一种用于骨修补的外科植入物材料的制作方法
专利名称：一种用于骨修补的外科植入物材料的制作方法
技术领域：
本发明属于医用材料技术领域，具体涉及用于骨缺损修补手术用的外科植入物材料。
背景技术：
骨修补材料在选择上大致可分为人造骨材料及人体骨材料二大类。人体骨材料，尤其是自体骨移植因需另做手术取骨且塑形困难，目前极少采用。人造骨材料主要有有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)、硅橡胶、骨水泥、羟基磷灰石生物陶瓷、金属骨替代物(尤其是钛)、复合材料等。
已公开的一项中国发明专利申请“多孔钛生物涂层骨植入体及其制造方法”(公开号CN 1250820A)在金属表面喷涂钛-铝混合粉或钛合金-铝混合粉，其基材结合强度可达25～45MPa，但生物相容性相对要差；中国发明专利申请“水热合成纳米羟基磷灰石生物涂层的复合制备工艺”(申请专利号00113787.5)采用等离子喷涂技术在金属表面制备初态涂层，并对初态涂层进行水热合成，得到内应力低、高纯度、高结晶度的纳米针状羟基磷灰石，虽然涂层结晶度较高，但涂层的结合强度较低；中国发明专利申请“生物活性梯度涂层人工关节的制备方法”(公开号CN 1184626A)采用等离子喷涂技术，在金属基体喷涂成份、结构上具有梯度变化的生物活性梯度涂层，其底层各组成配比为TiO230～40％wt、生物玻璃粉10～20％wt、ZrO2％10～20wt、羟基磷灰石50～70％wt，表面层为羟基磷灰石100％wt。其结合强度虽达到40MPa，但结晶度偏低，且制作工艺也较复杂。中国发明专利申请“生物功能梯度复合涂层材料”(专利申请号02146114.7)是采用等离子体喷涂方法，在金属表面喷涂四层不同孔隙的金属功能梯度涂层，底层为25μm厚的致密涂层，第二、三、四层分别为孔隙10～50μm、50～100μm、100～300μm，厚度均为50μm，然后，再喷涂两层生物功能梯度涂层，其中一层是HA致密层，厚度为25μm，最外层为50μm厚的HA+β-TCP(各占50％)层，从工业化生产角度讲，其制作工艺太过复杂，不易实现生产和实行质量控制，从其产品性能上讲，其六层的结构设计结果也只是基本上解决了单层或双层涂层解决不了的技术难题。
发明内容
骨缺损修补手术较普遍，就手术本身而言容易实施，但在选择骨修补材料时，要考虑到修补术后植入材料相容性好，有无排异反应，与接骨较好吻合，外观完美；材料的强度足够大；修补材料不易老化、变形，材料应具有诱导成骨和传导成骨的作用，能够逐渐降解并被自体新生骨代替，此过程中其强度不降低等因素。现在观点认为理想的骨修补材料应①无细胞毒性；②无或低免疫原性；③可任意塑形；④具有足够强度和韧性；⑤无磁性；⑥能在机体内固化成形；⑦较易制备和推广应用；⑧便于CT和MRI扫描检查；⑨可生物降解并在一定时间内可被自体新生骨取代。
复合材料是将不同降解特性或力学性能的材料进行复合，集中各组分的性能优点，摒弃各自不足之处，具有单一组分或结构的材料所无法比拟的性能优势，使材料具备综合性能优势，更好地实现其在人体内的治疗功能。因而，复合材料可为组织修复工程提供性能更为优越的新材料，代表了骨修补材料的发展方向。
本发明的技术方案为在金属板材表面上，采用真空等离子喷涂技术，喷涂上两种粒径的钛粉和羟基磷灰石粉[Ca10(PO4)6(OH)2，简称HA]涂层，先在金属表面喷涂粒径30～50μm的钛粉，涂层厚度20～50μm，然后喷涂粒径60～160μm的钛粉，涂层厚度70～150μm，最后喷涂粒径15～55μm的羟基磷灰石粉，涂层厚度30～100μm。上述的金属板材是指钛、钼、钴、铬、镍、钛合金、镍合金等金属材料。上述外科植入物材料可以制成用于头颅骨等扁骨缺损修补的片状或网片状。
