一種多級孔生物活性陶瓷的制備方法和應用技術

本發明專利技術公開了一種多級孔生物活性陶瓷及其制備方法與應用。本發明專利技術通過將粘結劑、增塑劑和溶劑混合，得到添加劑乳濁液；將造孔劑加入到添加劑乳濁液混合，得到造孔劑粘稠液；再將生物活性粉末加入到造孔劑粘稠液中混煉，并經過陳腐，得到高可塑性泥團；接著將泥團用于擠出成型，經干燥、燒結后得到蜂窩狀多級孔生物活性陶瓷，并通過用生物活性粉末懸浮液灌漿，調節孔道尺寸和形貌，再次進行干燥、燒成，最終得到具有多級孔徑結構且孔形非銳角的生物活性陶瓷。本發明專利技術所述的制備方法簡單、可實現工業化生產，可制得具有孔隙率高、機械性能好、連通性較好等優點的多級孔生物活性陶瓷，是較理想的骨缺損修復材料。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及骨缺損修復醫用材料領域，特別涉及一種多級孔生物活性陶瓷的制備方法和應用。
技術介紹
多孔生物活性陶瓷是理想的骨組織替代和修復材料，可直接用于骨缺損的填充修復，也可以作為骨組織工程支架。對于適合骨組織長入的孔隙直徑，學者們有不同的看法，一般認為200 400 μ m的孔徑分布適合骨組織長入的需要，能夠為成骨細胞的粘附和組織的長入提供合適的力學環境。對于骨組織的長入來說，孔徑大于100 μ m是必要的，但300 μ m以上則更有利于新骨的生長及血管的生成(Porosity of3D biomaterialscaffoldsand osteogenesis, Karageorgiou V，Kaplan D.Biomaterials, 2005, 26:5474 - 5491.)。當孔隙率超過一定值后，孔隙之間能形成相互連通，新生骨組織就可以從人工骨表面長入內部相互連通的孔隙中。高孔隙率有利于新骨長入。目前多孔生物活性陶瓷的成型制備方法有多種，如有機泡沫復型法、添加造孔劑法、氣體發泡法、快速成型法、可溶粒子浙濾法等。然而這些方法各有優缺點，如有機泡沫復型法(Permeability ofceramicfoams, Innocentini M D M, Salvini V R, PandolfelliV C.Am Ceram Soc Bull, 1999，78:78.)可制取高氣孔率的材料，且試樣燒結后有較高的強度，缺點是只能制備大孔徑(1000 μ m甚至更大)的網絡狀多孔材料，難以制備孔徑500 μ m以下的多孔材料，材料形式受限制，過大的孔徑和網絡狀的結構不利于細胞的粘附、增殖、遷移和新骨的長入。添加造孔劑法可制得形狀復雜的材料(Fabricationofhydroxyapatite ceramic with controlledporosity, Dean-Mo Liu.J Mater Sci MaterMed, 1997,8:227232.)，并可通過調節造孔劑的添加量和粒徑實現制備不同孔隙結構的多孔材料，孔徑可控制在適當的范圍，但是該方法制得的多孔材料氣孔分布均勻性差，孔隙連通性不理想，也不適合制備高氣孔率的制品。氣體發泡法(Chemistryand sinteringbehaveour ofthin hydroxyapatite ceramics with controlled porosity, Arita IH, Wilkinson D S, Mondragon M A, Castano V M.Biomaterials, 1995, 16(5):403-408.)特別適于制取閉氣孔的材料，且具有可制備氣孔率高，強度較高的優點，但新骨難以長入不連通的閉氣孔中，對骨修復不利，而且對原料的要求較高，工藝條件不易控制。快速成型法(Solidfreeformfabrication of three-dimensional scaffoldsfor engineeringreplacement tissues and organs, Leong K F, Cheah C M, Chua C K.Biomaterials,2003,24:2363-2378.)