(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
发热器
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910854089.0
(22)申请日 2019.09.10
(71)申请人 四川大学华西医院
地址 610000 四川省成都市武侯区国学巷
37号
(72)发明人 聂涌 周宗科 沈彬 裴福兴
陈果 王滔
(74)专利代理机构 成都高远知识产权代理事务
所(普通合伙) 51222
代理人 李高峡 张娟
(51)Int.Cl.
A61L 27/04(2006.01)
A61L 27/50(2006.01)
A61L 27/56(2006.01)
钢结构轻型楼板B22F 3/11(2006.01)
B22F 9/08(2006.01)C22C 38/00(2006.01)C22C 38/04(2006.01)C22C 38/60(2006.01)B33Y 10/00(2015.01)B33Y 80/00(2015.01)
(54)发明名称一种用于负重区域的多孔骨缺损修复金属支架材料及其制备方法和用途(57)摘要本发明提供了一种用于负重区域的多孔骨缺损修复金属支架材料及其制备方法和用途。该多孔骨缺损修复金属支架材料是由铁锰合金粉末通过选区激光熔化技术制备而成；所述铁锰合金粉末中铁元素和锰元素的质量比为(65～75)：(25～35)。本发明可打印出与骨缺损形状完美匹配的骨支架材料，满足患者个性化需求。同时，该支架材料生物相容性良好、力学性能良好、降解速度适宜：既能克服金属材料无法降解、难以形成新生骨对内植物替代的问题，又能在降解后仍能提供良好的力学性能，克服现有技术中骨修复材料降解后力学性能差的问题，在骨缺损修复过程中有效地提供力学支撑。该支架材料适宜用于负重区域骨缺损的修复， 具有良好的应用前景。权利要求书2页 说明书15页 附图10页CN 112546291 A 2021.03.26
C N 112546291
A
1.一种用于负重区域的多孔骨缺损修复金属支架材料，其特征在于：它是由铁锰合金粉末通过选区激光熔化技术制备而成；所述铁锰合金粉末中铁元素和锰元素的质量比为(65～75)：(25～35)。
2.根据权利要求1所述的多孔骨缺损修复金属支架材料，其特征在于：所述铁锰合金粉末由锰元素、磷
元素、硫元素、氧元素、氮元素和铁元素组成；其中，锰元素的质量百分比为32.15±0.76％，磷元素的质量百分比为0.45±0.04％，硫元素的质量百分比为0.39±0.70％，氧元素的质量百分比为0.016±0.002％，氮元素的质量百分比为0.010±0.0041％，铁元素的质量百分比为66.98±2.15％。
3.根据权利要求2所述的多孔骨缺损修复金属支架材料，其特征在于：所述锰元素的质量百分比为32.15％，磷元素的质量百分比为0.45％，硫元素的质量百分比为0.39％，氧元素的质量百分比为0.016％，氮元素的质量百分比为0.010％，铁元素的质量百分比为66.984％。
4.根据权利要求1～3任一项所述的多孔骨缺损修复金属支架材料，其特征在于：所述铁锰合金粉末的粒径小于63μm；优选为小于53μm。
5.根据权利要求1～3任一项所述的多孔骨缺损修复金属支架材料，其特征在于：所述铁锰合金粉末以铁锰合金棒材为原料，通过雾化法制备而成；
优选地，所述雾化法为气流雾化法。
6.根据权利要求5所述的多孔骨缺损修复金属支架材料，其特征在于：所述铁锰合金粉的制备方法包括如下步骤：
采用气流雾化法制备得到权利要求1～3任一项所述的铁锰合金粉末，并筛分出直径小于63μm的细粉，
即得；优选地，筛分出直径小于53μm的细粉。
