專利名稱：用作生物材料的多孔元件的組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用作生物材料的TiNi多孔體合金組合物，更具體而言，本發(fā)明涉及一種含有Ti-Ni-Fe-Mo合金材料和鋁(Al)的合金組合物，它可增加多孔體中的微孔數(shù)，并因此導(dǎo)致細(xì)胞及活組織的生長(zhǎng)而被活化作生物材料。
背景技術(shù)：
通常，主要含有Ti-Ni，其中又加入了Fe和Mo的多孔合金是通過自身傳播的高溫合成法(此后稱為“SHS”)制造的，而且由于它的孔結(jié)構(gòu)，良好的機(jī)械性能，較高的生物相容性，和功能性，如形狀記憶效應(yīng)和擬彈性，而已經(jīng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中被廣泛用作生物材料。
例如，在外科手術(shù)領(lǐng)域中，為了防止開放性感染區(qū)域的二次感染，并為活組織再生提供有利的條件，多孔體是通過用抗生素浸漬其中的孔而使用的，而且已經(jīng)獲得了令人滿意的結(jié)果。此外，多孔TiNi合金已經(jīng)在組織工程領(lǐng)域使用，其中體外培養(yǎng)活細(xì)胞，并將它移植到活體中替換活組織。此外，在整形外科領(lǐng)域，已經(jīng)使用多孔TiNi合金作為支架，其發(fā)揮了培養(yǎng)活組織和細(xì)胞的培養(yǎng)箱的作用，而且可作為人造骨或骨替代物而被移植到活體中。它是孔結(jié)構(gòu)的，可使體液轉(zhuǎn)運(yùn)，并為新的骨組織向孔中的內(nèi)-生長(zhǎng)提供便利，使植入物的固定更自然而且可靠。
多孔體中孔的特性，如孔隙率，平均孔徑大小，及孔徑分布對(duì)于確定所述多孔體是否能夠用于各醫(yī)療領(lǐng)域，例如是否能用作生物材料是非常重要的，這是因?yàn)槎嗫左w的物理和機(jī)械性能，如形狀記憶，擬彈性，疲勞強(qiáng)度，和機(jī)械穩(wěn)定性取決于孔的特性。如果使用金屬橋中含小孔或微孔大小為10-2μm-10μm的多孔TiNi合金作為支架，那么所述多孔體作為生物材料的適合性可大大提高。
對(duì)構(gòu)成多孔體中孔特性的孔徑大小及其分布的控制取決于多孔合金組合物的組分配比以及自身傳播的高溫合成法的程序上的變量。
用于醫(yī)療目的，含有鈦，鎳，鐵和鉬的常規(guī)多孔體組合物遇到的問題是金屬橋中大小為10-2μm-10μm的多孔體的微孔分布低于5％。
然而，為了提供一種可作為有效而且有用的生物材料使用的合金組合物，微孔的分布應(yīng)高于5％，這樣才能提高組織和細(xì)胞向孔中的生長(zhǎng)，并改進(jìn)作為生物材料的多孔體的特性。
發(fā)明的公開本發(fā)明的目的是提供一種用作生物材料的多孔體組合物，它可基本上消除由現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺陷而引起的問題。即，本發(fā)明提供一種用作生物材料的多孔體組合物，它是通過向由鈦，鎳，鐵和鉬組成的多孔組合物中加入Al(鋁)而生產(chǎn)的，如此提高了微孔的分布，并因此提高了活組織和細(xì)胞向孔中的生長(zhǎng)。
本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)以及目的是通過多孔體組合物獲得的，其中所述多孔體組合物由鈦，鎳，鐵和鉬組成，且進(jìn)一步含有鋁，從而促進(jìn)微孔的分布。
通過向鈦，鎳，鐵和鉬組分中加入鋁使組分的配比發(fā)生改變，并因此顯著提高微孔的分布。
附圖簡(jiǎn)述附圖可幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，它包括在本發(fā)明中，并構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，它可舉例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案，并連同詳細(xì)描述一起解釋本發(fā)明的原理。
