股骨组织坏死治疗与修复用多孔钽基生物材料研究

In view of excellent biocompatibility and suitable mechanical properties of refractory metal Tantalum (Ta), it is probable to substitute for traditional biomaterials, such as Ti and its alloy, stainless steel (SS) as a new biomaterial on treating Femur Head Necrotic Disease(FHND). The investigation is based on pre-existing work.The porous Ta biometal meterial is fabricated by desined scaffords dipping (DSD) and powder metallurgy (P/M). The porosity will be of 50-80%, and the connenctive pore structure can induce osseous tissue gowth in. Furthermore, elastic modulus is approaching to human trabicular. Autonomous intellectual property of new method on perparation of the medical biological materials is obtained. The principle of the relationship btween perparation and microstucture and performation of the material is investigated. The influence of template structure, TaCl6 and additve elemental Nb on atoms migration during sintering at high temperature,and further on mechanics of materials is underlying undertaken. Aimed to disvover the rules between abobe factors, pore structure and elastic modulus. The interfaces between porous Ta biometal material the biological tissue for different porosity and different pore surface are deeply to explore the their interaction effects. Scientific evaluation methods are endeavored to evaluate Ta biometal material and tissues. New materials design and the laterest biomterials is proposed to smooth away the thorny difficult problem of FHND.

本项目基于难熔金属钽具有优良的生物相容性和力学性能、有可能替代钛、不锈钢等传统金属生物材料成为股骨组织坏死治疗用生物材料的特性,在已有研究工作基础上，采用模板浸渍法和粉末冶金方法相结合探索研究制备孔隙度达到50-80%、具有引导股组织内生的孔隙结构、弹性模量与人体股骨组织适配的多孔钽金属生物材料新材料，形成具有我国自主知识产权的医用生物材料制备新方法；研究材料制备-微观结构-材料性能相关的基本原理，并着重探索模板结构、粉末粒径、氯化钽高温分解、金属铌活性组元形成的活化烧结、促进烧结时原子扩散机制等因素对提高材料力学性能和作用的影响，揭示这些因素及孔隙结构与钽金属生物材料弹性模量间的规律性关系，并通过对具有不同孔隙度多孔钽金属材料和生物组织的界面反应及内生速度来探索其相互作用规律，为解决金属植入材料应力遮蔽问题提供新方法。为股骨组织坏死症临床治疗中的棘手难题提供重要理论依据和新一代材料。

本项目针对股骨组织坏死难于治疗的现实，设计和研究了一种组织内生性高孔隙金属基植入型生物医用材料，成功的完成了材料元素设计、孔隙结构设计、材料制备研究、材料性能测试、材料微观结构分析，材料体外生物学性能评价、材料体内生物学特性研究等比较系统和深入的研究，取得了预期的研究结果，完成了预定的主要内容研究，比较好的达到了预定的研究目标。项目基于难熔金属钽具有优良的生物相容性和力学性能、以及成为股骨组织坏死治疗用生物材料的潜在特性,采用模板浸渍法和粉末冶金方法相结合探索研究制备孔隙度达到50-80%、具有引导股组织内生的孔隙结构、弹性模量与人体股骨组织适配的多孔钽金属生物材料新材料，形成具有我国自主知识产权的医用生物材料制备新方法。..项目针对原定材料制备技术关键科学问题、材料弹性模量及力学性能关键科学问题、满足组织内生高孔隙结构关键科学问题，着重研究了材料制备技术-微观结构-材料性能相关的基本原理，探索金属铌活性组元形成的活化烧结、促进烧结时原子扩散机制等因素对提高材料力学性能和作用的影响，揭示这些因素及孔隙结构与钽金属生物材料弹性模量间的规律性关系，并通过对具有不同孔隙度多孔钽金属材料和生物组织的界面反应及内生速度来探索其相互作用规律，为解决金属植入材料应力遮蔽问题提供了新方法。项目在多孔钽新型生物材料新技术、利用孔隙结构调节材料弹性模量、材料和组织界面间相互作用、以及合金元素铌的添加改善力学性能等方面具有比较突出的创新意义。..通过本项目实施，培养博士生5名，研究生6人，博士后1人，申请专利6项，获得国家发明专利2项，发表较高水平的研究性论文13篇，其中SCI论文10篇，EI4篇。在多年科学研究积累基础上，暨本项目研究和实施，本课题组在钽、铌、锆基难熔金属及合金生物材料研究领域形成了特色和影响。