7.根据权利要求1～3任一项所述的多孔骨缺损修复金属支架材料，其特征在于：所述多孔骨缺损修复金属支架材料的屈服强度为135.70～243.26MPa；所述多孔骨缺损修复金属支架材料的弹性模量为1.04～14.88GPa；所述多孔骨缺损修复金属支架材料的孔隙率为35～80％。
8.根据权利要求7所述的多孔骨缺损修复金属支架材料，其特征在于：所述多孔骨缺损修复金属支架材料的屈服强度为136.90～185.00MPa；所述多孔骨缺损修复金属支架材料的弹性模量为9.04～11.74GPa；所述多孔骨缺损修复金属支架材料的孔隙率为46.72±0.23％。
9.一种权利要求1～8任一项所述的用于负重区域的多孔骨缺损修复金属支架材料的制备方法，其特征在于：它包括如下步骤；
(1)利用软件对需要打印的支架进行模型设计；
(2)设定打印参数：激光功率为250～320W，扫描速度为700-1000mm/s，扫描间距为0.1～0.15mm，扫描层厚30～50μm；
(3)采用选区激光熔化技术按照模型设计打印权利要求1～6任一项所述的铁锰合金粉末，即得；或，采用选区激光熔化技术按照模型设计打印权利要求1～6任一项所述的铁锰合金粉末，得支架材料，将支
架材料后处理后，即得。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述打印参数为激光功率为260W，扫描速度为780mm/s，扫描间距为0.1mm，扫描层厚40μm。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述后处理为真空退火热处理，清洗，烘干；
其中，所述真空退火热处理的真空度≤1×10-3Pa，温度为850～860℃，保温时间为60～75min；
所述清洗为采用3-7wt％的清洗，清洗时间为30～40s；支架材料冷却后再进行清洗。
烟道蝶阀
12.权利要求1～8任一项所述的用于负重区域的多孔骨缺损修复金属支架材料在制备骨缺损修复支架中的用途。
13.根据权利要求12所述的用途，其特征在于：所述骨缺损为负重区域的骨缺损。
14.根据权利要求13所述的用途，其特征在于：所述负重区域的骨缺损为皮质骨骨缺损。
一种用于负重区域的多孔骨缺损修复金属支架材料及其制备
方法和用途
技术领域
[0001]本发明属于医用材料领域，具体涉及一种用于负重区域的多孔骨缺损修复金属支架材料及其制备方法和用途。
背景技术
[0002]我国人口众多，经济处于高速发展阶段，由车祸、工业伤等引起的开放性骨折所导致的骨缺损往往都需要骨移植。同时，由于庞大的人口基数，骨肿瘤发病人数不容忽视，其中，溶骨样骨肿瘤或骨肿瘤切除后所导致的骨缺损，往往也需要骨移植。此外，炎症以及先天性疾病等因素也常导致骨缺损，需要进行骨移植。在我国，每年有超过5百万例骨移植手术，并且正以每年10％的速度增长。骨缺损的给国家、人民带来有巨大的经济、精神负担。
[0003]自体骨移植是骨缺损最好的方法，但其来源有限，并且会给患者造成二次伤害。因此，考虑到患者的需求，研究一种可替代自体骨移植的骨缺损修复材料十分有必要。目前临床应用的骨修复材料主要有磷酸钙生物陶瓷材料、高分子材料和金属材料。以羟基磷灰石为代表的生物陶瓷及高分子材料力学性能差，无法用于负重区域骨缺损的修复。钽、钛等医用金属材料力学性能及生物相容性较好，但无法降解，骨缺损修复过程中难以形成新生骨对内植物的完美替代。而镁等医用金属虽然能降解，但是降解速率过快，与骨的生长速度不匹配，无法在修复过程中起到力学支撑作用。
[0004]同时，不同患者的骨缺损部位结构有差异，根据不同患者的需求设计个性化的骨缺损修复支架，与骨缺损部位更匹配，更有利于骨缺损的修复。
uicc[0005]因此，一种既具有良好的力学性能，降解速度也适宜，在降解过程中依然对骨缺损部位起到力学支撑作用，又能满足患者个性化需求的骨修复支架材料在骨修复领域具有良好的前景。
发明内容
[0006]为了解决上述问题，本发明提供一种用于负重区域的多孔骨缺损修复金属支架材料及其制备方法和用途。