成型時間短，利于自動化生產，且具有很好的可設計性，孔隙均一，可制備具有不同孔結構的支架以適應復合組織的不同要求，其不足之處在于支架孔隙率偏低，通常小于80%，而且由于工藝上的限制，制備的孔隙過大，力學性能也有待提高。粒子浙濾法(Biodegradable HA-PLA 3-D porous scaffolds..Effect of nano-sized fillercontent onscaffold properties, Kothapalli C R, Shaw M T, Wei M.Acta Biomater,2005,1:653-662.)工藝簡單，孔徑容易控制在適當的范圍，不足之處是后處理較麻煩，不易將可溶性粒子完全除去，孔隙連通性不理想，當孔隙率很高(如80%以上)時，材料的力學性能變得很差。綜上所述，目前國際上關于多孔生物活性陶瓷的研究，仍無法實現高孔隙率、合適的孔徑、連通性好、力學強度高、連續成型、生產效率高、可控性好等優點的結合。
技術實現思路
為了克服現有技術的缺點與不足，本專利技術的目的在于提供一種多級孔生物活性陶瓷的制備方法，生產效率高，工藝比較簡單，且得到的多級孔生物活性陶瓷，孔徑均勻且可調、開口孔率高、力學強度較高、大孔具有單向連通性等優點。本專利技術的另一目的在于提供上述多級孔生物活性陶瓷的應用。本專利技術的目的通過以下技術方案實現:多級孔生物活性陶瓷的制備方法，包括以下步驟:(I)將粘結劑、增塑劑和溶劑混合，于25 95°C下，攪拌混合10 60 min，直至粘結劑和增塑劑完全溶解，得到添加劑乳濁液；(2)將造孔劑添加到步驟(I)制得的添加劑乳濁液中，繼續攪拌混合10 60 min,直至造孔劑均勻分散，得到造孔劑粘稠液； (3)將生物活性粉末添加到步驟(2)制得的造孔劑粘稠液中，攪拌混煉10 60min，直至混合均勻，得到可塑性泥團；所述生物活性粉末為磷酸鈣粉末或偏硅酸鈣粉末；(4)將步驟(3)所得可塑性泥團密封好，放于一 18 95°C環境中陳腐6h 30d，得到高可塑性泥團；(5)采用擠壓成型工藝將步驟(4)所得高可塑性泥團以0.5 IOt的壓力加壓擠出成型，得到蜂窩狀多孔生物活性陶瓷坯體；所述蜂窩狀多孔生物活性陶瓷坯體的孔道從一端貫穿至另一端，擠出孔道的孔徑一致；(6)將蜂窩狀多孔生物活性陶瓷坯體干燥、燒結，在燒結過程中擠出孔壁中的造孔劑被燒掉而產生孔隙，得到蜂窩狀多級孔生物活性陶瓷；(7)將分散劑加入到去離子水中，溶解后，用氨水調節pH值至8 12，得到分散劑溶液；(8)將生物活性粉末加入到步驟(7)所制得的分散劑溶液中，攪拌f 12h，得到生物活性粉末懸浮液；(9)將步驟(6)所制得的蜂窩狀多級孔生物活性陶瓷放入盛有步驟(8)所得到的生物活性粉末懸浮液的容器中，將容器放于真空裝置中，真空灌漿廣6h，然后干燥、燒結，得到最終產物，即經過調整孔道形狀和尺寸后的多級孔生物活性陶瓷。所述磷酸鈣粉末為α-磷酸三鈣、磷酸三鈣、羥基磷灰石、聚磷酸鈣、磷酸四鈣、焦磷酸鈣中的至少一種。所述粘結劑為甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素、聚醋酸乙烯酯、糊精、羥甲基淀粉、明膠、海藻酸鈉、聚乙烯醇縮丁醛中的一種。所述增塑劑為甘油、液體石蠟、鄰苯二甲酸二丁酯、十二烷基磺酸鈉、草酸、乙二醇中的一種。所述造孔劑為聚乙二醇、硬脂酸、炭粉、馬鈴薯淀粉、魔芋淀粉或微晶纖維素中的一種。所述分散劑為聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、焦磷酸鈉、十二烷基吡咯烷酮或羧甲基纖維素鈉中的一種。步驟(I)中所述粘結劑、增塑劑、溶劑的用量為:每IOOg生物活性粉末加入I 20g粘結劑、3 20g的增塑劑、l(T50mL的溶劑。步驟(6)中所述干燥的溫度為30 90° C，干燥時間12 48h ;所述燒結的溫度為850 1250°C，保溫時間為I 3h。步驟(7)中所述的分散劑及去離子水的用量為:每IOOg生物活性粉末加入0.5 5g分散劑、80 140mL去離本文檔來自技高網...

