一種基于干鋪?燒結技術制備的骨修復生物陶瓷支架材料及其制備方法技術

本發明專利技術涉及生物陶瓷支架材料的制備方法。一種基于干鋪?燒結技術制備的骨修復生物陶瓷支架材料的制備方法，該方法包括以下的步驟：（1）聚氨酯泡沫模型材料預處理；（2）ZrO

A dry laid ceramic scaffolds for bone repair material and preparation method thereof sintering preparation technology based on

The invention relates to a preparation method of a biological ceramic support material. A method for preparing dry Pu sintering bone repair bioceramic scaffold material based on the method comprises the following steps: (1) the model of polyurethane foam material pretreatment; (2) ZrO

【技術實現步驟摘要】
一種基于干鋪-燒結技術制備的骨修復生物陶瓷支架材料及其制備方法
本專利技術涉及生物陶瓷支架材料的制備方法。
技術介紹
目前，臨床上通過移植人工骨的方法來治療骨缺損病人已經變得十分普遍。不管人工骨來源于何種材料，其移植成功的關鍵在于術后移植骨內能否有正常的新生骨組織長入。其主要體現在：1、骨移植處是否產生足量的新生骨；2、在移植骨與正常骨組織連接處是否產生牢固的結合。值得注意的是，目前臨床上大部分的骨移植都只能起到骨替代的作用，還無法讓新生骨很好地長入移植物內并使之融為一體。這也意味著移植骨在患者體內存在著耗損、老化的風險。并且大段骨移植后骨折的愈合是個復雜的過程，其愈合時間的延長增加了植入物引起異物感染的幾率，感染后則導致更大范圍的假體周圍骨溶解。那么，提高人工移植骨的成骨性能和骨融合率，也就意味著提高了整個骨移植手術的成功率。因此，如何提高人工骨組織材料的成骨性能和與骨融合率受到了廣泛的關注。HA/ZrO2復合材料在體內、外實驗中顯示出完全的生物相容性，在骨組織、肌肉組織界面沒有不良反應，細胞毒性試驗和溶血試驗的反應是微弱的、可接受的）。因此，ZrO2梯度復合HA組織工程骨為骨移植提供良好的替代材料。研究顯示HA/ZrO2致密復合材料，平均抗彎強度達898.67MPa，最高可達1112.4MPa，KⅠC可達7.3-11.4MPa.m1/2，遠超過人體自然骨強度。而致密體強度過大同時也帶來應力遮蔽的問題。而將HA/ZrO2致密體制成泡沫陶瓷材料后通過改變空隙率來調節其強度，得到力學性能最貼近自然骨結構的高仿真人工骨材料，這也是HA/ZrO2泡沫陶瓷材料的最大優勢所在。HA具有與人體硬組織相似的化學成分結構，HA材料植入人體后，在體液的浸潤下，會被部分降解并釋放出人體所必需的鈣、磷元素，并被組織吸收、利用，結合入新的組織，從而使HA和人體骨組織獲得良好的結合。單純HA作為支架材料存在強度低、韌性差、脫粒等缺陷。二氧化鋯（ZrO2）陶瓷材料正好具有較高的彎曲強度、斷裂韌性和較低的彈性模量，并且ZrO2也具有一定的生物相容性。用ZrO2作為HA增強體后可獲得力學性能和生物相容性俱佳的生物復合材料。而致密體強度過大同時也帶來應力遮蔽的問題。
技術實現思路
本專利技術針對上述問題，本專利技術的目的提供一種基于干鋪-燒結技術制備的骨修復生物陶瓷支架材料的制備方法，該方法制備的骨修復生物陶瓷支架材料孔隙率高，孔徑大小合適，不僅使羥基磷灰石易于被降解吸收，而且骨組織易于長入，融合速度快，與宿主骨牢固結合，不會產生明顯的異物反應，生物相容性好。