[0007]本发明提供了一种用于负重区域的多孔骨缺损修复金属支架材料，它是由铁锰合金粉末通过选区激光熔化技术制备而成；所述铁锰合金粉末中铁元素和锰元素的质量比为(65～75)：(25～35)。
[0008]进一步地，所述铁锰合金粉末由锰元素、磷元素、硫元素、氧元素、氮元素和铁元素组成；其中，锰元素的质量百分比为32.15±0.76％，磷元素的质量百分比为0.45±0.04％，硫元素的质量百分比为0.39±0.70％，氧元素的质量百分比为0.016±0.002％，氮元素的质量百分比为0.010±0.0041％，铁元素的质量百分比为66.98±2.15％。
[0009]进一步地，所述锰元素的质量百分比为32.15％，磷元素的质量百分比为0.45％，
硫元素的质量百分比为0.39％，氧元素的质量百分比为0.016％，氮元素的质量百分比为0.010％，铁元素的质量百分比为66.984％。
[0010]进一步地，所述铁锰合金粉末的粒径小于63μm；优选为小于53μm。
[0011]进一步地，所述铁锰合金粉末以铁锰合金棒材为原料，通过雾化法制备而成；[0012]优选地，所述雾化法为气流雾化法。
[0013]进一步地，所述铁锰合金粉的制备方法包括如下步骤：
[0014]采用气流雾化法制备得到前述的铁锰合金粉末，并筛分出直径小于63μm的细粉，即得；优选地，筛分出直径小于53μm的细粉。
[0015]进一步地，所述多孔骨缺损修复金属支架材料的屈服强度为135.70～243.26MPa；所述多孔骨缺损修复金属支架材料的弹性模量为1.04～14.88GPa；所述多孔骨缺损修复金属支架材料的孔隙率为35～80％。
[0016]进一步地，所述多孔骨缺损修复金属支架材料的屈服强度为136.90～185.00MPa；所述多孔骨缺损修复金属支架材料的弹性模量为9.04～11.74GPa；所述多孔骨缺损修复金属支架材料的孔隙率为46.72±0.23％。
[0017]本发明还提供了一种前述的用于负重区域的多孔骨缺损修复金属支架材料的制备方法，它包括如下步骤；
[0018](1)利用软件对需要打印的支架进行模型设计；
[0019](2)设定打印参数：激光功率为250～320W，扫描速度为700-1000mm/s，扫描间距为0.1～0.15mm，扫描层厚30～50μm；
[0020](3)采用选区激光熔化技术按照模型设计打印前述的铁锰合金粉末，即得；或，采用选区激光熔化技术按照模型设计打印前述的铁锰合金粉末，得支架材料，将支架材料后处理后，即得。
[0021]进一步地，所述打印参数为激光功率为260W，扫描速度为780mm/s，扫描间距为0.1mm，扫描层厚40μm。
[0022]进一步地，所述后处理为真空退火热处理，清洗，烘干；
[0023]其中，所述真空退火热处理的真空度≤1×10-3Pa，温度为850～860℃，保温时间为60～75min；
[0024]所述清洗为采用3-7wt％的清洗，清洗时间为30～40s；支架材料冷却后再进行清洗。
[0025]本发明还提供了前述的用于负重区域的多孔骨缺损修复金属支架材料在制备骨缺损修复支架中的用途。
[0026]进一步地，所述骨缺损为负重区域的骨缺损。
节能蒸汽炉[0027]进一步地，所述负重区域的骨缺损为皮质骨骨缺损。
[0028]通过利用软件修改、调整模型设计，本发明3D打印材料(铁锰合金粉末)结合选区激光熔化技术可打印出与任意形状负重区域骨缺损均完美匹配的多孔骨缺损修复金属支架材料。
羊毛鞋垫
[0029]本发明中，铁锰合金写为Fe30Mn。
[0030]本发明特定的铁锰合金粉末作为打印材料，与3D打印中的选区激光熔化技术相结合，可打印出与骨缺损形状完美匹配的多孔可生物降解Fe30Mn金属骨支架材料，满足患者
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