一種生物醫(yī)用金屬材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種生物醫(yī)用金屬材料及其制備方法，所述金屬材料原料包括鈮粉、鉑粉、鈦粉、鉬粉、纖維素硝酸酯、磷酸三苯酯、抗氧劑、輔助抗氧劑、硅灰石纖維、二丁基硫醇錫、鄰苯二甲酸二丁酯、亞磷酸三苯酯、玻璃酸、淀粉、硅酸鈣和2-乙基-4-甲基咪唑。其制備方法為先將各組分加至混合攪拌機(jī)中，攪拌混合均勻，將所得混合物料加入到反應(yīng)釜中，在氮?dú)夥諊屑訜釘嚢璺磻?yīng)，將所得反應(yīng)物送入雙螺桿擠出機(jī)中經(jīng)擠出、水冷、風(fēng)干、切粒，得到生物醫(yī)用金屬材料。本發(fā)明所得生物醫(yī)用金屬材料不僅硬度和耐腐性能都有不同程度的提高，而且對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均具有良好的抗菌能力，其抗菌率分別可達(dá)到99.5%和98.45%。
【專利說(shuō)明】一種生物醫(yī)用金屬材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種生物醫(yī)用金屬材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]生物醫(yī)用材料是指用于醫(yī)療上能夠植入生物體或與生物組織相結(jié)合的材料，可用于診斷、治療，以及替換生物機(jī)體中的組織、器官或增進(jìn)其功能。目前用于臨床的生物醫(yī)用材料主要包括生物醫(yī)用金屬材料、生物醫(yī)用有機(jī)材料(主要指有機(jī)高分子材料)、生物醫(yī)用無(wú)機(jī)非金屬材料(主要指生物陶瓷)、生物玻璃和碳素材料以及生物醫(yī)用復(fù)合材料等。與生物陶瓷及生物高分子材料相比，生物醫(yī)用金屬材料，如不銹鋼、鈷基合金、鈦和鈦合金以及貴金屬等具有高的強(qiáng)度、良好的韌性及抗彎曲疲勞強(qiáng)度、優(yōu)異的加工性能等許多其他醫(yī)用材料不可替代的優(yōu)良性能。
[0003]生物醫(yī)用金屬材料在應(yīng)用中面臨的主要問(wèn)題，是由于生理環(huán)境的腐蝕而造成的金屬離子向周?chē)M織擴(kuò)散以及植入材料自身性質(zhì)的退變，前者可能導(dǎo)致毒副作用，后者可能導(dǎo)致植入失敗。醫(yī)用金屬材料作為生物材料的一類，其研究和發(fā)展要嚴(yán)格滿足如下從的生物學(xué)要求:良好的組織相容性，包括無(wú)毒性、無(wú)熱源反應(yīng)、不致畸、不致癌、不引起過(guò)敏反應(yīng)或干擾機(jī)體的免疫機(jī)理、不破壞臨近組織，也不發(fā)生材料表面的鈣化沉著等；良好的物理、化學(xué)穩(wěn)定性，包括強(qiáng)度、彈性、尺寸穩(wěn)定性、耐腐蝕性、耐磨性以及界面穩(wěn)定性等；易于加工成型，材料易于制造；價(jià)格適當(dāng)。
[0004]因此，研究和開(kāi)發(fā)性能更優(yōu)，生物相容性更好的新型生物醫(yī)用金屬材料是材料工作者和醫(yī)務(wù)工作者共同關(guān)心的課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種生物醫(yī)用金屬材料及其制備方法，該材料具有良好的抗菌性、力學(xué)性能和耐腐蝕性能。
[0006]一種生物醫(yī)用金屬材料，原料以重量份計(jì)包括:銀粉3?9份，鉬粉2?8份，鈦粉I?7份,鑰粉2?7份,纖維素硝酸酯I?6份,磷酸三苯酯3?8份,抗氧劑I?7份,輔助抗氧劑2?8份，硅灰石纖維I?5份，二丁基硫醇錫2?7份，鄰苯二甲酸二丁酯3?9份，亞磷酸三苯酯3?8份，玻璃酸2?7份，淀粉I?8份，硅酸鈣2?9份，2-乙基-4-甲基咪唑I?6份。
