本發明專利技術提供了一種鈉碳硅復合摻雜HA生物陶瓷的制備方法，首先以Ca(OH)2和H3PO4為羥基磷灰石（HA）的基礎生成體系，以Na2SiO3·9H2O為硅源，以Na2CO3為碳源，采用超聲共聚法和硅碳源后加方式制備碳酸化含硅HA生物陶瓷前驅體粉末；再以Na2CO3或NaOH為鈉源，采用微波固相反應燒結方法實現Na+對HA中羥基的H+的取代摻雜，從而制備出鈉碳硅復合摻雜HA生物陶瓷。本發明專利技術反應能夠在很短的時間內快速發生，碳酸化含硅HA生物陶瓷前驅體粉末與鈉源的混合物只需在室溫下處理，合成工藝簡單，實現了SiO44-和CO32-的取代型摻雜，且制備出的鈉碳硅復合摻雜HA生物陶瓷的晶型發育較好。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬生物醫用材料領域，尤其涉及一種鈉碳硅復合摻雜HA生物陶瓷的制備方法。
技術介紹
羥基磷灰石(Caltl (PO4) 6 (OH)2, Hydroxyapatite,簡稱HA)生物陶瓷具有優良的骨組織相容性和骨組織誘導性，是舉世公認的硬組織修補和替代生物活性材料，在骨科醫學領域被廣泛采用。然而，相比于其它生物活性材料如生物玻璃或A-W生物玻璃陶瓷，采用HA生物陶瓷植入體的缺憾之處是它與骨骼之間的反應性和整合速率都相對較低，即在體內的降解速率與骨組織生長速率不太匹配，這就意味著病人需要更長的康復時間。究其原因，由于自然骨中的無機組分并非單純的羥基磷灰石，而是多種非化學計量的羥基磷灰石晶體，其中還含有碳酸根和鈉、鎂、硅、鍶、鋅等基團或元素。因此為了滿足臨床應用的要求，常需在羥基磷灰石生物材料中添加一些元素來改善其臨床性能。含硅羥基磷灰石(Ca10 (PO4) 6_x (SiO4) x (OH) 2，Si_HA)就是其中的一類改性材料。硅在動物體中的主要存在形式為可溶性水合二氧化硅(硅酸)。動物實驗表明:硅與骨骼的成長及結構有關，骨生成旺盛的地方有硅滲入。在骨化過程中，硅與鈣的含量正相關。缺少硅元素可使骨骼異常、畸形、牙齒及釉質發育不良。多項研究表明硅元素對骨骼的形成和礦化有重要的作用。究其機理在于S1-HA與羥基磷灰石具有相同的晶體結構，只是硅酸根取代了部分磷酸根，與自然骨成分更接近，因而更能有效地提高HA的生物活性。鑒于硅摻雜的有效改性作用，近年來在國內外有關S1-HA的研究成果亦有不少(E.S.Thian et.al., Mater.Sc1.Eng.2007, C27: 251-256 ；N.Pater et.al., Mater Scimater med.，2002，13:1123-1127 ;張超武等，材料導報，2010，24 (11):42-45)。碳酸根是自然骨磷灰石中含量較多的一種雜質離子基團，它在骨礦物組成中的質量含量在4 8%范圍。碳酸化羥基磷灰石(C-HA)與人體骨礦物成分更接近，體內降解速率明顯加快。其原因是碳酸化羥基磷灰石的晶格相中碳酸根取代了部分磷酸根。這種取代導致羥基磷灰石晶格內存在缺陷，晶體尺寸變小，結晶度降低，溶解度相應增加。一段時間以來，有關碳酸化羥基磷灰石的研究也有一些報道(朱慶霞等.功能材料，2007，38 (12):2055-2057)。然而，制備C-HA生物陶瓷的最大難點在于碳酸根的引入方法。由于碳酸根形成難溶鈣鹽比有效摻入HA中形成摻碳羥基磷灰石的傾向大得多，加之碳酸根很容易分解放出C02，因而制備結果常常或者形成碳酸鈣沉淀，或者因分解無碳酸根的摻入。張等人在有效引入碳酸根和硅酸根，制備碳酸化含硅羥基磷灰石(CS1-HA)生物陶瓷方面進行了積極的研究，取得了富有成效的結果(張超武等，硅酸鹽學報，2011，39(12):1915-1921)。 鈉是自然骨礦物組成中含量最多的一種雜質離子，質量約占整個礦相組成的17%左右。由于Na+是人體組織中具有很高活性的成分，因此，摻鈉的HA生物陶瓷植入體在提高其與骨骼之間的反應性和整合速率方面發揮著積極的作用。然而，迄今為止在摻鈉羥基磷灰石(Na-HA)生物陶瓷的研究方面還不多見，尤其是鈉與碳酸根、硅酸根的復合摻雜方面未見報道。這是因為幾乎所有鈉的化合物都是水溶性的，這就使得利用液相法制備鈉與碳酸根、硅酸根的復合摻雜的羥基磷灰石生物陶瓷幾乎不可能實現。