在附圖中

圖1是表示在用作生物材料的多孔體組合物表面上形成的孔結(jié)構(gòu)的顯微照片，其中所述多孔體組合物由鈦和鎳組成；和圖2是表示在用作生物材料的多孔體組合物表面上形成的孔結(jié)構(gòu)的顯微照片，按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，其中所述多孔體組合物由鈦，鎳，鐵，鉬和鋁組成。
發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案現(xiàn)在詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，其實(shí)施例在圖2中舉例說(shuō)明。
優(yōu)選實(shí)施方案的組分配比在下列表1中概述。表1所示配比不是對(duì)本發(fā)明的限制，而只是舉例說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，這一點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域那些技術(shù)人員而言是顯而易見的。
表1.優(yōu)選實(shí)施方案的組合物的組分配比
本發(fā)明最大的特點(diǎn)在于向鈦，鎳，鐵和鉬中加入鋁而引起組分配比發(fā)生改變。優(yōu)選的組分配比是48.0-52.0原子％的鎳，0.02-3.0原子％的鐵，0.1-2.0原子％的鉬，0.1-0.3原子％的鋁和40.0-51.78原子％的鈦，如上面表1所列。
加入鋁的原因及其結(jié)果已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)加以證實(shí)，而且可參考SHS過程對(duì)它們進(jìn)行解釋。
就能源來(lái)說(shuō)，SHS過程簡(jiǎn)單而且非常有利。即，在SHS過程中，按照相應(yīng)配比混合構(gòu)成組合物的組分粉末，并制成特定的形狀，然后在其一端點(diǎn)燃所述成型體。高溫點(diǎn)燃所述成型體，成型體表面發(fā)生燃燒，燃燒通過體表面進(jìn)行自身傳播，從而形成多孔體。
在SHS過程中，多孔體的微孔是在液相重排的過程中形成的，而液相是通過高溫燃燒形成的，氣體則是通過成型體表面雜質(zhì)的蒸發(fā)產(chǎn)生的。
原料粉末的燃燒在成型體表面上進(jìn)行，反應(yīng)的傳播則是通過組合物組分的擴(kuò)散控制的。通過加入合金組分，即本發(fā)明的鋁，形成液相時(shí)的組合物熔點(diǎn)發(fā)生改變，這種改變可顯著影響液相存在的區(qū)域及液相的重排。
特別是，當(dāng)把Al加入到Ni，Ti，F(xiàn)e和Mo中時(shí)，熔點(diǎn)即液相形成時(shí)的溫度降低，因此，通過燃燒形成液相的溫度范圍變寬。
此外，形成液相時(shí)的溫度范圍擴(kuò)大，可促進(jìn)液相中組合物組成元素的擴(kuò)散，提高組成元素的均勻分布，結(jié)果，多孔體中微孔的比例增加以至金屬橋中10-2μm-10μm微孔的分布高于5％的程度。
此外，組成元素的配比是通過向Ni，Ti，F(xiàn)e和Mo中加入Al而改變的，因此，SHS過程中的最初點(diǎn)燃溫度比由Ni，Ti，F(xiàn)e和Mo組成的組合物燃燒所需的溫度更低。這一點(diǎn)間接證實(shí)了形成液相的溫度范圍擴(kuò)大。
優(yōu)選，本發(fā)明組合物中鋁的配比為0.1-3.0原子％。
如果鋁的配比低于0.1原子％，那么所加入的Al不能提高多孔體中微孔的分布比例，而且甚至可使微孔的分布降低。
如果鋁的配比高于3.0原子％，那么所形成的液相過多，不能充分形成微孔，導(dǎo)致多孔體的孔隙率變差。
因此，優(yōu)選所加入Al的比例不能低于0.1原子％或高于3.0原子％。
同時(shí)，本發(fā)明的多孔體組合物中使用了鈦和鎳，這是因?yàn)殁伜玩嚨幕旌戏勰┛墒菇M合物具有擬彈性，而擬彈性與人體骨的彈性基本相似。而且，它們可使本發(fā)明組合物對(duì)人體的骨結(jié)構(gòu)具有極好的生物相容性，這樣才可將所述組合物用作生物材料，如用于牙齒的植入物。