為了實現上述的目的，本專利技術采用了以下的技術方案：一種基于干鋪-燒結技術制備的骨修復生物陶瓷支架材料的制備方法，該方法包括以下的步驟：1）聚氨酯泡沫模型材料預處理，提高材料的親水性和粘附性能；2）在聚氨酯泡沫模型材料上掛漿，所述的掛漿包括2~4次，第一次掛漿，漿料中ZrO2粉體的質量百分比為55~70%；掛漿后置于室溫下自然干燥；然后放入烘箱中，在100~120℃條件下烘干，使水分質量分數降至1%以下；以后每次掛漿ZrO2粉體的質量百分比相對于前一次掛漿減少1%~5%，掛漿后以相同的方法干燥并烘干；3）上述掛漿后預制體試樣采用了三段式燒結工藝進行燒結，燒結的步驟如下：3.1）烘干階段：在室溫至90~110℃時，升溫速度為2~3℃/min；3.2）揮發階段：在90~110℃至190~210℃時，控制升溫速度，1~2℃/min，在190~210℃至490~510℃時，控制升溫速度1~2℃/2min，升溫至490~510℃時，保溫1~1.5h，后升溫到490~510℃至700~800℃時，控制升溫速度為1~2℃/3min，升溫至700~800℃后，保溫1~1.5h，后升溫到700~800℃至1200~1300℃時，控制升溫速度為1~2℃/min；3.3）高溫焙燒階段：后持續燒結溫度保持在2~4℃/min，到達1500~1600℃的最高燒結溫度后，再保溫2~4h并隨爐冷卻，得到ZrO2多孔生物骨修復支架；4）采取兩步法浸涂法涂覆梯度HA涂層；4.1）第一次浸涂漿料，納米級HA粉末占漿料質量的百分比為10~15%，納米級ZrO2粉末占漿料質量的百分比為25~35%，將燒結出的ZrO2多孔生物骨修復支架浸入漿料，等完全浸透后取出，甩去多余漿料；90~110℃烘干4~6h，再加熱到800~1000℃保溫4~6h，最后加熱到1200~1300℃保持0.8~1.5；4.2）第二次浸涂漿料，納米級HA粉末占漿料質量的百分比為30~40%，納米級ZrO2粉末占漿料質量的百分比為2~5%，將被步驟4.1）燒結出的ZrO2多孔生物骨修復支架浸入漿料，等完全浸透后取出，甩去多余漿料；90~110℃烘干4~6h，再加熱到800~1000℃保溫4~6h，最后加熱到1200~1300℃保持0.8~1.5；冷卻得到骨修復生物陶瓷支架材料。作為優選，步驟1）中將有機聚氨酯泡沫材料采用50~70℃、10~20wt%氫氧化鈉溶液浸泡3.0~4.0h，用清水反復揉搓2~4遍，晾干；再以表面活性劑繼續對有機聚氨酯泡沫體材料進行表面處理，最后用5%PVA浸泡20~30h后干燥。作為優選，步驟2）中第一次掛漿的漿料按質量百分比計包括以下的組分：ZrO2粉體55~70%聚乙烯醇0.2~1.0%羧甲基纖維素0.2~1.0%硅溶膠8~15%聚丙稀酸銨0.2~1.2%；第一次掛漿以后每次掛漿ZrO2粉體的質量百分比相對于前一次掛漿減少1%~5%，其他成分不變。作為優選，步驟2）中掛漿制漿前ZrO2粉體進行預燒處理，處理溫度在30℃至800℃之間時升溫速度為2℃/min，800℃至1250℃之間時升溫速度為4℃/min，升溫至1250℃后保溫4h完成粉體預處理。作為優選，步驟2）中漿料的制備過程如下：對原料進行完全混合研磨后，采用粉球質量比1：2，轉速300r/min的高速球磨機研磨3h以制取漿料，然后先將一定量去離子水和硅溶膠攪拌10min，加入CMC和消泡劑辛醇，ZrO2粉體，再攪拌3h，等待掛漿。作為優選，步驟4.1）中第一層漿料按質量百分比計由以下的組分構成：ZrO2粉末25~35%HA粉末10~18%雙蒸水50~60%磷酸乙酯1.0~2.5%乙基纖維素0.1~0.5%。作為再優選，步驟4.1）中第一層漿料按質量百分比計由以下的組分構成：ZrO2粉末30~32%HA粉末12~15%雙蒸水50~60%磷酸乙酯1.0~2.5%乙基纖維素0.1~0.5%。作為優選，步驟4.2）中第二層漿料按質量百分比計由以下的組分構成：ZrO2粉末2~5%HA粉末30~40%雙蒸水55~65%磷酸乙酯1.0~2.5%乙基纖維素0.1~0.5%。作為再優選，步驟4.2）中第二層漿料按質量百分比計由以下的組分構成：ZrO2粉末3~4%HA粉末32~36%雙蒸水56~60%磷酸乙酯1.0~2.5%乙基纖維素0.1~0.5%。本專利技術的第二個目的是提供采用上述的方法制備得到的骨修復生物陶瓷支架材料。本專利技術由于采用了上述的技術方案，先使用聚氨酯作為泡沫模型材料，進行預處理，是得到的模型材料空隙率，親水性和粘附性有所改善，符合實驗要求。再對ZrO2粉體、漿料進行掛漿，使本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于干鋪?燒結技術制備的骨修復生物陶瓷支架材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下的步驟：1）聚氨酯泡沫模型材料預處理，提高材料的親水性和粘附性能；2）在聚氨酯泡沫模型材料上掛漿，所述的掛漿包括2~4次，第一次掛漿，漿料中ZrO

