一种复合多孔β-TCP的钛合金人距骨支撑棒及其制备方法,首先根据设计要求将模型数据输入电子束熔融设备中制备出所需的多孔钛合金人距骨支撑棒;然后将粉末状的β-TCP与双氧水、聚乙烯醇溶液调制成糊状浆料,充分搅拌均匀后注入钛合金支架的孔隙内并采用蒸发的方法去除多余水分,经过排胶、烧结后即得到复合生物陶瓷多孔β-TCP的钛合金人距骨支撑棒。本发明制备的距骨多孔钛合金支撑棒具有与人类骨组织相近的弹性模量,其抗压强度高于松质骨而略低于皮质骨,规则的孔隙结构及其内部复合的具有良好骨诱导活性的多孔β-TCP成分,使其植入距骨后在骨内既能提供有效的生物力学支撑,同时又具有优良的骨整合能力。
1.一种复合多孔β-TCP的钛合金人距骨支撑棒的制备方法,其特征在于:xa01)多孔钛合金人距骨支撑棒的制备xa0采用电脑辅助设计按制备需求制备多孔钛合金人距骨支撑棒模型,在电子束熔融设备中加入钛合金粉末,将设计好的模型数据输入电子束熔融设备中,预热钛合金粉末,然后逐层熔化钛合金粉末,制备出多孔钛合金人距骨支撑棒,清洗后消毒灭菌;xa02)多孔钛合金人距骨支撑棒复合多孔人工骨β-TCPxa0首先把粉末状的磷酸三钙与双氧水、聚乙烯醇溶液调制成糊状浆料,搅拌均匀后注入多孔钛合金人距骨支撑棒的孔隙内并去除多余水分,然后进行排胶,最后将已排胶的多孔钛合金人距骨支撑棒-TCP复合物在1150°C持续烧结3小时,完成后自然冷却至室温,即制成复合多孔β-TCP的钛合金人距骨支撑棒。xa0
2.根据权利要求1所述的复合多孔β-TCP的钛合金人距骨支撑棒的制备方法,其特征在于:所述的钛合金粉末为Ti₆Al₄V粉末。xa0
3.根据权利要求1所述的复合多孔β-TCP的钛合金人距骨支撑棒的制备方法,其特征在于:所述的电子束熔融设备在600°C-800°C以20mA-40mA的电子束流、10000mm/s-18000mm/s的扫描速度下预热钛合金粉末,然后再以5mA-7mA的电子束流、300mm/s-500mm/s的扫描速度逐层熔化钛合金粉末。xa0
4.根据权利要求1所述的复合多孔β-TCP的钛合金人距骨支撑棒的制备方法,其特征在于:所述的清洗采用超声清洗,消毒灭菌采用高温高压消xa0毒灭菌。xa0
5.根据权利要求1所述的复合多孔β-TCP的钛合金人距骨支撑棒的制备方法,其特征在于:所述的多孔钛合金人距骨支撑棒的孔径为孔径800μm-1200μm,孔隙率为70%。xa0
6.根据权利要求1所述的复合多孔β-TCP的钛合金人距骨支撑棒的制备方法,其特征在于:所述的去除多余水分采用蒸发的方法。xa0
7.根据权利要求1所述的复合多孔β-TCP的钛合金人距骨支撑棒的制备方法,其特征在于:所述的排胶是将其置于220°C下15小时,再在260°C下持续7小时,290°C下持续30分钟之后降温至150°C进行烧结。xa0
8.一种如权利要求1所述的制备方法制成的复合多孔β-TCP的钛合金人距骨支撑棒,其特征在于:该支撑棒内复合β-TCP,其内部为相互串通的网络状结构,孔隙为不规则的类圆形,孔径大小为300-500μm。xa0技术领域
本发明涉及一种治疗早期距骨骨坏死的支撑棒的制备方法,具体涉及一种复合多孔β-TCP的钛合金人距骨支撑棒及其制备方法。
背景技术