这种用于骨修补的外科植入物成品其羟基磷灰石结晶度＞55％，钛层结合强度＞50MPa，羟基磷灰石涂层结合强度＞15MPa。从而实现了制作工艺简便、容易实施生产和实行质量控制，涂层结合强度高，与人体骨形成有机紧密结合等目的。
本发明是在充分利用羟基磷灰石生物陶磁[Ca10(PO1)6(OH)，简称HA]有与人体骨和牙齿中主要矿物质相类似的化学组成和晶体结构，是人体骨骼组织的主要无机成分，能与人体骨骼组织形成化学键性结合。组织完全相容，钙、磷成分在机体中可以产生轻微的溶解，溶解的钙、磷和来自血浆中的钙、磷在材料和骨接触表而沉积，形成钙磷丰富层，该层的钙、磷以与骨组织中HA晶体相似的晶体形式存在，传导成骨、与骨组织构成很好的连接产生化学结合。以及钛具有比重轻，机械强度大，抗拉力强度高，化学性质稳定，对人体无毒无害，不致炎，不致敏，长期存留体内不致发生腐蚀，老化，碎裂和吸收，X线能穿透，不妨碍颅脑X线检查，也不妨碍脑电图检查，对X线检查、CT及磁共振扫描影像不产生伪影，钛来源、制作、塑形容易，强度适中，硬度较低，其弹性模量和人骨的弹性模量接近，不造成应力屏障，有利于骨折的愈合和愈合后期的骨重建及功能改建等优点的基础和前题下，根据人体骨修补复合材料，有两个基本，也是最关键的质量技术指标要求涂层结合强度要大、涂层结晶度要高进行科学设计，采用真空等离子喷涂技术，在金属表面喷涂上两种粒径(20～50μm、60～160μm)的钛粉和羟基磷灰石粉(粒径15～55μm)涂层，粒径20～50μm的钛粉涂层厚度20～50μm、粒径60～160μm的钛粉涂层厚度为70～150μm，羟基磷灰石粉涂层厚度在30～100μm，成品的羟基磷灰石结晶度＞55％，钛层结合强度＞50MPa，羟基磷灰石涂层结合强度＞15MPa，从而实现了制作工艺简便、容易实施生产和质量控制，涂层结合强度大，结晶度高，与人体骨形成有机紧密结合等目的。
具体实施例方式
下面通过实施例详细地描述本发明，但发明并不仅限于此。
实施例1取钛网板一块，大小10mm×10mm×0.6mm，首先，依次采用丙酮、乙醇进行超声清洗，去除油污，吹干后，用AL2O3进行喷砂处理，然后，送入真空等离子喷涂室进行喷涂处理。在钛网板表面依次喷涂上粒径20～50μm的钛粉，涂层厚度20～50μm，然后喷涂粒径60～160μm的钛粉，涂层厚度70～150μm，最后喷涂粒径15～55μm的羟基磷灰石粉，涂层厚度30～100μm。冷却后行分析测试，其羟基磷灰石结晶度60％，钛层结合强度55MPa，羟基磷灰石涂层结合强度20MPa，质量技术指标完全达到并超过工SO 13779-2、ISO 5832-2等标准要求。
实施例2取钛合金(Ti-6AL-4V)一根，长200mm，直径20mm。首先，依次采用丙酮、乙醇进行超声清洗，去除油污，吹干后，用AL2O3进行喷砂处理，然后，送入真空等离子喷涂室进行喷涂处理。在钛网板表面依次喷涂上粒径20～50μm的钛粉，涂层厚度20～50μm，然后喷涂粒径60～160μm的钛粉，涂层厚度70～150μm，最后喷涂粒径15～55μm的羟基磷灰石粉，涂层厚度30～100μm。冷却后行分析测试，其羟基磷灰石结晶度60％，钛层结合强度55MPa，羟基磷灰石涂层结合强皮20MPa，质量技术指标完全达到并超过ISO 13779-2、ISO 5832-2等标准要求。
