专利名称：用作生物材料的多孔元件的组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用作生物材料的TiNi多孔体合金组合物，更具体而言，本发明涉及一种含有Ti-Ni-Fe-Mo合金材料和铝(Al)的合金组合物，它可增加多孔体中的微孔数，并因此导致细胞及活组织的生长而被活化作生物材料。
背景技术：
通常，主要含有Ti-Ni，其中又加入了Fe和Mo的多孔合金是通过自身传播的高温合成法(此后称为“SHS”)制造的，而且由于它的孔结构，良好的机械性能，较高的生物相容性，和功能性，如形状记忆效应和拟弹性，而已经在医学领域中被广泛用作生物材料。
例如，在外科手术领域中，为了防止开放性感染区域的二次感染，并为活组织再生提供有利的条件，多孔体是通过用抗生素浸渍其中的孔而使用的，而且已经获得了令人满意的结果。此外，多孔TiNi合金已经在组织工程领域使用，其中体外培养活细胞，并将它移植到活体中替换活组织。此外，在整形外科领域，已经使用多孔TiNi合金作为支架，其发挥了培养活组织和细胞的培养箱的作用，而且可作为人造骨或骨替代物而被移植到活体中。它是孔结构的，可使体液转运，并为新的骨组织向孔中的内-生长提供便利，使植入物的固定更自然而且可靠。
多孔体中孔的特性，如孔隙率，平均孔径大小，及孔径分布对于确定所述多孔体是否能够用于各医疗领域，例如是否能用作生物材料是非常重要的，这是因为多孔体的物理和机械性能，如形状记忆，拟弹性，疲劳强度，和机械稳定性取决于孔的特性。如果使用金属桥中含小孔或微孔大小为10-2μm-10μm的多孔TiNi合金作为支架，那么所述多孔体作为生物材料的适合性可大大提高。
对构成多孔体中孔特性的孔径大小及其分布的控制取决于多孔合金组合物的组分配比以及自身传播的高温合成法的程序上的变量。
用于医疗目的，含有钛，镍，铁和钼的常规多孔体组合物遇到的问题是金属桥中大小为10-2μm-10μm的多孔体的微孔分布低于5％。
然而，为了提供一种可作为有效而且有用的生物材料使用的合金组合物，微孔的分布应高于5％，这样才能提高组织和细胞向孔中的生长，并改进作为生物材料的多孔体的特性。
发明的公开本发明的目的是提供一种用作生物材料的多孔体组合物，它可基本上消除由现有技术的限制和缺陷而引起的问题。即，本发明提供一种用作生物材料的多孔体组合物，它是通过向由钛，镍，铁和钼组成的多孔组合物中加入Al(铝)而生产的，如此提高了微孔的分布，并因此提高了活组织和细胞向孔中的生长。
本发明的这些和其它优点以及目的是通过多孔体组合物获得的，其中所述多孔体组合物由钛，镍，铁和钼组成，且进一步含有铝，从而促进微孔的分布。
通过向钛，镍，铁和钼组分中加入铝使组分的配比发生改变，并因此显著提高微孔的分布。
附图简述附图可帮助进一步理解本发明，它包括在本发明中，并构成说明书的一部分，它可举例说明本发明的实施方案，并连同详细描述一起解释本发明的原理。
在附图中
图1是表示在用作生物材料的多孔体组合物表面上形成的孔结构的显微照片，其中所述多孔体组合物由钛和镍组成；和图2是表示在用作生物材料的多孔体组合物表面上形成的孔结构的显微照片，按照本发明的优选实施方案，其中所述多孔体组合物由钛，镍，铁，钼和铝组成。
发明的优选实施方案现在详细描述本发明的优选实施方案，其实施例在图2中举例说明。
优选实施方案的组分配比在下列表1中概述。表1所示配比不是对本发明的限制，而只是举例说明本发明的优选实施方案，这一点对于本领域那些技术人员而言是显而易见的。
表1.优选实施方案的组合物的组分配比
本发明最大的特点在于向钛，镍，铁和钼中加入铝而引起组分配比发生改变。优选的组分配比是48.0-52.0原子％的镍，0.02-3.0原子％的铁，0.1-2.0原子％的钼，0.1-0.3原子％的铝和40.0-51.78原子％的钛，如上面表1所列。
加入铝的原因及其结果已经通过实验加以证实，而且可参考SHS过程对它们进行解释。
就能源来说，SHS过程简单而且非常有利。即，在SHS过程中，按照相应配比混合构成组合物的组分粉末，并制成特定的形状，然后在其一端点燃所述成型体。高温点燃所述成型体，成型体表面发生燃烧，燃烧通过体表面进行自身传播，从而形成多孔体。
在SHS过程中，多孔体的微孔是在液相重排的过程中形成的，而液相是通过高温燃烧形成的，气体则是通过成型体表面杂质的蒸发产生的。