[0007]作為上述發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述鈮粉、鉬粉、鈦粉和鑰粉的粒度為100?200目。
[0008]作為上述發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述抗氧劑為抗氧劑1010和抗氧劑1076的混合物，其中，抗氧劑1010和抗氧劑1076的重量比為3:2。
[0009]作為上述發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述輔助抗氧劑為硫代二丙酸雙月桂酯。
[0010]上述生物醫(yī)用金屬材料的制備方法，包括以下步驟:
[0011]步驟I，將各組分加至混合攪拌機(jī)中，攪拌混合均勻，得到混合物料；
[0012]步驟2，將步驟I所得混合物料加入到反應(yīng)釜中，在氮?dú)夥諊屑訜岬?5?80°C，攪拌反應(yīng)30?40min，得到反應(yīng)物；
[0013]步驟3，將步驟2所得反應(yīng)物送入雙螺桿擠出機(jī)中經(jīng)擠出、水冷、風(fēng)干、切粒，得到生物醫(yī)用金屬材料。
[0014]作為上述發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn),步驟I中攪拌混合均勻的攪拌速度為300?400rpm,攬拌時(shí)間為20?40min。
[0015]作為上述發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟3中雙螺桿擠出機(jī)的擠出條件為:一區(qū)溫度180?200°C、二區(qū)溫度200?220°C、三區(qū)溫度210?230°C、四區(qū)溫度230?250°C，螺桿轉(zhuǎn)速為160?180rpm。
[0016]本發(fā)明的生物醫(yī)用金屬材料不僅硬度和耐腐性能都有不同程度的提高，而且對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均具有良好的抗菌能力，其抗菌率分別可達(dá)到99.5%和98.45%，能滿足生物醫(yī)用金屬材料所需的抗菌性、力學(xué)性能和耐腐蝕性能的要求。

【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
[0018]一種生物醫(yī)用金屬材料，原料以重量份計(jì)包括:銀粉3份，鉬粉2份，鈦粉I份，鑰粉2份，纖維素硝酸酯I份，磷酸三苯酯3份，抗氧劑I份，輔助抗氧劑2份，硅灰石纖維I份，二丁基硫醇錫2份，鄰苯二甲酸二丁酯3份，亞磷酸三苯酯3份，玻璃酸2份，淀粉I份，硅酸鈣2份，2-乙基-4-甲基咪唑I份。
[0019]上述鈮粉、鉬粉、鈦粉和鑰粉的粒度為100目。
[0020]上述抗氧劑為抗氧劑1010和抗氧劑1076的混合物，其中，抗氧劑1010和抗氧劑1076的重量比為3:2。
[0021 ] 上述輔助抗氧劑為硫代二丙酸雙月桂酯。
[0022]上述生物醫(yī)用金屬材料的制備方法，包括以下步驟:
[0023]步驟1，將各組分加至混合攪拌機(jī)中，攪拌混合均勻，攪拌速度為300rpm，攪拌時(shí)間為40min,得到混合物料；
[0024]步驟2，將步驟I所得混合物料加入到反應(yīng)釜中，在氮?dú)夥諊屑訜岬?5°C，攪拌反應(yīng)40min,得到反應(yīng)物；
[0025]步驟3，將步驟2所得反應(yīng)物送入雙螺桿擠出機(jī)中經(jīng)擠出、水冷、風(fēng)干、切粒，得到生物醫(yī)用金屬材料，其中雙螺桿擠出機(jī)的擠出條件為:一區(qū)溫度180°C、二區(qū)溫度200°C、三區(qū)溫度210°C、四區(qū)溫度230°C，螺桿轉(zhuǎn)速為160rpm。