距骨骨坏死是骨科较难处理的一类疾病,其临床表现疼痛和踝关节活动受限往往给患者的工作和生活带来诸多不便,早期的距骨骨坏死尚可采取保守治疗和简单的外科手术如髓芯减压之类的方法进行治疗,而其治疗效果也有限,中晚期的患者则多采用关节融合术以缓解临床症状,其代价是部分或全部丧失踝关节功能(Delanoisxa0RE,Montxa0MA,Yoonxa0TR,etxa0al.Atraumaticxa0osteonecrosisxa0ofxa0thexa0talus.Jxa0Bonexa0Jointxa0Surgxa0Am.1998;80:529-536.)。目前治疗早期距骨骨坏死、防止软骨下塌陷的主要方法是采用自体髂骨移植填充或邻近带血管的骨瓣移植,即治疗的方向主要在于重建局部支撑、改善血液循环、促进骨质再生。由于距骨发生骨坏死后一般都伴随局部血液循环障碍,植骨并引入临近血管的方法虽然是理论上最有效的,但是植骨填塞后一样可能会引起距骨骨内压保持较高、并且所植入的松质骨颗粒对缺损部位无法形成有效的力学支撑,因此也有不少病例达不到理想效果,甚至不能延缓骨坏死的进展。目前尚未有金属材料植入距骨内治疗距骨骨坏死的报道,但要解决自体骨移植所产生的一些并发症如残留痛、感染等,恰当的生物材料植入是治疗上的另一个选择。当前已有不少生物相容性较好的金属材料(如Ti6Al4V、金属钽等)和人工骨(如β-TCP、羟基磷灰石等)已广泛应用于骨科临床,不论是替代负重骨还是填充骨缺损都发挥了重要作用。Ti6Al4V无细胞毒性,如制备成多孔状,其弹性模量将与天然的骨质相当介于皮质骨和松质骨之间,从而极大地降低了材料-骨之间的应力遮挡效应。电子束熔融这种先进的技术能将钛合金这种高强度的金属材料制备成内外一致的规则多孔状结构,而且其最大抗压缩强度也介于皮质骨和松质骨之间,可以作为良好的植骨替代物用来填补骨缺损防止塌陷(Parthasarathyxa0J,Starlyxa0B,Ramanxa0S,etxa0al.Mechanicalxa0evaluationxa0ofxa0porousxa0titanium(Ti6Al4V)structuresxa0withxa0electronxa0beamxa0melting(EBM).Jxa0Mechxa0Behavxa0Biomedxa0Mater.2010;3:249-259.)。生物陶瓷材料中β-TCP以其良好的骨传导性、可降解性和可塑形性而广泛地应用于科研和临床,已有研究表明β-TCP作为一种骨科植入物没有明显的细胞毒性、组织毒性、致瘤性与致畸性等,是一种安全的生物材料,而且该材料可被制成内部为100-500μm不规则孔隙的多孔状结构,从而可以在此基础上复合多种生物活性因子如rhBMP-2或骨髓基质干细胞等等。但β-TCP却有一个不可回避的缺点:机械强度低,对抗载荷能力差。充分整合各种材料的优点,用来治疗距骨骨坏死有其可行性:将多孔的钛合金材料与β-TCP联合应用即有可能发挥各自的优点,将β-TCP材料烧结入多孔状的钛合金材料内部,一方面可发挥钛合金材料作为一种坚强支撑来填补骨缺损,另一方面利用了β-TCP材料良好的骨传导性,促进新生骨长入缺损部位并逐渐与材料形成坚实的整合,而且这种多孔状的人工骨内还可以符合生物活性因子,同时促进骨诱导和血管新生,为修复距骨内部缺损起到重要的辅助作用。
发明内容
本发明的目的在于为治疗早期距骨骨坏死提供一种具有足够支撑强度的、有良好骨传导性的,能够促进缺损部骨修复与重建的具有生物活性的复合多孔β-TCP的钛合金人距骨支撑棒及其制备方法。