原料粉末的燃烧在成型体表面上进行，反应的传播则是通过组合物组分的扩散控制的。通过加入合金组分，即本发明的铝，形成液相时的组合物熔点发生改变，这种改变可显著影响液相存在的区域及液相的重排。
特别是，当把Al加入到Ni，Ti，Fe和Mo中时，熔点即液相形成时的温度降低，因此，通过燃烧形成液相的温度范围变宽。
此外，形成液相时的温度范围扩大，可促进液相中组合物组成元素的扩散，提高组成元素的均匀分布，结果，多孔体中微孔的比例增加以至金属桥中10-2μm-10μm微孔的分布高于5％的程度。
此外，组成元素的配比是通过向Ni，Ti，Fe和Mo中加入Al而改变的，因此，SHS过程中的最初点燃温度比由Ni，Ti，Fe和Mo组成的组合物燃烧所需的温度更低。这一点间接证实了形成液相的温度范围扩大。
优选，本发明组合物中铝的配比为0.1-3.0原子％。
如果铝的配比低于0.1原子％，那么所加入的Al不能提高多孔体中微孔的分布比例，而且甚至可使微孔的分布降低。
如果铝的配比高于3.0原子％，那么所形成的液相过多，不能充分形成微孔，导致多孔体的孔隙率变差。
因此，优选所加入Al的比例不能低于0.1原子％或高于3.0原子％。
同时，本发明的多孔体组合物中使用了钛和镍，这是因为钛和镍的混合粉末可使组合物具有拟弹性，而拟弹性与人体骨的弹性基本相似。而且，它们可使本发明组合物对人体的骨结构具有极好的生物相容性，这样才可将所述组合物用作生物材料，如用于牙齿的植入物。
此外，钼(Mo)的使用可提高使用钛和镍粉末的合成过程中的相稳定性。
本发明用作生物材料的多孔体组合物是通过SHS过程制备的，形成特定比例的10-2μm-10μm大小的微孔。
具体而言，Ni，Ti，Fe，Mo和Al粉末是按照表1所示的配比，即，Ni48.0-52.0原子％，Fe 0.02-3.0原子％，Mo 0.1-2.0原子％，Al 0.1-3.0原子％和Ti 40.0-51.78原子％，通过测量各原料粉末的重量制备的。各原料是在±0.1mg的精确度内称重的，整个组合物的重量是在±10mg的精确度内称重的。
按照干法混合方法，在惰性氩气的环境下，在粉末混合机中混合原料粉末6-8小时。
在350-360K的真空室中，将粉末混合物干燥大约7小时。将所述粉末混合物在此温度保持约6-8小时足以除去湿气，并足以点燃混合物及混合物的进一步燃烧。然后，使粉末混合物流出而合并。
将合并的粉末混合物置于不锈钢筒式反应器中，于反应器通入惰性气体(Ar气)。氩气是恒压供给的，并通过将能量运用于点火器而在加热炉中加热粉末混合物。
然后，当加热过程完成时，将反应器从炉子中撤出，然后用水把它冷却，在此过程中，惰性Ar气是连续供给的。
通过上述过程制造的多孔体具有多孔结构，其中形成的10-2μm-10μm微孔的比例高于5％。它与仅由Ni，Ti，Fe和Mo合金制造的常规多孔体的比较在图1所示。
工业实用性本发明合金组合物的特征在于向多孔Ti-Ni-Fe-Mo合金材料中加入了铝，使10-2μm-10μm微孔的比例增加至高于5％，并因此激活了多孔体中细胞及活组织的生长。因此，本发明的合金组合物可被用作生物材料，并用于各医疗领域。
在不背离本发明精神和范围的条件下，对本发明进行各种改进和变化对于本领域那些技术人员而言是显而易见的。本发明包括其改进和变化，它们均落在权利要求及其等价物的范围之内。
权利要求
1.一种用作生物材料的多孔体组合物，含有Ni，Ti，Fe和Mo，其特征在于所述组合物进一步含有铝，从而增加多孔体中微孔的分布。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物中Ni，Ti，Fe，Mo和Al的配比分别为Ni 48.0-52.0原子％，Ti 40.0-51.78原子％，Fe 0.02-3.0原子％，Mo 0.1-2.0原子％和Al 0.1-3.0原子％。
全文摘要
本发明用作生物材料的多孔体组合物是通过向由钛，镍，铁和钼组成的多孔组合物中加入0.1－3.0原子％的Al(铝)而生产的，而且它可促进活组织和细胞向孔中生长。向Ni，Ti，Fe和Mo中加入Al可降低液相形成的温度，因而促进所述组合物组成成分的扩散，并提高组成成分的均匀分布。结果，多孔体中微孔的比例增加至金属桥中10
文档编号A61L27/00GK1494440SQ02805966
公开日2004年5月5日 申请日期2002年2月20日 优先权日2001年3月5日
发明者威克多·E·贡特尔, 威克多 E 贡特尔 申请人:斯马特生物有限公司, 威克多·E·贡特尔