本发明涉及一种骨组织用藕状多孔金属钛支架的制备方法，属于生物医用材料技术运用领域。
背景技术：
骨质疏松、骨坏死等疾病以及交通事故所造成的骨缺损在目前临床上是一种很普遍的疾病。而当骨缺损疾病发生时，根据骨修复材料性质的不同可分为两类：一类是天然骨材料，如自体骨和异体骨以及天然的骨衍生支架。一类是人工骨材料，比如医用的金属骨修复材料，医用的生物陶瓷骨修复材料，医用高分子材料以及医用的复合材料。自体骨的取材时会增加病人的二次痛苦，而且往往会引发取材部位的炎症或者其他的并发症。同种异体骨在材料的选择以及制备方面十分困难，而且往往因为其与人体组织的应力屏蔽以及生物相容性等产生排斥反应。为了克服自体骨以及异体骨在植入人体后所存在的问题，骨组织工程支架材料应运而生。
目前制备骨组织工程支架的方法很多，而就多孔骨组织支架的制备方法有以下几种：海绵浸浆烧结法、占位填料法、定向凝固法以及添加造孔剂法等单一或者联合使用的制备方法。海绵浸浆烧结法得到的骨组织支架的最大抗压强度以及杨氏模量较低，而且在有机材料浸渍浆料后，既要去除多余的浆料，还要保证浆料分布均匀性，所以对于后期产品的结构均匀性和孔隙率等有一定影响；占位填料法在制备骨组织工程支架时不仅要考虑造孔剂和基体金属的影响，还要考虑加压时的方式、压力大小、保压时间以及烧结时炉内的温度、压力和气氛等的影响；定向凝固法是借用外界压力向液态下的金属施加压力，从而提高空气在金属中的溶解度，然后再通过调节液态金属的冷却方法使得溶体能够沿着某一方向凝固，使用此方法获得的材料其孔隙大多呈现圆柱状，而当材料中的孔隙存在一定的方向性时，其强度会比没有方向性的同等材料高；添加造孔剂虽然可以在一定程度上控制孔径的大小，但是一般都是孤立孔，很难做到孔与孔之间的相互贯通；而挤压成型法的孔隙大小在一定程度上可控，虽然在三维层次上的贯通很难做到，但是单向的贯通孔可以作为人体骨组织细胞的生长以及人体体液在其中的输送，而且这种方法的工艺简单，能耗低，成品周期短，经济效益好，其中的孔隙率以及孔的三维贯通性可以通过添加造孔剂的方法得到部分的改善。
自20世纪60年代，尤其是80年代以来，钛金属由于其优良的物化性能以及良好的生物相容性，而引起了广泛的关注。关于藕状的金属钛支架由于其中孔的存在，使得在对比纯钛支架上具有弹性模量低、能量吸收性能好以及抗疲劳性能好等优点。尤其是弹性模量的降低，由于人体骨骼的弹性模量大概在10~30gpa，钛和钛合金的弹性模量一般在55~117gpa，故而降低其弹性模量能够减弱与骨骼的应力屏蔽现象，从而提高植入人体的骨组织支架的寿命。
魔芋葡甘聚糖(kgm)是一种天然的带有短支链的高分子多糖，以其优良的凝胶特性、膨胀性、乳化性以及生物降解性，在生物医用材料方面有广泛的关注并对其采用多种手段进行应用。kgm与其他材料相比具有以下优点：亲水性、凝胶性、生物相容性好等。
硅溶胶是一种高活性的吸附材料，属于非晶态物质。硅胶主要成分为二氧化硅，其化学性质稳定，不燃烧。其溶胶例子内部结构为硅氧烷键(-si-o-si-)网状链，分散在这种网状链上的粉料能够在有机物排除过程中保证胚体不坍塌，可以起到优良的粘结作用，在生物医用材料领域常作为粘结剂使用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种骨组织用藕状多孔金属钛支架的制备方法，将钛粉与粘结剂混合，通过挤压、固化、干燥、热处理等工艺获得藕状的金属钛支架，支架孔隙率为53~87%，挤压成孔的孔径为360~960μm，孔壁的厚度为130~420μm。