[0026]實(shí)施例2
[0027]—種生物醫(yī)用金屬材料，原料以重量份計(jì)包括:鈮粉4份，鉬粉6份，鈦粉2份，鑰粉3份，纖維素硝酸酯5份，磷酸三苯酯6份，抗氧劑2份，輔助抗氧劑5份，硅灰石纖維4份，二丁基硫醇錫5份，鄰苯二甲酸二丁酯8份，亞磷酸三苯酯7份，玻璃酸5份，淀粉3份，硅酸鈣5份，2-乙基-4-甲基咪唑3份。
[0028]上述鈮粉、鉬粉、鈦粉和鑰粉的粒度為140目。
[0029]上述抗氧劑為抗氧劑1010和抗氧劑1076的混合物，其中，抗氧劑1010和抗氧劑1076的重量比為3:2。
[0030]上述輔助抗氧劑為硫代二丙酸雙月桂酯。
[0031]上述生物醫(yī)用金屬材料的制備方法，包括以下步驟:
[0032]步驟1，將各組分加至混合攪拌機(jī)中，攪拌混合均勻，攪拌速度為350rpm，攪拌時(shí)間為30min，得到混合物料；
[0033]步驟2，將步驟I所得混合物料加入到反應(yīng)釜中，在氮?dú)夥諊屑訜岬?5°C，攪拌反應(yīng)35min，得到反應(yīng)物；
[0034]步驟3，將步驟2所得反應(yīng)物送入雙螺桿擠出機(jī)中經(jīng)擠出、水冷、風(fēng)干、切粒，得到生物醫(yī)用金屬材料，其中雙螺桿擠出機(jī)的擠出條件為:一區(qū)溫度190°C、二區(qū)溫度210°C、三區(qū)溫度220°C、四區(qū)溫度240°C，螺桿轉(zhuǎn)速為170rpm。
[0035]實(shí)施例3
[0036]一種生物醫(yī)用金屬材料，原料以重量份計(jì)包括:鈮粉7份，鉬粉3份，鈦粉2份，鑰粉3份，纖維素硝酸酯5份，磷酸三苯酯6份，抗氧劑2份，輔助抗氧劑3份，硅灰石纖維4份，二丁基硫醇錫6份，鄰苯二甲酸二丁酯8份，亞磷酸三苯酯5份，玻璃酸4份，淀粉3份，硅酸鈣7份，2-乙基-4-甲基咪唑2份。
[0037]上述鈮粉、鉬粉、鈦粉和鑰粉的粒度為160目。
[0038]上述抗氧劑為抗氧劑1010和抗氧劑1076的混合物，其中，抗氧劑1010和抗氧劑1076的重量比為3:2。
[0039]上述輔助抗氧劑為硫代二丙酸雙月桂酯。
[0040]上述生物醫(yī)用金屬材料的制備方法，包括以下步驟:
[0041]步驟1，將各組分加至混合攪拌機(jī)中，攪拌混合均勻，攪拌速度為400rpm，攪拌時(shí)間為20min，得到混合物料；
[0042]步驟2，將步驟I所得混合物料加入到反應(yīng)釜中，在氮?dú)夥諊屑訜岬?0°C，攪拌反應(yīng)30min,得到反應(yīng)物；
[0043]步驟3，將步驟2所得反應(yīng)物送入雙螺桿擠出機(jī)中經(jīng)擠出、水冷、風(fēng)干、切粒，得到生物醫(yī)用金屬材料，其中雙螺桿擠出機(jī)的擠出條件為:一區(qū)溫度200°C、二區(qū)溫度220°C、三區(qū)溫度230°C、四區(qū)溫度250°C，螺桿轉(zhuǎn)速為180rpm。
[0044]實(shí)施例4
[0045]一種生物醫(yī)用金屬材料，原料以重量份計(jì)包括:銀粉5份，鉬粉3份，鈦粉6份，鑰粉4份，纖維素硝酸酯2份，磷酸三苯酯6份，抗氧劑4份，輔助抗氧劑7份，硅灰石纖維3份，二丁基硫醇錫5份，鄰苯二甲酸二丁酯8份，亞磷酸三苯酯4份，玻璃酸3份，淀粉6份，硅酸鈣7份，2-乙基-4-甲基咪唑5份。
[0046]上述鈮粉、鉬粉、鈦粉和鑰粉的粒度為120目。
[0047]上述抗氧劑為抗氧劑1010和抗氧劑1076的混合物，其中，抗氧劑1010和抗氧劑1076的重量比為3:2。
[0048]上述輔助抗氧劑為硫代二丙酸雙月桂酯。
[0049]上述生物醫(yī)用金屬材料的制備方法，包括以下步驟:
[0050]步驟I,將各組分加至混合攪拌機(jī)中，攪拌混合均勻，攪拌速度為300rpm,攪拌時(shí)間為40min,得到混合物料；
[0051]步驟2，將步驟I所得混合物料加入到反應(yīng)釜中，在氮?dú)夥諊屑訜岬?5°C，攪拌反應(yīng)40min,得到反應(yīng)物；
[0052]步驟3，將步驟2所得反應(yīng)物送入雙螺桿擠出機(jī)中經(jīng)擠出、水冷、風(fēng)干、切粒，得到生物醫(yī)用金屬材料，其中雙螺桿擠出機(jī)的擠出條件為:一區(qū)溫度180°C、二區(qū)溫度200°C、三區(qū)溫度210°C、四區(qū)溫度230°C，螺桿轉(zhuǎn)速為160rpm。
[0053]實(shí)施例5
[0054]一種生物醫(yī)用金屬材料，原料以重量份計(jì)包括:鈮粉9份，鉬粉8份，鈦粉7份，鑰粉7份，纖維素硝酸酯6份，磷酸三苯酯8份，抗氧劑7份，輔助抗氧劑8份，硅灰石纖維5份，二丁基硫醇錫7份，鄰苯二甲酸二丁酯9份，亞磷酸三苯酯8份，玻璃酸7份，淀粉8份，硅酸鈣9份，2-乙基-4-甲基咪唑6份。
[0055]上述鈮粉、鉬粉、鈦粉和鑰粉的粒度為200目。
[0056]上述抗氧劑為抗氧劑1010和抗氧劑1076的混合物，其中，抗氧劑1010和抗氧劑1076的重量比為3:2。
[0057]上述輔助抗氧劑為硫代二丙酸雙月桂酯。
[0058]上述生物醫(yī)用金屬材料的制備方法，包括以下步驟:
[0059]步驟I,將各組分加至混合攪拌機(jī)中，攪拌混合均勻，攪拌速度為400rpm,攪拌時(shí)間為20min，得到混合物料；
[0060]步驟2，將步驟I所得混合物料加入到反應(yīng)釜中，在氮?dú)夥諊屑訜岬?0°C，攪拌反應(yīng)30min,得到反應(yīng)物；
[0061]步驟3，將步驟2所得反應(yīng)物送入雙螺桿擠出機(jī)中經(jīng)擠出、水冷、風(fēng)干、切粒，得到生物醫(yī)用金屬材料，其中雙螺桿擠出機(jī)的擠出條件為:一區(qū)溫度200°C、二區(qū)溫度220°C、三區(qū)溫度230°C、四區(qū)溫度250°C，螺桿轉(zhuǎn)速為180rpm。
[0062]試驗(yàn)例I
[0063]將實(shí)施例1至5所得材料進(jìn)行耐腐性能測(cè)試:測(cè)試樣品為工作電極、石墨棒為對(duì)電極、甘汞電極為參比電極，利用電化學(xué)工作站(上海辰華CHI760C)測(cè)試材料的耐腐性能，測(cè)試電壓為-2V?2V。
[0064]結(jié)果顯示，本發(fā)明的材料相對(duì)于純鈦而言，腐蝕電位均向正方向偏移，表明本發(fā)明的材料耐腐能力得到增強(qiáng)，這可能是纖維素硝酸酯的存在使其耐腐能力得到了改善。
[0065]試驗(yàn)例2
[0066]將實(shí)施例1至5所得材料進(jìn)行納米硬度測(cè)試:利用納米壓痕儀(美國(guó)美特斯工藝系統(tǒng)有限公司)，用連續(xù)硬度測(cè)試法對(duì)材料進(jìn)行納米硬度測(cè)試，三角金剛錐壓頭在荷載力為ImN的推動(dòng)下在材料表面壓入深度為70nm，電腦軟件同時(shí)記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)。樣品的硬度值通過(guò)測(cè)量樣品五個(gè)不同區(qū)域獲得。
[0067]結(jié)果顯示，本發(fā)明的材料相對(duì)于純鈦而言，納米硬度值均提高了 15%以上。
[0068]試驗(yàn)例3