【技術特征摘要】
1.一種基于干鋪-燒結技術制備的骨修復生物陶瓷支架材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下的步驟：1）聚氨酯泡沫模型材料預處理，提高材料的親水性和粘附性能；2）在聚氨酯泡沫模型材料上掛漿，所述的掛漿包括2~4次，第一次掛漿，漿料中ZrO2粉體的質量百分比為55~70%；掛漿后置于室溫下自然干燥；然后放入烘箱中，在100~120℃條件下烘干，使水分質量分數降至1%以下；以后每次掛漿ZrO2粉體的質量百分比相對于前一次掛漿減少1%~5%，掛漿后以相同的方法干燥并烘干；3）上述掛漿后預制體試樣采用了三段式燒結工藝進行燒結，燒結的步驟如下：3.1）烘干階段：在室溫至90~110℃時，升溫速度為2~3℃/min；3.2）揮發階段：在90~110℃至190~210℃時，控制升溫速度，1~2℃/min，在190~210℃至490~510℃時，控制升溫速度1~2℃/2min，升溫至490~510℃時，保溫1~1.5h，后升溫到490~510℃至700~800℃時，控制升溫速度為1~2℃/3min，升溫至700~800℃后，保溫1~1.5h，后升溫到700~800℃至1200~1300℃時，控制升溫速度為1~2℃/min；3.3）高溫焙燒階段：后持續燒結溫度保持在2~4℃/min，到達1500~1600℃的最高燒結溫度后，再保溫2~4h并隨爐冷卻，得到ZrO2多孔生物骨修復支架；4）采取兩步法浸涂法涂覆梯度HA涂層；4.1）第一次浸涂漿料，納米級HA粉末占漿料質量的百分比為10~15%，納米級ZrO2粉末占漿料質量的百分比為25~35%，將燒結出的ZrO2多孔生物骨修復支架浸入漿料，等完全浸透后取出，甩去多余漿料；90~110℃烘干4~6h，再加熱到800~1000℃保溫4~6h，最后加熱到1200~1300℃保持0.8~1.5；4.2）第二次浸涂漿料，納米級HA粉末占漿料質量的百分比為30~40%，納米級ZrO2粉末占漿料質量的百分比為2~5%，將被步驟4.1）燒結出的ZrO2多孔生物骨修復支架浸入漿料，等完全浸透后取出，甩去多余漿料；90~110℃烘干4~6h，再加熱到800~1000℃保溫4~6h，最后加熱到1200~1300℃保持0.8~1.5；冷卻得到骨修復生物陶瓷支架材料。2.根據權利要求1所述的一種基于干鋪-燒結技術制備的骨修復生物陶瓷支架材料的制備方法，其特征在于：步驟1）中將有機聚氨酯泡沫材料采用50~70℃、10~20wt%氫氧化鈉溶液浸泡3.0~4.0h，用清水反復揉搓2~4遍，晾干；再以表面活性劑繼續對有機聚氨酯泡沫體材料進行表面處理，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：全仁夫，王拓，謝尚舉，
申請(專利權)人：杭州市蕭山區中醫院，
類型：發明
國別省市：浙江,33