一種多孔羥基磷灰石/焦磷酸鈣復(fù)合骨修復(fù)材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多孔羥基磷灰石/焦磷酸鈣復(fù)合骨修復(fù)材料的制備方法，屬于生物醫(yī)用材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及各類工傷和交通事故的頻繁發(fā)生，在臨床醫(yī)療過(guò)程中經(jīng)常遇到重建或再生因病或由于外傷造成的骨缺損情況，需要大量的骨缺損修復(fù)材料。目前臨床應(yīng)用最為廣泛的骨缺損修復(fù)材料是自體骨和同種異體骨，但是存在來(lái)源不足、供骨區(qū)并發(fā)癥、移植排異反應(yīng)、疾病傳播及融合時(shí)間較長(zhǎng)等問(wèn)題，限制了其應(yīng)用，因而需要研究和開(kāi)發(fā)新型人造骨修復(fù)材料以滿足臨床上的大量需求。
[0003]目前研究最多的人造骨修復(fù)材料是輕基磷灰石(Hydroxyapatite，Ca1(P04)6(OH)2,簡(jiǎn)稱ΗΑ)，特別是互連多孔的HA骨修復(fù)材料。其具備以下特性:(1)無(wú)組織危害性且具有良好的生物相容性；(2)良好的成骨誘導(dǎo)活性；(3)與骨置換；(4)具有骨修復(fù)填充術(shù)所需的機(jī)械強(qiáng)度。然而與臨床應(yīng)用的自體骨和同種異體骨相比，多孔HA骨修復(fù)材料仍然存在一些缺點(diǎn)，例如降解速率仍然相對(duì)較慢，與骨組織的生長(zhǎng)速度匹配性有待提高；同時(shí)在體內(nèi)的中性或弱酸性介質(zhì)中很難被及時(shí)的降解吸收，這樣在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，骨缺損部位的HA很難被新生的骨組織所替代，延長(zhǎng)了骨缺損修復(fù)的過(guò)程。因此，需要研究和開(kāi)發(fā)降解速率與骨組織生長(zhǎng)速度更為匹配的新型多孔HA基骨修復(fù)材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有材料的不足，提供一種利用放電等離子燒結(jié)制備多孔羥基磷灰石/焦磷酸鈣復(fù)合骨修復(fù)材料的方法，獲得成分純凈無(wú)有害雜質(zhì)、孔隙率可控、降解性能優(yōu)異、降解速率與新骨形成速率更為匹配、具有良好成骨誘導(dǎo)活性的多孔羥基磷灰石/焦磷酸鈣復(fù)合骨修復(fù)材料，滿足臨床上對(duì)用于機(jī)體硬組織再生或重建的骨缺損修復(fù)材料的性能要求，促進(jìn)其臨床應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明所述一種羥基磷灰石/焦磷酸鈣復(fù)合骨修復(fù)材料的制備方法，具體包括以下步驟:
(I)按羥基磷灰石85%?95%、焦磷酸鈣15%?5%的質(zhì)量百分比分別稱取羥基磷灰石粉末、焦磷酸鈣粉末，備用。
[0006](2)將羥基磷灰石、焦磷酸鈣粉末進(jìn)行球磨混粉后、干燥、研磨得到混合陶瓷粉末。
[0007](3)將步驟(2)得到的混合陶瓷粉末、碳酸氫銨粉末(純度為分析純)混合均勻得到羥基磷灰石、焦磷酸鈣、碳酸氫銨混合粉末，在混合粉末中混合陶瓷粉末的質(zhì)量百分比為45%?55%、碳酸氫銨的質(zhì)量百分比為55%?45%，碳酸氫銨粉末的平均粒徑500?800μπι。
[0008](4)將步驟(3)得到的混合粉末放入定制不銹鋼模具中，冷壓成型后退模得到塊體壓坯。
[0009](5)將步驟(4)得到的塊體壓坯裝入柱形石墨模具中，置于放電等離子燒結(jié)爐中，系統(tǒng)真空抽至8?10 Pa后進(jìn)行燒結(jié)，以50?100°C/min的升溫速度，加熱至1100~1200°(:的燒結(jié)溫度后保溫8?lOmin，燒結(jié)過(guò)程中持續(xù)抽真空，隨爐自然冷卻至室溫退模即得到多孔羥基磷灰石/焦磷酸鈣復(fù)合骨修復(fù)材料。
[0010]優(yōu)選的，本發(fā)明所述羥基磷灰石的純度2 99.7 %，平均粒徑為10?100 nm。