技術實現思路
本專利技術提供了一種鈉碳硅復合摻雜HA生物陶瓷的制備方法。為了達到上述目的，本專利技術采用的技術方案包括以下步驟:1)按照η (Si) /n (C) /n (P) = (1 4): (4 16): (80 95)的摩爾百分比分別稱取Na2SiO3.9Η20,Na2CO3和量取H3PO4 ;然后將Na2SiO3.9Η20和Na2CO3混合并用去離子水溶解，制成混合溶液A ;將H3PO4配制成0.3mol/L的溶液B ；2)按照η (Ca) /n (P+Si+C) =1.67的摩爾比稱取分析純的Ca (OH)2,并按照每升去離子水0.5mol的Ca(OH)2的比例與去離子水混合；然后用氨水將pH值調節為10.5 11.5，得到懸浮液C ； 3)將懸浮液C置于調溫數控超聲波發生器中，加熱至45 55°C，然后開啟超聲波發生器，并攪拌懸浮液C，同時將溶液B滴加到懸浮液C中，得到初生態高分散羥基磷灰石膠凝液；接著在超聲波的作用和攪拌下，于45 55°C將混合溶液A滴加到初生態高分散羥基磷灰石膠凝液中，反應30min，然后陳化24小時，得到絮凝產物，將絮凝產物進行洗滌、抽濾、干燥，得到碳酸化含硅HA生物陶瓷前驅體粉末；4)將鈉源和碳酸化含硅HA生物陶瓷前驅體粉末混合，然后研磨成均勻粉體，再將均勻粉體制成壓片；其中，鈉源為Na2CO3或NaOH ;鈉源中鈉的質量占碳酸化含硅HA生物陶瓷前驅體粉末質量的16 18% ；5)將壓片用活性炭包埋，在微波爐中反應燒結，使用微波功率160W，反應燒結時間2(T40min，制得鈉碳硅復合摻雜HA生物陶瓷。所述的步驟3)中調溫數控超聲波發生器的型號為KQ3200DDE。所述的步驟4)中的均勻粉體是采用瑪瑙研缽研磨成的。所述的步驟4)制成壓片前，均勻粉體用去離子水噴霧加濕。所述的步驟5)的微波爐的型號為EG823LA6-NS⑴。由于自然骨中的無機組分是以羥基磷灰石為主，同時還含有碳酸根和鈉、鎂、硅等多種元素，尤以碳酸根和鈉離子為多，因而研究在羥基磷灰石陶瓷中采用多種元素復合摻雜，例如將碳酸根、硅酸根和鈉離子引入，制備鈉碳硅復合摻雜HA生物陶瓷，使其臨床上在人體內的降解速率與骨組織生長速率相匹配，縮短病人的康復時間，這必然是未來研究的方向。本專利技術首先以Ca(OH)2和H3PO4為羥基磷灰石(HA)的基礎生成體系，以Na2SiO3.9Η20為硅源，以Na2CO3為碳源，采用超聲共聚法和硅碳源后加方式制備碳酸化含硅HA生物陶瓷前驅體粉末；再以Na2CO3或NaOH為鈉源，采用微波固相反應燒結方法實現Na+對HA中羥基的H+的取代摻雜，從而制備出鈉碳硅復合摻雜HA生物陶瓷。與現有技術相比，本專利技術的有益效果在于:本專利技術的反應能夠在很短的時間內快速發生，碳酸化含硅HA生物陶瓷前驅體粉末與鈉源的混合物只需在室溫下處理，合成工藝簡單。由于超聲波的空化作用在極小范圍內所產生的巨大能量可以使Si044_與C032_進入HA的晶格中，所以，在制備鈉碳硅復合摻雜HA生物陶瓷過程中有效的實現了 Si044_和C032_的取代型摻雜；而且本專利技術制備的鈉碳硅復合摻雜HA生物陶瓷的Na+離子有效摻雜量在95%以上。另外，本專利技術由于采用了微波燒結法制備鈉碳硅復合摻雜HA生物陶瓷，所以，制備出的鈉碳硅復合摻雜HA生物陶瓷的晶型發育較好。