【技術保護點】
多級孔生物活性陶瓷的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）將粘結劑、增塑劑和溶劑混合，于25～95℃下，攪拌混合10～60min，直至粘結劑和增塑劑完全溶解，得到添加劑乳濁液；（2）將造孔劑添加到步驟（1）制得的添加劑乳濁液中，繼續攪拌混合10～60min，直至造孔劑均勻分散，得到造孔劑粘稠液；（3）將生物活性粉末添加到步驟（2）制得的造孔劑粘稠液中，攪拌混煉10～60min，直至混合均勻，得到可塑性泥團；所述生物活性粉末為磷酸鈣粉末或偏硅酸鈣粉末；（4）將步驟（3）所得可塑性泥團密封好，放于?18～95℃環境中陳腐6h～30d，得到高可塑性泥團；（5）采用擠壓成型工藝將步驟（4）所得高可塑性泥團以0.5～10t的壓力加壓擠出成型，得到蜂窩狀多孔生物活性陶瓷坯體；所述蜂窩狀多孔生物活性陶瓷坯體的孔道從一端貫穿至另一端，擠出孔道的孔徑一致；（6）將蜂窩狀多孔生物活性陶瓷坯體干燥、燒結，在燒結過程中擠出孔壁中的造孔劑被燒掉而產生孔隙，得到蜂窩狀多級孔生物活性陶瓷；（7）將分散劑加入到去離子水中，溶解后，用氨水調節pH值至8~12，得到分散劑溶液；（8）將生物活性粉末加入到步驟（7）所制得的分散劑溶液中，攪拌1~12h，得到生物活性粉末懸浮液；（9）將步驟（6）所制得的蜂窩狀多級孔生物活性陶瓷放入盛有步驟（8）所得到的生物活性粉末懸浮液的容器中，將容器放于真空裝置中，真空灌漿1~6h，然后干燥、燒結，得到最終產物，即多級孔生物活性陶瓷。...

【技術特征摘要】
1.多級孔生物活性陶瓷的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將粘結劑、增塑劑和溶劑混合，于25 95°C下，攪拌混合10 60min，直至粘結劑和增塑劑完全溶解，得到添加劑乳濁液； (2)將造孔劑添加到步驟(I)制得的添加劑乳濁液中，繼續攪拌混合10 60min，直至造孔劑均勻分散，得到造孔劑粘稠液； (3)將生物活性粉末添加到步驟(2)制得的造孔劑粘稠液中，攪拌混煉10 60min，直至混合均勻，得到可塑性泥團；所述生物活性粉末為磷酸鈣粉末或偏硅酸鈣粉末； (4)將步驟(3)所得可塑性泥團密封好，放于-18 95°C環境中陳腐6h 30d，得到高可塑性泥團； (5)采用擠壓成型工藝將步驟(4)所得高可塑性泥團以0.5 IOt的壓力加壓擠出成型，得到蜂窩狀多孔生物活性陶瓷坯體；所述蜂窩狀多孔生物活性陶瓷坯體的孔道從一端貫穿至另一端，擠出孔道的孔徑一致； (6)將蜂窩狀多孔生物活性陶瓷坯體干燥、燒結，在燒結過程中擠出孔壁中的造孔劑被燒掉而產生孔隙，得到蜂窩狀多級孔生物活性陶瓷； (7)將分散劑加入到去離子水中，溶解后，用氨水調節pH值至8 12，得到分散劑溶液； (8)將生物活性粉末加入到步驟(7)所制得的分散劑溶液中，攪拌1-12h，得到生物活性粉末懸浮液； (9)將步驟(6)所制得的蜂窩狀多級孔生物活性陶瓷放入盛有步驟(8)所得到的生物活性粉末懸浮液的容器中，將容器放于真空裝置中，真空灌漿1-6h，然后干燥、燒結，得到最終產物，即多級孔生物活性陶瓷。2.根據權利要求1所述的多級孔生物活性陶瓷的制備方法，其特征在于，所述磷酸鈣粉末為α-磷酸三...

【專利技術屬性】
技術研發人員：葉建東，劉高梅，劉艷春，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44