專利名稱：生物活性多孔陶瓷材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物工程陶瓷材料制造領(lǐng)域。
在治療人體骨組織損傷時(shí)，常見的有骨腫瘤刮除手術(shù)，術(shù)后留下的空腔需要類骨活性物質(zhì)進(jìn)行填補(bǔ);此外，局部矯形也需要合適的生物材料來完成修復(fù)、填補(bǔ)工作，為使骨組織盡快康復(fù)，還要求植入的多孔材料應(yīng)有生物活性，這種生物活性材料中的原子、離子，既能與人體中的同類原子、離子互相交換，有利于軟硬組織的長入和結(jié)合，同時(shí)活性生物材料中的這些原子、離子可補(bǔ)充生理需要，使創(chuàng)傷處得到盡快愈合和恢復(fù)。為此美國專利US 3929971公開了一種用海珊瑚與磷酸鹽溶液進(jìn)行熱交換反應(yīng)，制備鈣磷多孔體作為人體骨填充材料，雖然這種材料能保持海珊瑚的多孔結(jié)構(gòu)，但缺泛生物活性，力學(xué)性能不高，另一方面由于采用熱交換反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間長，對金屬設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。
本發(fā)明的目的是提供一種能與人體骨組織具有生物相容性，能形成骨性結(jié)合的生物陶瓷材料。
大量的醫(yī)學(xué)研究表明，成人骨胳一般由206塊骨組成，根據(jù)所在位置不同，人體骨的密度相差很大(在10～90%之間)，孔隙的數(shù)量、孔隙尺寸的大小不盡相同，主要是由于生理增長和承受力的不同而形成的。盡管如此，在人體同一部位，一般按照正常生長，其孔隙尺寸大體是相似的。依據(jù)哈弗氏系統(tǒng)的要求，對于骨胳的孔隙直徑一般在100～200μm，而且要求孔隙之間是連通的。只有制備類似人骨的材料植入人體，方能滿足供血、營養(yǎng)料的要求。
本發(fā)明采用溶膠絮凝方法制取與人體骨主要組織成分相似，相結(jié)構(gòu)相近的鈣磷粉末體(簡稱HA粉末)，用化學(xué)共沉淀法制取醫(yī)用鋁鎂尖晶石微細(xì)粉末(spinel粉末)，以單一的HA粉末為原料或以HA粉末和spinel粉末的混合物(混合比例為75～50%∶25～50%)為原料(其重量百分比為90～97%)，采用3～10%(重量百分比)的天然植物纖維(例如棕絲、松針、苧麻、劍麻等)或5～10%的聚氨脂泡沫為造孔材料，混合料經(jīng)混合后，經(jīng)造型或壓力成型、燒結(jié)等工藝過程，即可制備含有HA粉末的多孔材料，或是HA粉末和spinel粉末混合而成的復(fù)合多孔材料。采用壓力成型時(shí)，在混合料中加入1～2%聚乙烯醇作為成型劑，在一定的壓力下成型，制得的多孔材料孔徑為50～150μm，造型包括木模成型、容器成型以及浸漬成型。木模成型是將混合料裝入木模內(nèi)形成木模形狀，制得的多孔材料孔徑為150～250μm，容器成型是將調(diào)和成糊狀的混合料在任一形狀下進(jìn)行燒結(jié)，由此可制得平均粒度為3～6μm的顆粒狀多孔材料，浸漬成型是在混合料中加入5～10%聚乙烯醇作為成型劑，用聚氨脂泡沫充分浸漬，制得的多孔材料孔徑為150～500μm。
本發(fā)明所使用的HA粉末的制備方法是將硝酸鈣與磷酸銨的水溶液進(jìn)行化學(xué)合成，合成過程中，加入一定量的氨水，調(diào)整溶液的PH值為8～13，選擇合適的攪拌器，攪拌速率和攪拌時(shí)間，使其沉淀完全。然后經(jīng)洗滌，過濾，將沉淀物在80～120℃低溫干燥，再經(jīng)600～800℃煅燒2～3小時(shí)，將得到的HA粉放入瓷球磨筒中研磨2.5～10小時(shí)，便得到燒結(jié)活性很好的、平均粒度小于3μm的、與人體骨組織成分相似的HA粉末。鋁鎂尖晶石粉末的制備過程是將氯化鋁、氯化鎂分別溶于蒸餾水中，然后將兩種溶液混合均勻，并將其加熱到60～100℃時(shí)再加入含氨25～28%的氨水溶液中，從而形成共沉淀。在沉淀過程中，溶液的溫度仍保持在60～100℃、PH值保持在8～11。然后將沉淀物經(jīng)洗滌過濾，并在60～120℃干燥，研磨，于800～1100℃煅燒2～4小時(shí)，便可得到純度為99.9%，燒結(jié)活性很好，平均粒度小于2μm的鋁鎂尖晶石粉末。
