一种掺加氧化锌晶须制备磷酸钙基生物陶瓷的方法

摘要

本发明涉及一种利用掺加氧化锌晶须制备磷酸钙基生物陶瓷的方法，属于无机非金属材料科学领域。本发明基本实施步骤为：以TCP/HAP纳米复合粉体为主要原料，分别添加不同量的ZnOw，采用机械混合的方法混合均匀；在40MPa成型压力下进行冷压成型，将成型后的试样置于高温炉中烧结，所得样品力学性能好、生物相容性好，并且生物降解速度与骨的生长速度相匹配；本发明的优点在于其设备简单、投资少、生产成本低、所得产品性能高，产品性能可控等优点。

权利要求

1.一种掺加氧化锌晶须制备磷酸钙基生物陶瓷的方法，其特征在于制备步骤为：

1)配料：以磷酸三钙和羟基磷灰石纳米复合粉体为主要原料，其中磷酸三钙和羟基磷灰石的比例为1∶2-5∶2；

2)向步骤1)中的复合粉体中加入氧化锌晶须作为烧结助剂和增韧剂，加入的量为

1wt％-3wt％；

3)向步骤2)中所得的粉料中加入一定量的粘结剂，粘结剂为PVB的酒精溶液；复合粉体质量与粘结剂体积的比例为1∶1-1∶2，复合粉体质量与粘结剂体积比例的单位为g/mL，利用机械混合的方法将其均匀混合1-3小时，混合介质为无水乙醇；

4)将混合均匀的原料过筛，粒度为60-200目，然后再根据需要冷压成型；

5)将冷压成型所得的试样置于高温炉中烧结，烧结温度为1000-1300℃，达到所设定温度后保温120-300min，随炉自然冷却至室温即得产品。

说明书

一种掺加氧化锌晶须制备磷酸钙基生物陶瓷的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种利用掺加氧化锌晶须制备磷酸钙基生物陶瓷的方法，属于无机非金属材料科学领域，可用于骨移植材料的制备等领域。

背景技术

[0002] 磷酸钙基生物陶瓷因其与天然骨的成分相似和良好的生物相容性，在医学方面的获得广泛应用。磷酸钙生物陶瓷主要包括磷酸三钙和羟基磷灰石。

[0003] 磷酸三钙(TCP)的最大优势是生物相容性好，植入机体后与骨直接融合，无任何排斥和不良反应。有研究认为，磷酸钙陶瓷不仅有骨引导作用，还具有诱导成骨的作用。但是其降解速度过快，在新生骨长入之前就已经完全降解。不能达到骨替代的目的。

[0004] 羟基磷灰石(HAP)是人体内硬组织的主要无机成分，20世纪70年代初，日本的青木秀希和美国的Jarcho首次人工合成出HAP，从此其作为硬组织修复材料，一直是骨修复生物医用材料研究领域的热门课题之一。HAP具有良好的生物相容性和骨传导性，能与人体骨良好结合，并对新骨生长有一定的诱导作用。然而纯的HAP物理机械性能不理想，脆性大，并且其降解性能较差，在体内不易降解，减缓了新生骨的长入。

[0005] 综上所述，单一的磷酸三钙或羟基磷灰石都不能完成骨替代手术，因此需要开发一种新型的复合材料；掺加各种材料来制备磷酸钙基生物陶瓷已经成为该领域的研究热点之一。

[0006] 锌对于成骨细胞的增殖有特殊的直接刺激作用，而对于破骨细胞有一定的抑制作用。动物实验和临床实验也表明，锌可以刺激骨的生长，有利于提高生物材料的生物活性和降解性能；另外，氧化锌晶须(ZnOw)的加入还可以提高磷酸钙基材料的机械强度。因此，ZnOw掺杂的磷酸钙基陶瓷有望成为新一代的骨组织工程材料。并且，利用掺加ZnOw来制备磷酸钙基生物陶瓷的技术至今未见报道。

发明内容

[0007] 本发明的目的是利用掺加氧化锌晶须的方法来制备性能优异的磷酸钙基生物陶瓷。

[0008] 本发明的技术方案为：

[0009] 1)配料：以磷酸三钙和羟基磷灰石纳米复合粉体为主要原料，其中磷酸三钙与羟基磷灰石的比例为1∶2-5∶2；

[0010] 2)向步骤1)中的复合粉体中加入氧化锌晶须作为烧结助剂和增韧剂，加入的量为1wt％-3wt％；

[0011] 3)向步骤2)所得的粉料中加入一定量的粘结剂，粘结剂为PVB的酒精溶液；复合粉体质量与粘结剂体积的比例为1∶1-1∶2(g/mL)，利用机械混合的方法将其均匀混合1-3小时，混合介质为无水乙醇；