本发明提供一种骨组织用藕状多孔金属钛支架的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）魔芋葡甘聚糖和蒸馏水按照质量体积比g:ml为1:(8~15)的比例将魔芋葡甘聚糖加入到蒸馏水中，搅拌均匀得到混合液a；
（2）按钛粉与步骤（1）中魔芋葡甘聚糖质量比为（4.5~5.5）：1的比例，向步骤（1）的混合液a中加入钛粉，搅拌均匀后得到泥料b；
（3）将步骤（2）的泥料b经过模具挤压成型，在无水乙醇中脱水固化后得到藕状钛金属支架坯料c；
（4）将步骤（3）中得到的藕状钛金属支架c通过热处理得到藕状多孔金属钛支架。步骤（1）还加入硅溶胶，硅溶胶为质量百分比为30%的纳米级别二氧化硅颗粒在水中形成的分散液，硅溶胶加入量按照魔芋葡甘聚糖与硅溶胶的质量体积比g:ml为1:(0.5~2.75)的比例添加。
步骤（3）所述脱水固化按照每次脱水固化2h，经过9~15次后完成。
步骤（3）所述模具为具有通孔的块体，由金属材料通过机械加工或高分子材料通过激光加工制得，通孔的尺寸根据支架材料的需要进行选择。
步骤（4）所述热处理的具体工艺为：在真空条件下，以200℃/h的升温速率从室温升到350~450℃，并在350~450℃保温0.5~1h；再以150~250℃/h的升温速率升温到1100~1300℃，保温1.5~3h，最后随炉冷却至室温。
本发明的有益效果：
（1）本发明所述方法制备出的藕状钛金属支架孔隙率适宜且分布均匀、弹性模量与人体骨骼相仿、成本经济且工艺简单、能耗较低且生物相容性良好。
（2）本发明所述方法采用的模具是通过激光加工或者机械加工的方式获得，可以通过cad等软件进行调整加工尺寸，根据骨组织工程要求的孔隙大小来制备所需材料，准确的控制模具的孔径。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种骨组织用藕状多孔金属钛支架的制备方法，所用的化学物质材料为：魔芋葡甘聚糖、钛粉、蒸馏水，其准备用量如下：
钛粉6g
魔芋葡甘聚糖1.2g
蒸馏水10ml
具体包括以下步骤：
（1）将1.2g魔芋葡甘聚糖加入到10ml的蒸馏水中，并搅拌均匀得到混合液a；
（2）将6g钛粉加入到步骤（1）的混合液a中搅拌均匀，得到泥料b；
（3）将步骤（2）得到的泥料b经过高分子模具挤压成型，在无水乙醇中脱水固化，脱水固化按照每次脱水固化2h，经过9次后完成，得到藕状钛金属支架坯料c，高分子模具为有机玻璃模具，是采用激光加工技术制备得到的带有通孔的有机玻璃块体，通孔的孔径为360μm；
（4）将步骤（3）得到的藕状钛金属支架坯料c放入真空钼丝热压炉中进行真空烧结，烧结过程为以200℃/h从室温升到400℃，并在400℃下保温0.5h；保温完成后再以200℃/h从400℃升温到1200℃，保温2h，最后随炉冷却至室温，得到骨组织用藕状多孔金属钛支架。
本实施例制备的藕状钛金属支架截面为规则的藕状孔隙，且孔隙分布均匀，藕状金属钛支架中金属钛的质量百分比为100%，挤压成孔大小平均为360μm，孔壁厚度平均为130μm，平均孔隙率为53%，抗压强度为11.13gpa。
实施例2
一种骨组织用藕状多孔金属钛支架的制备方法，所用的化学物质材料为：魔芋葡甘聚糖、硅溶胶、钛粉、蒸馏水，其准备用量如下：
硅溶胶2.75ml
钛粉4.5g
魔芋葡甘聚糖1g
蒸馏水8ml
具体包括以下步骤：
（1）将1g魔芋葡甘聚糖和2.75ml的硅溶胶加入到8ml的蒸馏水中，并搅拌均匀得到混合液a，硅溶胶为质量百分比比为30%的纳米级别二氧化硅颗粒在水中形成的分散液；
（2）将4.5g钛粉加入到步骤（1）的混合液a中搅拌均匀，得到泥料b；