采用上述方法制備的HA粉末和spinel粉末，可根據(jù)需要，分別制取如下幾種多孔活性生物材料1.將HA粉末或HA粉末和spinel粉末的混合物與天然植物纖維以比例90～97%∶10～3%充分混合，混合后，在混合料中加入1～2%的聚乙烯醇作為成型劑，再混合，然后在鋼模中以200～500kg/cm2壓力成型，在900～1400℃溫度下燒結(jié)1～3小時(shí)，即得到孔隙直徑為50～150μm的多孔體材料，用此多孔體材料可加工成各種所需形狀。
2.將HA粉末或HA粉末和spinel粉末的混合物與天然植物纖維以比例90～97%∶10～3%充分混合，混合后，用20～40%的蒸餾水調(diào)和成膏狀，于木模內(nèi)造型，得到的坯體在80～150℃干燥，在900～1300℃燒結(jié)0.5～4小時(shí)，即得到預(yù)成型坯形狀、孔隙直徑為100～250μm的復(fù)合多孔活性生物材料。
3.將HA粉末或HA粉末和spinel粉末的混合物與天然植物纖維以比例90～97%∶10～3%充分混合，混合后，用45～55%的蒸餾水調(diào)和成糊狀，干燥后，經(jīng)800～1100℃燒結(jié)1～4小時(shí)，即可得到平均粒徑為3～6μm的顆粒狀多孔材料。
4.將HA粉末或HA粉末和spinel粉末的混合物與聚乙烯醇以及水混合，混合比例為25～45%∶5～10%，余量為水，混合后調(diào)和成糊狀，用孔隙直徑為300～500μm的聚氨脂泡沫浸漬，充分浸漬后，在80～120℃下干燥，然后在1100～1450℃燒結(jié)1～3小時(shí)，即得到與泡沫相同形狀、孔隙分布均勻、孔隙直徑為150～500μm、相對密度為35～65%的復(fù)合多孔活性生物材料，并且所得孔隙為連通孔隙。
本發(fā)明所使用的造孔材料-天然植物纖維、聚氨脂泡末，它們來源廣泛，且經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后，不留下任何有害物質(zhì)，也不與基體材料形成化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)，加入纖維的數(shù)量、長度、直徑的不同，可制備不同孔隙直徑、孔隙度的多孔材料，以適應(yīng)不同部位、不同密度的人體骨的需要。
本發(fā)明提供的制造工藝方法及材料投資小，生產(chǎn)規(guī)?？纱罂尚。袟l件的醫(yī)院均能自行制備，工藝簡單，無需高壓，對設(shè)備無腐蝕。
本發(fā)明所提供的作為多孔生物活性復(fù)合材料強(qiáng)化相的鋁鎂尖晶石，在材料中成網(wǎng)狀分布，這樣提高了多孔材料的力學(xué)性能，以及控制HA在人體中的降解速度(吸收速度和釋放速度)。這是因?yàn)殇X鎂尖晶石具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、生物相容性和高的彈性模量、斷裂強(qiáng)度等力學(xué)性能，又能與HA之間形成熱力學(xué)性質(zhì)的結(jié)合，且又不與基相(HA)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
本發(fā)明所提供的HA粉末和spinel粉末，純度高(大于99.9%)，粒度細(xì)(一般在10μm以下)。
本發(fā)明提供的多孔材料制備方法，既能制備單一HA成分的多孔體，又能制備是HA粉末和spinel粉末混合而成的復(fù)合多孔體;可根據(jù)不同的需要，制備具有不同孔隙直徑(在50～500μm范圍內(nèi))和不同的孔隙長度以及不同孔隙度的生物活性多孔材料，該材料具有良好的生物相容性，能與人體骨組織構(gòu)成良好的骨性結(jié)合，特別適宜于用作骨腫瘤刮除后遺留空腔的填充材料和各種骨殘損、骨空洞修補(bǔ)用材料。


圖1.本發(fā)明工藝流程圖。
實(shí)施例1.使用本發(fā)明所制得的HA粉末50克與spinel粉末50克為原料，混合后，加入7克直徑為200～300μm、長度為1cm的天然棕絲作為造孔材料，混合均勻后加入2克聚乙烯醇作為成形劑，在鋼模中以300kg/cm2壓力成型，于1400℃下燒結(jié)2小時(shí)，得到的多孔體材料孔隙直徑為150μm，該材料的抗彎強(qiáng)度為4.5±0.5kg/mm2，經(jīng)某醫(yī)科大學(xué)臨床應(yīng)用證明，無毒性反應(yīng)，無過敏反應(yīng)，血液相容性和生物相容性很好。該多孔體植入兔子骨內(nèi)，實(shí)驗(yàn)觀察2個(gè)月，發(fā)現(xiàn)該材料已與兔骨形成良好的結(jié)合。