权利要求
1.一种用于骨修补的外科植入物材料，在金属板材或网材表面喷涂上两种粒径的钛粉和羟基磷灰石粉[Ca10(PO4)6(OH)2，简称HA]涂层，其特征是在金属板材或网材表面喷涂粒径20～50μm的钛粉，涂层厚度20～50μm，再喷涂粒径60～160μm的钛粉，涂层厚度70～150μm，最外层喷涂粒径15～55μm的羟基磷灰石粉，涂层厚度30～100μm。
2.根据权利要求1所述的用于骨修补的外科植入物材料，其特征是金属板材或网材是指钛、钼、钴、铬、镍、钛合金、镍合金等金属材料。
3.根据权利要求1所述的用于骨修补的外科植入物材料，其特征是外科植入物材料可以制成用于头颅骨等扁骨缺损修补的片状或网片状。
全文摘要
本发明涉及一种用于骨修补的外科植入物材料。其制作特征是采用真空等离子喷涂技术，在金属表面喷涂上两种粒径(20～50μm、60～160μm)的钛粉和羟基磷灰石粉(粒径15～55μm)涂层，粒径20～50μm的钛粉涂层厚度20～50μm、粒径60～160μm的钛粉涂层厚度为70～150μm，羟基磷灰石粉涂层厚度在30～100μm，成品羟基磷灰石结晶度＞55％，钛层结合强度＞50MPa，羟基磷灰石涂层结合强度＞15MPa，从而实现了制作工艺简便、容易实施生产和实行质量控制，涂层结合强度高，与人体骨形成有机紧密结合等目的。
文档编号A61L27/00GK1795931SQ20041007756
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月27日 优先权日2004年12月27日
发明者戴萌 申请人:戴萌
技术领域：
本发明属于医用材料技术领域，具体涉及用于骨缺损修补手术用的外科植入物材料。
背景技术：
骨修补材料在选择上大致可分为人造骨材料及人体骨材料二大类。人体骨材料，尤其是自体骨移植因需另做手术取骨且塑形困难，目前极少采用。人造骨材料主要有有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)、硅橡胶、骨水泥、羟基磷灰石生物陶瓷、金属骨替代物(尤其是钛)、复合材料等。
已公开的一项中国发明专利申请“多孔钛生物涂层骨植入体及其制造方法”(公开号CN 1250820A)在金属表面喷涂钛-铝混合粉或钛合金-铝混合粉，其基材结合强度可达25～45MPa，但生物相容性相对要差；中国发明专利申请“水热合成纳米羟基磷灰石生物涂层的复合制备工艺”(申请专利号00113787.5)采用等离子喷涂技术在金属表面制备初态涂层，并对初态涂层进行水热合成，得到内应力低、高纯度、高结晶度的纳米针状羟基磷灰石，虽然涂层结晶度较高，但涂层的结合强度较低；中国发明专利申请“生物活性梯度涂层人工关节的制备方法”(公开号CN 1184626A)采用等离子喷涂技术，在金属基体喷涂成份、结构上具有梯度变化的生物活性梯度涂层，其底层各组成配比为TiO230～40％wt、生物玻璃粉10～20％wt、ZrO2％10～20wt、羟基磷灰石50～70％wt，表面层为羟基磷灰石100％wt。其结合强度虽达到40MPa，但结晶度偏低，且制作工艺也较复杂。中国发明专利申请“生物功能梯度复合涂层材料”(专利申请号02146114.7)是采用等离子体喷涂方法，在金属表面喷涂四层不同孔隙的金属功能梯度涂层，底层为25μm厚的致密涂层，第二、三、四层分别为孔隙10～50μm、50～100μm、100～300μm，厚度均为50μm，然后，再喷涂两层生物功能梯度涂层，其中一层是HA致密层，厚度为25μm，最外层为50μm厚的HA+β-TCP(各占50％)层，从工业化生产角度讲，其制作工艺太过复杂，不易实现生产和实行质量控制，从其产品性能上讲，其六层的结构设计结果也只是基本上解决了单层或双层涂层解决不了的技术难题。
