性、高生物活性的人工骨头的粉末材料。
[0039] 本发明产品实施例1至实施例3所含的组分及各组分的质量分数见表1。按照上 述方法制得本发明产品。
[0040] 表 1
[0041]
【权利要求】
1. 一种制造人工骨头的粉末材料，其特征在于所述粉末材料包含组分及各组分的质量 分数为： 羟基磷灰石 50 %?80% 氧化铝 15 %?45% 钛 4%?7% 所述粉末材料通过爆炸压实方法制造成人工骨头。
2. 根据权利要求1所述的制造人工骨头的粉末材料，其特征在于所述羟基磷灰石的规 格为：20nmX 150nm，针状；所述氧化错的粒径为0? 6 ym ;所述钛的粒径为40 ym〇
3. 根据权利要求1所述的制造人工骨头的粉末材料，其特征在于所述爆炸压实的方法 为点燃炸药，通过水介质传播爆炸产生的冲击波至粉末材料层，使粉末材料压实成人工骨 头。
4. 一种权利要求1所述的制造人工骨头的粉末材料的制备方法，其特征在于具体制备 步骤如下： (1) 将羟基磷灰石50%?80%、氧化铝15%?45%和钛4%?7%加入球磨罐中组成 混合粉末； (2) 然后向球磨罐中加入无水乙醇和锆球，制成混合粉末的溶液； (3) 将球磨罐封闭，放在行星球磨机上球磨至混合粉末混合均匀； (4) 将混合均匀的混合粉末溶液倒入不锈钢盆中，将其放入烘箱中干燥，使混合粉末溶 液中的无水乙醇完全挥发，得到干燥的块状混合粉末； (5) 最后将干燥的块状混合粉末用研钵研磨，再用分样筛过滤，得到可用于制造高强 度、高韧性、高生物活性的人工骨头的粉末材料。
5. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述混合粉末、无水乙醇和锆球的质 量比为1:1: 1。
【文档编号】A61L27/02GK104436297SQ201410712311
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】刘建湖, 毛海斌, 盛振新 申请人:中国船舶重工集团公司第七○二研究所