（3）将步骤（2）得到的泥料b经过金属模具挤压成型，在无水乙醇中脱水固化，脱水固化按照每次脱水固化2h，经过12次后完成，得到藕状钛金属支架坯料c，金属模具为45钢模具，是采用机械加工技术制备得到的带有通孔的45钢块体，通孔的孔径为450μm；
（4）将步骤（3）得到的藕状钛金属支架放入真空钼丝热压炉中进行真空烧结，烧结过程为200℃/h从室温升到350℃，并在350℃下保温1h；保温完成后再以150℃/h从350℃升温到1100℃，保温3h，最后随炉冷却至室温，得到骨组织用藕状多孔金属钛支架。
本实施例制备的藕状钛金属支架截面为规则的藕状孔隙，且孔隙分布均匀，藕状金属钛支架的具体组分为金属钛、二氧化硅，其中，金属钛的质量百分比为84.9%，二氧化硅的质量百分比为15.1%，挤压成孔大小平均为450μm，孔壁厚度平均为350μm，孔隙率平均为60%，抗压强度为8.32gpa。
实施例3
一种骨组织用藕状多孔金属钛支架的制备方法，所用的化学物质材料为：魔芋葡甘聚糖、硅溶胶、钛粉、蒸馏水，其准备用量如下：
硅溶胶0.6ml
钛粉6.6g
魔芋葡甘聚糖1.2g
蒸馏水12ml
具体包括以下步骤：
（1）将1.2g魔芋葡甘聚糖和0.6ml的硅溶胶加入到12ml的蒸馏水中，并搅拌均匀得到混合液a，硅溶胶为质量百分比比为30%的纳米级别二氧化硅颗粒在水中形成的分散液；
（2）将6.6g钛粉加入到步骤（1）的混合液a中搅拌均匀，得到泥料b；
（3）将步骤（2）得到的泥料b经过高分子模具挤压成型，在无水乙醇中脱水固化，脱水固化按照每次脱水固化2h，经过15次后完成，得到藕状钛金属支架坯料c，高分子模具为有机玻璃模具，是采用激光加工技术制备得到的带有通孔的有机玻璃块体，通孔的孔径为650μm；
（4）将步骤（3）得到的藕状钛金属支架放入真空钼丝热压炉中进行真空烧结，烧结过程为200℃/h从室温升到400℃，并在400℃下保温0.6h；保温完成后再以200℃/h从400℃升温到1200℃，保温2h，最后随炉冷却至室温，得到骨组织用藕状多孔金属钛支架。
本实施例制备的藕状钛金属支架截面为规则的藕状孔隙，且孔隙分布均匀，藕状金属钛支架中金属钛的质量百分比为97%，二氧化硅的质量百分比为3%，挤压成孔大小平均为650μm，孔壁厚度平均为280μm，孔隙率平均为73%，抗压强度为5.46gpa。
实施例4
一种骨组织用藕状多孔金属钛支架的制备方法，所用的化学物质材料为：魔芋葡甘聚糖、硅溶胶、钛粉、蒸馏水，其准备用量如下：
硅溶胶1.5ml
钛粉5g
魔芋葡甘聚糖1g
蒸馏水15ml
具体包括以下步骤：
（1）将1g魔芋葡甘聚糖和1.5ml硅溶胶加入到15ml的蒸馏水中，并搅拌均匀得到混合液a，硅溶胶为质量百分比比为30%的纳米级别二氧化硅颗粒在水中形成的分散液；
（2）将5g钛粉加入到步骤（1）的混合液a中搅拌均匀，得到泥料b；
（3）将步骤（2）得到的泥料b经过金属模具挤压成型，在无水乙醇中脱水固化，脱水固化按照每次脱水固化2h，经过10次后完成，得到藕状钛金属支架坯料c，金属模具为45钢模具，是采用机械加工技术制备得到的带有通孔的45钢块体，通孔的孔径为750μm；
（4）将步骤（3）得到的藕状钛金属支架放入真空钼丝热压炉中进行真空烧结，烧结过程为200℃/h从室温升到450℃，并在450℃下保温0.5h；保温完成后再以250℃/h从450℃升温到1300℃，保温1.5h，最后随炉冷却至室温，得到骨组织用藕状多孔金属钛支架。
本实施例制备的藕状钛金属支架截面为规则的藕状孔隙，且孔隙分布均匀；藕状金属钛支架中金属钛的质量百分比为91%，二氧化硅的质量百分比为9%，挤压成孔大小平均为750μm，孔壁厚度平均为130μm，孔隙率平均为85%，抗压强度为2.76gpa.。