此外，鉬(Mo)的使用可提高使用鈦和鎳粉末的合成過程中的相穩(wěn)定性。
本發(fā)明用作生物材料的多孔體組合物是通過SHS過程制備的，形成特定比例的10-2μm-10μm大小的微孔。
具體而言，Ni，Ti，F(xiàn)e，Mo和Al粉末是按照表1所示的配比，即，Ni48.0-52.0原子％，F(xiàn)e 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％，通過測(cè)量各原料粉末的重量制備的。各原料是在±0.1mg的精確度內(nèi)稱重的，整個(gè)組合物的重量是在±10mg的精確度內(nèi)稱重的。
按照干法混合方法，在惰性氬氣的環(huán)境下，在粉末混合機(jī)中混合原料粉末6-8小時(shí)。
在350-360K的真空室中，將粉末混合物干燥大約7小時(shí)。將所述粉末混合物在此溫度保持約6-8小時(shí)足以除去濕氣，并足以點(diǎn)燃混合物及混合物的進(jìn)一步燃燒。然后，使粉末混合物流出而合并。
將合并的粉末混合物置于不銹鋼筒式反應(yīng)器中，于反應(yīng)器通入惰性氣體(Ar氣)。氬氣是恒壓供給的，并通過將能量運(yùn)用于點(diǎn)火器而在加熱爐中加熱粉末混合物。
然后，當(dāng)加熱過程完成時(shí)，將反應(yīng)器從爐子中撤出，然后用水把它冷卻，在此過程中，惰性Ar氣是連續(xù)供給的。
通過上述過程制造的多孔體具有多孔結(jié)構(gòu)，其中形成的10-2μm-10μm微孔的比例高于5％。它與僅由Ni，Ti，F(xiàn)e和Mo合金制造的常規(guī)多孔體的比較在圖1所示。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明合金組合物的特征在于向多孔Ti-Ni-Fe-Mo合金材料中加入了鋁，使10-2μm-10μm微孔的比例增加至高于5％，并因此激活了多孔體中細(xì)胞及活組織的生長(zhǎng)。因此，本發(fā)明的合金組合物可被用作生物材料，并用于各醫(yī)療領(lǐng)域。
在不背離本發(fā)明精神和范圍的條件下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改進(jìn)和變化對(duì)于本領(lǐng)域那些技術(shù)人員而言是顯而易見的。本發(fā)明包括其改進(jìn)和變化，它們均落在權(quán)利要求及其等價(jià)物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用作生物材料的多孔體組合物，含有Ni，Ti，F(xiàn)e和Mo，其特征在于所述組合物進(jìn)一步含有鋁，從而增加多孔體中微孔的分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述組合物中Ni，Ti，F(xiàn)e，Mo和Al的配比分別為Ni 48.0-52.0原子％，Ti 40.0-51.78原子％，F(xiàn)e 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
本發(fā)明用作生物材料的多孔體組合物是通過向由鈦，鎳，鐵和鉬組成的多孔組合物中加入0.1－3.0原子％的Al(鋁)而生產(chǎn)的，而且它可促進(jìn)活組織和細(xì)胞向孔中生長(zhǎng)。向Ni，Ti，F(xiàn)e和Mo中加入Al可降低液相形成的溫度，因而促進(jìn)所述組合物組成成分的擴(kuò)散，并提高組成成分的均勻分布。結(jié)果，多孔體中微孔的比例增加至金屬橋中10
文檔編號(hào)A61L27/00GK1494440SQ02805966
公開日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2002年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月5日
發(fā)明者威克多·E·貢特爾, 威克多 E 貢特爾 申請(qǐng)人:斯馬特生物有限公司, 威克多·E·貢特爾