[0012] 4)将混合均匀的原料过筛，粒度为60-200目，然后再根据需要冷压成型；

[0013] 5)将冷压成型所得的试样置于高温炉中烧结，烧结温度为1000-1300℃，达到所设定温度后保温120-300min，随炉自然冷却至室温即得产品。

[0014] 有益效果

[0015] 本发明提出的掺加ZnOw制备磷酸钙基生物陶瓷的技术，具有以下突出的优点：

[0016] 1)设备简单；投资少；

[0017] 2)生产成本低；

[0018] 3)所得样品力学性能好、生物相容性好，并且生物降解速度与骨的生长速度相匹配；

[0019] 4)产品性能可控，可以通过调整TCP与HAP的比例和加入的氧化锌晶须的量得到性能不同的产品。

附图说明

[0020] 图1含1％ZnOw试样烧结后的XRD图；

[0021] 图2含1.5％ZnOw试样烧结后的XRD图；

[0022] 图3含2％ZnOw试样烧结后的XRD图；

[0023] 图4含2.5％ZnOw试样烧结后的XRD图；

[0024] 图5含3％ZnOw试样烧结后的XRD图；

[0025] 图6含1％ZnOw试样烧结后的SEM图；

[0026] 图7含1.5％ZnOw试样烧结后的SEM图；

[0027] 图8含2％ZnOw试样烧结后的SEM图；

[0028] 图9含2.5％ZnOw试样烧结后的SEM图；

[0029] 图10含3％ZnOw试样烧结后的SEM图；

[0030] 图11试样在模拟体液中降解15d后的SEM图；

具体实施方式

[0031] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0032] 实施例1

[0033] 以TCP和HAP比例为3∶2的纳米复合粉体为主要原料，加入1wt％氧化锌晶须，并加入含量为3wt％的PVB酒精溶液，复合粉体质量与PVB酒精溶液体积的比例为：1∶1.5(g/mL)；以无水乙醇为混合介质的条件下充分混合，干燥后过60目筛；在40MPa成型压力下进行冷压成型，将成型后的试样置于高温炉中烧结，烧结温度为1200℃，保温时间
180min；对所得试样进行XRD和SEM分析；结果如图1和图6所示。

[0034] 实施例2

[0035] 以TCP和HAP比例为3∶2的纳米复合粉体为主要原料，加入1.5wt％ZnOw，并加入含量为3wt％的PVB酒精溶液，复合粉体质量与PVB酒精溶液体积的比例为：1∶1.5(g/mL)；以无水乙醇为混合介质的条件下充分混合，干燥后过60目筛；在40MPa成型压力下进行冷压成型，将成型后的试样置于高温炉中烧结，烧结温度为1200℃，保温时间180min；对所得试样进行XRD和SEM分析；结果如图2和图7所示。

[0036] 实施例3

[0037] 以TCP和HAP比例为3∶2的纳米复合粉体为主要原料，加入2wt％ZnOw，并加入含量为3wt％的PVB酒精溶液，复合粉体质量与PVB酒精溶液体积的比例为：1∶1.5(g/mL)；以无水乙醇为混合介质的条件下充分混合，干燥后过60目筛；在40MPa成型压力下进行冷压成型，将成型后的试样置于高温炉中烧结，烧结温度为1200℃，保温时间180min；对所得试样进行XRD和SEM分析；结果如图3和图8所示。

[0038] 实施例4

[0039] 以TCP和HAP比例为3∶2的纳米复合粉体为主要原料，加入2.5wt％ZnOw，并加入含量为3wt％的PVB酒精溶液，复合粉体质量与PVB酒精溶液体积的比例为：1∶1.5(g/mL)；以无水乙醇为混合介质的条件下充分混合，干燥后过60目筛；在40MPa成型压力下进行冷压成型，将成型后的试样置于高温炉中烧结，烧结温度为1200℃，保温时间180min；对所得试样进行XRD和SEM分析；结果如图4和图9所示。

[0040] 实施例5

[0041] 以TCP和HAP比例为3∶2的纳米复合粉体为主要原料，加入3wt％ZnOw，并加入含量为3wt％的PVB酒精溶液，复合粉体质量与PVB酒精溶液体积的比例为：1∶1.5(g/mL)；以无水乙醇为混合介质的条件下充分混合，干燥后过60目筛；在40MPa成型压力下进行冷压成型，将成型后的试样置于高温炉中烧结，烧结温度为1200℃，保温时间180min；对所得试样进行XRD和SEM分析；结果如图5和图10所示。

[0042] 以上实施例所得试样的抗弯强度不低于40MPa，在37℃的模拟体液中对其降解性能进行进行测试，其降解速度与骨的长入速度基本一致(图11)。