发明内容
骨缺损修补手术较普遍，就手术本身而言容易实施，但在选择骨修补材料时，要考虑到修补术后植入材料相容性好，有无排异反应，与接骨较好吻合，外观完美；材料的强度足够大；修补材料不易老化、变形，材料应具有诱导成骨和传导成骨的作用，能够逐渐降解并被自体新生骨代替，此过程中其强度不降低等因素。现在观点认为理想的骨修补材料应①无细胞毒性；②无或低免疫原性；③可任意塑形；④具有足够强度和韧性；⑤无磁性；⑥能在机体内固化成形；⑦较易制备和推广应用；⑧便于CT和MRI扫描检查；⑨可生物降解并在一定时间内可被自体新生骨取代。
复合材料是将不同降解特性或力学性能的材料进行复合，集中各组分的性能优点，摒弃各自不足之处，具有单一组分或结构的材料所无法比拟的性能优势，使材料具备综合性能优势，更好地实现其在人体内的治疗功能。因而，复合材料可为组织修复工程提供性能更为优越的新材料，代表了骨修补材料的发展方向。
本发明的技术方案为在金属板材表面上，采用真空等离子喷涂技术，喷涂上两种粒径的钛粉和羟基磷灰石粉[Ca10(PO4)6(OH)2，简称HA]涂层，先在金属表面喷涂粒径30～50μm的钛粉，涂层厚度20～50μm，然后喷涂粒径60～160μm的钛粉，涂层厚度70～150μm，最后喷涂粒径15～55μm的羟基磷灰石粉，涂层厚度30～100μm。上述的金属板材是指钛、钼、钴、铬、镍、钛合金、镍合金等金属材料。上述外科植入物材料可以制成用于头颅骨等扁骨缺损修补的片状或网片状。
这种用于骨修补的外科植入物成品其羟基磷灰石结晶度＞55％，钛层结合强度＞50MPa，羟基磷灰石涂层结合强度＞15MPa。从而实现了制作工艺简便、容易实施生产和实行质量控制，涂层结合强度高，与人体骨形成有机紧密结合等目的。
本发明是在充分利用羟基磷灰石生物陶磁[Ca10(PO1)6(OH)，简称HA]有与人体骨和牙齿中主要矿物质相类似的化学组成和晶体结构，是人体骨骼组织的主要无机成分，能与人体骨骼组织形成化学键性结合。组织完全相容，钙、磷成分在机体中可以产生轻微的溶解，溶解的钙、磷和来自血浆中的钙、磷在材料和骨接触表而沉积，形成钙磷丰富层，该层的钙、磷以与骨组织中HA晶体相似的晶体形式存在，传导成骨、与骨组织构成很好的连接产生化学结合。以及钛具有比重轻，机械强度大，抗拉力强度高，化学性质稳定，对人体无毒无害，不致炎，不致敏，长期存留体内不致发生腐蚀，老化，碎裂和吸收，X线能穿透，不妨碍颅脑X线检查，也不妨碍脑电图检查，对X线检查、CT及磁共振扫描影像不产生伪影，钛来源、制作、塑形容易，强度适中，硬度较低，其弹性模量和人骨的弹性模量接近，不造成应力屏障，有利于骨折的愈合和愈合后期的骨重建及功能改建等优点的基础和前题下，根据人体骨修补复合材料，有两个基本，也是最关键的质量技术指标要求涂层结合强度要大、涂层结晶度要高进行科学设计，采用真空等离子喷涂技术，在金属表面喷涂上两种粒径(20～50μm、60～160μm)的钛粉和羟基磷灰石粉(粒径15～55μm)涂层，粒径20～50μm的钛粉涂层厚度20～50μm、粒径60～160μm的钛粉涂层厚度为70～150μm，羟基磷灰石粉涂层厚度在30～100μm，成品的羟基磷灰石结晶度＞55％，钛层结合强度＞50MPa，羟基磷灰石涂层结合强度＞15MPa，从而实现了制作工艺简便、容易实施生产和质量控制，涂层结合强度大，结晶度高，与人体骨形成有机紧密结合等目的。
