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)：
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。
生物醫(yī)用金屬材料在應(yīng)用中面臨的主要問題，是由于生理環(huán)境的腐蝕而造成的金屬離子向周圍組織擴(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，包括無毒性、無熱源反應(yīng)、不致畸、不致癌、不引起過敏反應(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)。
因此，研究和開發(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。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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。
一種生物醫(yī)用金屬材料，原料以重量份計(jì)包括：鈮粉3～9份，鉑粉2～8份，鈦粉1～7份，鉬粉2～7份，纖維素硝酸酯1～6份，磷酸三苯酯3～8份，抗氧劑1～7份，輔助抗氧劑2～8份，硅灰石纖維1～5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1～8份，硅酸鈣2～9份，2-乙基-4-甲基咪唑1～6份。
作為上述發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述鈮粉、鉑粉、鈦粉和鉬粉的粒度為100～200目。
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。
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。
上述生物醫(yī)用金屬材料的制備方法，包括以下步驟：
步驟1，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1所得混合物料加入到反應(yīng)釜中，在氮?dú)夥諊屑訜岬?5～80℃，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。
作為上述發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟1中攪拌混合均勻的攪拌速度為300～400rpm，攪拌時(shí)間為20～40min。
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℃、二區(qū)溫度200～220℃、三區(qū)溫度210～230℃、四區(qū)溫度230～250℃，螺桿轉(zhuǎn)速為160～180rpm。
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
實(shí)施例1
一種生物醫(yī)用金屬材料，原料以重量份計(jì)包括：鈮粉3份，鉑粉2份，鈦粉1份，鉬粉2份，纖維素硝酸酯1份，磷酸三苯酯3份，抗氧劑1份，輔助抗氧劑2份，硅灰石纖維1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1份，硅酸鈣2份，2-乙基-4-甲基咪唑1份。
上述鈮粉、鉑粉、鈦粉和鉬粉的粒度為100目。
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。
上述輔助抗氧劑為硫代二丙酸雙月桂酯。
上述生物醫(yī)用金屬材料的制備方法，包括以下步驟：
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；
步驟2，將步驟1所得混合物料加入到反應(yīng)釜中，在氮?dú)夥諊屑訜岬?5℃，攪拌反應(yīng)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，其中雙螺桿擠出機(jī)的擠出條件為：一區(qū)溫度180℃、二區(qū)溫度200℃、三區(qū)溫度210℃、四區(qū)溫度230℃，螺桿轉(zhuǎn)速為160rpm。
實(shí)施例2
一種生物醫(yī)用金屬材料，原料以重量份計(jì)包括：鈮粉4份，鉑粉6份，鈦粉2份，鉬粉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。
上述鈮粉、鉑粉、鈦粉和鉬粉的粒度為140目。
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。
上述輔助抗氧劑為硫代二丙酸雙月桂酯。
上述生物醫(yī)用金屬材料的制備方法，包括以下步驟：
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；
步驟2，將步驟1所得混合物料加入到反應(yīng)釜中，在氮?dú)夥諊屑訜岬?5℃，攪拌反應(yīng)35min，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，其中雙螺桿擠出機(jī)的擠出條件為：一區(qū)溫度190℃、二區(qū)溫度210℃、三區(qū)溫度220℃、四區(qū)溫度240℃，螺桿轉(zhuǎn)速為170rpm。
實(shí)施例3
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，鉑粉3份，鈦粉2份，鉬粉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。
上述鈮粉、鉑粉、鈦粉和鉬粉的粒度為160目。
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。
上述輔助抗氧劑為硫代二丙酸雙月桂酯。
上述生物醫(yī)用金屬材料的制備方法，包括以下步驟：
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；
步驟2，將步驟1所得混合物料加入到反應(yīng)釜中，在氮?dú)夥諊屑訜岬?0℃，攪拌反應(yīng)30min，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，其中雙螺桿擠出機(jī)的擠出條件為：一區(qū)溫度200℃、二區(qū)溫度220℃、三區(qū)溫度230℃、四區(qū)溫度250℃，螺桿轉(zhuǎn)速為180rpm。
實(shí)施例4
一種生物醫(yī)用金屬材料，原料以重量份計(jì)包括：鈮粉5份，鉑粉3份，鈦粉6份，鉬粉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。
上述鈮粉、鉑粉、鈦粉和鉬粉的粒度為120目。
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。
上述輔助抗氧劑為硫代二丙酸雙月桂酯。
上述生物醫(yī)用金屬材料的制備方法，包括以下步驟：
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；
步驟2，將步驟1所得混合物料加入到反應(yīng)釜中，在氮?dú)夥諊屑訜岬?5℃，攪拌反應(yīng)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，其中雙螺桿擠出機(jī)的擠出條件為：一區(qū)溫度180℃、二區(qū)溫度200℃、三區(qū)溫度210℃、四區(qū)溫度230℃，螺桿轉(zhuǎn)速為160rpm。
實(shí)施例5
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，鉑粉8份，鈦粉7份，鉬粉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。
上述鈮粉、鉑粉、鈦粉和鉬粉的粒度為200目。
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。
上述輔助抗氧劑為硫代二丙酸雙月桂酯。
上述生物醫(yī)用金屬材料的制備方法，包括以下步驟：
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；
步驟2，將步驟1所得混合物料加入到反應(yīng)釜中，在氮?dú)夥諊屑訜岬?0℃，攪拌反應(yīng)30min，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，其中雙螺桿擠出機(jī)的擠出條件為：一區(qū)溫度200℃、二區(qū)溫度220℃、三區(qū)溫度230℃、四區(qū)溫度250℃，螺桿轉(zhuǎn)速為180rpm。
試驗(yàn)例1
將實(shí)施例1至5所得材料進(jìn)行耐腐性能測試：測試樣品為工作電極、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)測試材料的耐腐性能，測試電壓為-2V～2V。
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。
試驗(yàn)例2
將實(shí)施例1至5所得材料進(jìn)行納米硬度測試：利用納米壓痕儀(美國美特斯工藝系統(tǒng)有限公司)，用連續(xù)硬度測試法對(duì)材料進(jìn)行納米硬度測試，三角金剛錐壓頭在荷載力為1mN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)。樣品的硬度值通過測量樣品五個(gè)不同區(qū)域獲得。
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。
試驗(yàn)例3
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℃高壓滅菌40min，將濃度為107CFU/mL的菌液滴在滅菌過的樣品表面(0.06mL/cm2)，然后將滴有菌液的樣品放入37℃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℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)24h，經(jīng)過24h的培養(yǎng)后取出瓊脂板計(jì)算活的細(xì)菌數(shù)(參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4789.2)。
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％。