2.使用本發(fā)明所制得的HA粉末95克與5克長度為5cm直徑為0.35～0.4mm的天然棕絲混合后，加60克水將混合料調(diào)和成膏狀，于木模內(nèi)造型，得到的坯體在90℃干燥，干燥后經(jīng)1000℃燒結(jié)1～4小時(shí)，得到孔隙直徑為200μm±50的多孔材料，孔隙長度與棕絲長度相當(dāng)，經(jīng)由X-650掃描電鏡分析，無任何殘留物。
3.使用本發(fā)明所制得的HA粉末95克與5克長度為1cm直徑為300μm的天然棕絲混合后，加100克水將混合料調(diào)和成糊狀，在110℃干燥，干燥后經(jīng)1000℃燒結(jié)2小時(shí)，得到孔隙直徑為150～200μm、平均粒度為5mm的多孔活性陶瓷顆粒，適宜于作骨腫留刮除空腔的填補(bǔ)材料。
4.使用本發(fā)明所制得的HA粉末50克和spinel粉末50克，混合均勻后加入100ml蒸餾水，再加入10克聚乙烯醇調(diào)和成糊狀，并用孔隙直徑為300μm的聚氨脂泡沫浸漬，充分浸漬后，在100℃下干燥，然后在1350℃燒結(jié)2小時(shí)，即得到與泡沫相同形狀、孔隙分布均勻、孔隙直徑為500μm、相對密度為65%的復(fù)合多孔活性生物材料，并且所得孔隙為連通孔隙，用X-650電鏡分析，無任何殘留物。
權(quán)利要求
1.一種生物活性多孔陶瓷材料的制備方法，包括采用溶膠絮凝方法制備鈣磷基粉末體(HA粉末)和用化學(xué)共沉淀方法制備高純醫(yī)用鋁鎂尖晶石微細(xì)粉末(spinel粉末)，其特征在于，采用3～10%(重量百分比)的天然植物纖維或5～10%的聚氨脂泡沫為造孔材料，使用HA粉末或HA粉末和spinel粉末的混合物(混合比例為75～50%∶25～50%)為原料(重量百分比為90～97%)，將混合后所得的混合料經(jīng)造形或壓形、燒結(jié)等工藝過程，即可制成只含有HA粉末單一成分的多孔材料，或是含有HA粉末和spinel粉末的復(fù)合多孔材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在混合料中加入1～2%的聚乙烯醇作為成形劑，混合后，在鋼模中以200～500kg/cm2在壓力成型，在900～1400℃溫度下燒結(jié)1～3小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用20～40%的蒸餾水將混合料調(diào)和成膏狀，于木模內(nèi)造型，得到的坯體在80～150℃干燥，在900～1300℃燒結(jié)0.5～4小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用45～55%的蒸餾水將混合料調(diào)和成糊狀，在80～120℃干燥，于800～1100℃下燒結(jié)1～4小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將HA粉末或HA粉末和spinel粉末的混合物與聚乙烯醇以及水混合，混合比例為25～45%∶5～10%，余量為水，混合后調(diào)和成糊狀，用孔隙直徑為300～500μm的聚氨脂泡沫浸漬，充分浸漬后，在80～120℃下干燥，然后在1100～1450℃燒結(jié)1～3小時(shí)。
全文摘要
一種活性生物多孔陶瓷材料的制備方法，采用溶膠絮凝方法制取鈣磷基活性粉末(HA粉)和用化學(xué)共沉淀法制取醫(yī)用鋁鎂尖晶石微細(xì)粉末(spinel粉末)，以天然植物纖維或聚氨酯泡沫為造孔材料，經(jīng)混合，造型或壓力成型、燒結(jié)等工藝過程，即可制成只含有HA單一成分的多孔材料，也可制成含有HA粉末和spinel粉末的復(fù)合多孔材料，用作人體骨修復(fù)、填補(bǔ)時(shí)的填充材料，該多孔材料與人體骨具有良好的生物相容性。本方法工藝簡單，無需高壓，對設(shè)備無腐蝕。
文檔編號C04B38/06GK1068807SQ9110675
公開日1993年2月10日 申請日期1991年7月22日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月22日
發(fā)明者阮建明, 黃伯云, 溫金海, 林炳 申請人:中南工業(yè)大學(xué)