[0069]將實(shí)施例1至5所得材料進(jìn)行抗菌實(shí)驗(yàn):所有樣品在121°C高壓滅菌40min，將濃度為107CFU/mL的菌液滴在滅菌過(guò)的樣品表面(0.06mL/cm2)，然后將滴有菌液的樣品放入37°C恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)24h。取出24h培養(yǎng)的樣品，將菌液倍比稀釋后接種在含有培養(yǎng)基的瓊脂板上。接種后的瓊脂板放入37°C恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)24h，經(jīng)過(guò)24h的培養(yǎng)后取出瓊脂板計(jì)算活的細(xì)菌數(shù)(參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4789.2)。
[0070]結(jié)果顯示，本發(fā)明的材料對(duì)大腸桿菌具有明顯的抗菌能力，其抗菌率達(dá)到99.5% ;對(duì)金黃色葡萄球菌也具有明顯的抗菌能力，抗菌率達(dá)到98.45%。
【權(quán)利要求】
1.一種生物醫(yī)用金屬材料，其特征在于:原料以重量份計(jì)包括:鈮粉3?9份，鉬粉2?8份，鈦粉I?7份，鑰粉2?7份，纖維素硝酸酯I?6份，磷酸三苯酯3?8份，抗氧劑I?7份,輔助抗氧劑2?8份,娃灰石纖維I?5份,二丁基硫醇錫2?7份,鄰苯二甲酸二丁酯3?9份，亞磷酸三苯酯3?8份，玻璃酸2?7份，淀粉I?8份，硅酸鈣2?9份，2-乙基-4-甲基咪唑I?6份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物醫(yī)用金屬材料，其特征在于:所述鈮粉、鉬粉、鈦粉和鑰粉的粒度為100?200目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物醫(yī)用金屬材料，其特征在于:所述抗氧劑為抗氧劑1010和抗氧劑1076的混合物，其中，抗氧劑1010和抗氧劑1076的重量比為3:2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物醫(yī)用金屬材料，其特征在于:所述輔助抗氧劑為硫代二丙酸雙月桂酯。
5.權(quán)利要求1所述的生物醫(yī)用金屬材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟I，將各組分加至混合攪拌機(jī)中，攪拌混合均勻，得到混合物料； 步驟2，將步驟I所得混合物料加入到反應(yīng)釜中，在氮?dú)夥諊屑訜岬?5?80°C，攪拌反應(yīng)30?40min，得到反應(yīng)物； 步驟3，將步驟2所得反應(yīng)物送入雙螺桿擠出機(jī)中經(jīng)擠出、水冷、風(fēng)干、切粒，得到生物醫(yī)用金屬材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物醫(yī)用金屬材料的制備方法，其特征在于:步驟I中攪拌混合均勻的攪拌速度為300?400rpm,攪拌時(shí)間為20?40min。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物醫(yī)用金屬材料的制備方法，其特征在于:步驟3中雙螺桿擠出機(jī)的擠出條件為:一區(qū)溫度180?200°C、二區(qū)溫度200?220°C、三區(qū)溫度210?230°C、四區(qū)溫度230?250°C，螺桿轉(zhuǎn)速為160?180rpm。
【文檔編號(hào)】A61L27/54GK104436310SQ201410623911
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】郭玉芹, 李永超, 劉樂(lè)峰 申請(qǐng)人:蘇州維泰生物技術(shù)有限公司