具体实施例方式
下面通过实施例详细地描述本发明，但发明并不仅限于此。
实施例1取钛网板一块，大小10mm×10mm×0.6mm，首先，依次采用丙酮、乙醇进行超声清洗，去除油污，吹干后，用AL2O3进行喷砂处理，然后，送入真空等离子喷涂室进行喷涂处理。在钛网板表面依次喷涂上粒径20～50μm的钛粉，涂层厚度20～50μm，然后喷涂粒径60～160μm的钛粉，涂层厚度70～150μm，最后喷涂粒径15～55μm的羟基磷灰石粉，涂层厚度30～100μm。冷却后行分析测试，其羟基磷灰石结晶度60％，钛层结合强度55MPa，羟基磷灰石涂层结合强度20MPa，质量技术指标完全达到并超过工SO 13779-2、ISO 5832-2等标准要求。
实施例2取钛合金(Ti-6AL-4V)一根，长200mm，直径20mm。首先，依次采用丙酮、乙醇进行超声清洗，去除油污，吹干后，用AL2O3进行喷砂处理，然后，送入真空等离子喷涂室进行喷涂处理。在钛网板表面依次喷涂上粒径20～50μm的钛粉，涂层厚度20～50μm，然后喷涂粒径60～160μm的钛粉，涂层厚度70～150μm，最后喷涂粒径15～55μm的羟基磷灰石粉，涂层厚度30～100μm。冷却后行分析测试，其羟基磷灰石结晶度60％，钛层结合强度55MPa，羟基磷灰石涂层结合强皮20MPa，质量技术指标完全达到并超过ISO 13779-2、ISO 5832-2等标准要求。
权利要求
1.一种用于骨修补的外科植入物材料，在金属板材或网材表面喷涂上两种粒径的钛粉和羟基磷灰石粉[Ca10(PO4)6(OH)2，简称HA]涂层，其特征是在金属板材或网材表面喷涂粒径20～50μm的钛粉，涂层厚度20～50μm，再喷涂粒径60～160μm的钛粉，涂层厚度70～150μm，最外层喷涂粒径15～55μm的羟基磷灰石粉，涂层厚度30～100μm。
2.根据权利要求1所述的用于骨修补的外科植入物材料，其特征是金属板材或网材是指钛、钼、钴、铬、镍、钛合金、镍合金等金属材料。
3.根据权利要求1所述的用于骨修补的外科植入物材料，其特征是外科植入物材料可以制成用于头颅骨等扁骨缺损修补的片状或网片状。
全文摘要
本发明涉及一种用于骨修补的外科植入物材料。其制作特征是采用真空等离子喷涂技术，在金属表面喷涂上两种粒径(20～50μm、60～160μm)的钛粉和羟基磷灰石粉(粒径15～55μm)涂层，粒径20～50μm的钛粉涂层厚度20～50μm、粒径60～160μm的钛粉涂层厚度为70～150μm，羟基磷灰石粉涂层厚度在30～100μm，成品羟基磷灰石结晶度＞55％，钛层结合强度＞50MPa，羟基磷灰石涂层结合强度＞15MPa，从而实现了制作工艺简便、容易实施生产和实行质量控制，涂层结合强度高，与人体骨形成有机紧密结合等目的。
文档编号A61L27/00GK1795931SQ20041007756
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月27日 优先权日2004年12月27日
发明者戴萌 申请人:戴萌
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