附圖說明圖1是摩爾百分比為η (Si) Ai(C)AiO3) =4:16:80，摻入鈉源中鈉的質量占碳酸化含硅HA生物陶瓷前驅體粉末質量的17.1%時，不同微波反應燒結時間下制備的鈉碳硅復合摻雜HA生物陶瓷的FT-1R圖譜；其中，Ca)為實施例1的FT-1R圖譜，(b)為實施例2的FT-1R圖譜，(c)為實施例3的FT-1R圖譜；圖2是本本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種鈉碳硅復合摻雜HA生物陶瓷的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：1）按照n(Si)/n(C)/n(P)=(1~4):(4~16):(80~95)的摩爾百分比分別稱取Na2SiO3·9H2O、Na2CO3和量取H3PO4；然后將Na2SiO3·9H2O和Na2CO3混合并用去離子水溶解，制成混合溶液A；將H3PO4配制成0.3mol/L的溶液B；2）按照n(Ca)/n(P+Si+C)=1.67的摩爾比稱取分析純的Ca(OH)2，并按照每升去離子水0.5mol的Ca(OH)2的比例與去離子水混合；然后用氨水將pH值調節為10.5～11.5，得到懸浮液C；3）將懸浮液C置于調溫數控超聲波發生器中，加熱至45～55℃，然后開啟超聲波發生器，并攪拌懸浮液C，同時將溶液B滴加到懸浮液C中，得到初生態高分散羥基磷灰石膠凝液；接著在超聲波的作用和攪拌下，于45～55℃將混合溶液A滴加到初生態高分散羥基磷灰石膠凝液中，反應30min，然后陳化24小時，得到絮凝產物，將絮凝產物進行洗滌、抽濾、干燥，得到碳酸化含硅HA生物陶瓷前驅體粉末；4）將鈉源和碳酸化含硅HA生物陶瓷前驅體粉末混合，然后研磨成均勻粉體，再將均勻粉體制成壓片；其中，鈉源為Na2CO3或NaOH；鈉源中鈉的質量占碳酸化含硅HA生物陶瓷前驅體粉末質量的16~18%；5）將壓片用活性炭包埋，在微波爐中反應燒結，使用微波功率160W，反應燒結時間20~40min，制得鈉碳硅復合摻雜HA生物陶瓷。...
【技術特征摘要】
1.一種鈉碳硅復合摻雜HA生物陶瓷的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: O按照η (Si)/n (C)/n (P) = (Il): (4 16): (80 95)的摩爾百分比分別稱取Na2SiO3.9Η20,Na2CO3和量取H3PO4 ;然后將Na2SiO3.9Η20和Na2CO3混合并用去離子水溶解，制成混合溶液A ;將H3PO4配制成0.3mol/L的溶液B ； 2)按照η(Ca) /n (P+Si+C) =1.67的摩爾比稱取分析純的Ca (OH)2,并按照每升去離子水0.5mol的Ca(OH)2的比例與去離子水混合；然后用氨水將pH值調節為10.5 11.5，得到懸浮液C ； 3)將懸浮液C置于調溫數控超聲波發生器中，加熱至45 55°C，然后開啟超聲波發生器，并攪拌懸浮液C，同時將溶液B滴加到懸浮液C中，得到初生態高分散羥基磷灰石膠凝液；接著在超聲波的作用和攪拌下，于45 55°C將混合溶液A滴加到初生態高分散羥基磷灰石膠凝液中，反應30min，然后陳化24小時，得到絮凝產物，將絮凝產...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張超武，劉昌濤，徐彬，繆金良，時春輝，王芬，謝歡，
申請(專利權)人：陜西科技大學，
類型：發明
國別省市：
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