为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:1)多孔钛合金距骨支撑棒的制备采用电脑辅助设计按制备需求制备多孔钛合金人距骨支撑棒模型,在电子束熔融设备中加入钛合金粉末,将设计好的模型数据输入电子束熔融设备中,预热钛合金粉末,然后逐层熔化钛合金粉末,制备出多孔钛合金人距骨支撑棒,清洗后消毒灭菌;2)多孔钛合金人距骨支撑棒复合多孔人工骨β-TCP首先把粉末状的β-TCP(磷酸三钙)与双氧水、聚乙烯醇溶液调制成糊状浆料,搅拌均匀后注入多孔钛合金人距骨支撑棒的孔隙内并去除多余水分,然后进行排胶,最后将已排胶的多孔钛合金人距骨支撑棒-TCP复合物在1150°C持续烧结3小时,完成后自然冷却至室温,即制成复合多孔β-TCP的钛合金人距骨支撑棒。所述的钛合金粉末为Ti₆Al₄V粉末。所述的电子束熔融设备在600°C-800°C以20mA-40mA的电子束流、10000mm/s-18000mm/s的扫描速度下预热钛合金粉末,然后再以5mA-7mA的电子束流、300mm/s-500mm/s的扫描速度逐层熔化钛合金粉末。所述的清洗采用超声清洗,消毒灭菌采用高温高压消毒灭菌。所述的多孔钛合金人距骨支撑棒的孔径为孔径800μm-1200μm,孔隙率为70%。所述的去除多余水分采用蒸发的方法。所述的排胶是将其置于220°C下15小时,再在260°C下持续7小时,290°C下持续30分钟之后降温至150°C进行烧结。按本发明的制备方法制成的合多孔β-TCP的钛合金人距骨支撑棒,该支撑棒内复合β-TCP,其内部为相互串通的网络状结构,孔隙为不规则的类圆形,孔径大小为300-500μm。本发明的创新点在于首次设计出具有成骨诱导活性的复合多孔人工骨的金属植入物用来治疗距骨早期骨坏死,这种具有生物活性的金属植入物具有以下优点:1组织相容性好,无毒副作用;2规则多孔状的钛合金棒作为一个外部支架,有足够的支撑强度用于治疗初期适当的负重并防止软骨下塌陷,同时多孔状结构极大地降低了应力遮挡效应;3钛棒孔隙内填充的人工骨具有较好的骨传导作用且降解速度适当;4多孔β-TCP的结构内还可以复合其它生物活性因子,促进成骨及血管新生。
附图说明
图1为本发明多孔钛合金支撑棒的立体侧视图;图2为本发明复合多孔β-TCP的钛合金支撑棒的横截面示意图;
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。1)多孔钛合金距骨支撑棒的制备采用电脑辅助设计按制备需求制备多孔钛合金人距骨支撑棒模型,在电子束熔融设备中加入钛合金Ti6Al4V粉末,将设计好的模型数据输入电子束熔融设备中,在600°C-800°C以20mA-40mA的电子束流、10000mm/s-18000mm/s的扫描速度下预热钛合金粉末,然后再以5mA-7mA的电子束流、300mm/s-500mm/s的扫描速度逐层熔化钛合金粉末,制备出多孔钛合金人距骨支撑棒,采用超声清洗高温高压消毒灭菌;本实施例为如图1,图2所示的多孔状支撑棒,规格为:长(L):20mm,直径(D):8mm,孔径800-1200μm,孔隙率为70%。该棒的整体结构、孔隙均较规则,长度可根据具体情况进行切割,便于植入。2)多孔钛合金支撑棒复合多孔人工骨β-TCP首先把粉末状的β-TCP(磷酸三钙)与双氧水、聚乙烯醇溶液调制成糊状浆料,充分搅拌均匀后注入钛合金支架的孔隙内并采用蒸发的方法去除多余水分;接着进行排胶,即将这种复合材料置于220°C下15小时,再在260°C下持续7小时,290°C下持续30分钟之后自然降温至150°C;最后进行烧结,将已排胶的多孔钛合金支撑棒-TCP复合物在1150°C持续烧结3小时,完成后自然冷却至室温,即制成复合多孔β-TCP的钛合金支撑棒。本实施例为如图2所示棒内复合生物陶瓷β-TCP,其内部为相互串通的网络状结构,孔隙为不规则的类圆形,孔径大小约为300-500μm。