[0011]優(yōu)選的，本發(fā)明所述焦磷酸鈣粉末的純度299.9 %、平均粒徑為0.2?ΙΟμπι。
[0012]優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(2)中所述球磨混粉過(guò)程為:將羥基磷灰石、焦磷酸鈣粉末放入球磨機(jī)瑪瑙球磨罐中，加入瑪瑙磨球和無(wú)水乙醇，然后進(jìn)行球磨混粉8?1h，將球磨后的漿料干燥后進(jìn)行研磨，得到混合陶瓷粉末。
[0013]優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(2)中所述混合陶瓷粉末、碳酸氫銨粉末的混合過(guò)程為，將混合陶瓷粉末、碳酸氫銨粉末放入混料機(jī)內(nèi)混合60?120 mino
[0014]優(yōu)選的，本發(fā)明所述冷壓成型壓頭施加100?150MPa的單向壓力。
[0015]優(yōu)選的，本發(fā)明所述定制不銹鋼模具包括壓頭1、模體2、模腔3、底座4，模體2的下端設(shè)有底座4，模體2內(nèi)均勻分布有4?6個(gè)模腔3，模腔3為長(zhǎng)方體形狀。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
(I)材料成分純凈無(wú)有害雜質(zhì)，生物相容性好。由于在制備過(guò)程中不添加任何粘結(jié)劑和模板劑，選擇的NH4HCO3造孔劑在較低的溫度下就完全揮發(fā)，因而制備的羥基磷灰石/焦磷酸鈣復(fù)合骨修復(fù)材料無(wú)任何雜質(zhì)殘留，并且采用了放電等離子燒結(jié)技術(shù)后降低了燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間，輕基磷灰石和焦磷酸I3KCalcium Pyrophosphate，Ca2P207，簡(jiǎn)稱CPP)基本不會(huì)發(fā)生分解。
[0017](2)優(yōu)異的降解性能;通過(guò)將HA和具有優(yōu)異生物降解性能的CPP進(jìn)行復(fù)合，提高了材料的降解速率，使得降解速率與新骨形成速率更為匹配，加快骨缺損修復(fù)的過(guò)程，提高骨缺損修復(fù)治療效果。
[0018](3)具有骨修復(fù)填充術(shù)所需的機(jī)械強(qiáng)度，所制備的多孔材料強(qiáng)度為10?12 MPa，與自體骨相匹配，能夠滿足臨床要求。
[0019](4)孔隙參量可控，成骨活性好。所制備的多孔材料孔隙率為10?30%、孔隙尺寸為5?400μπι，且大孔、小孔并存，其獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)和粗糙的內(nèi)外表面將有利于成骨細(xì)胞的粘附、增殖，促使新骨組織長(zhǎng)入孔隙，提高了材料的成骨活性。
[0020]因此，采用本發(fā)明方法制備的多孔羥基磷灰石/焦磷酸鈣復(fù)合骨修復(fù)材料可作為理想的人造機(jī)體硬組織再生或重建的骨缺損修復(fù)材料在臨床上應(yīng)用；同時(shí)本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單、操作方便、成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖1實(shí)施例1所述HA原料粉末、CPP原料粉末及多孔HA/CPP復(fù)合骨修復(fù)材料的X射線衍射圖譜。
[0022]圖2實(shí)施例1制備得到的多孔HA/CPP復(fù)合骨修復(fù)材料孔隙SEM形貌圖。
[0023]圖3實(shí)施例1制備得到的多孔HA/CPP復(fù)合骨修復(fù)材料孔壁SEM形貌圖。
[0024]圖4實(shí)施例1制備得到的多孔HA/CPP復(fù)合骨修復(fù)材料與純HA降解速率對(duì)比圖。
[0025]圖5為所述定制不銹鋼模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖6為所述定制不銹鋼模具的俯視圖。
[0027]圖5、6中1-壓頭;2-模體;3-模腔;4_底座。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。
[0029]本發(fā)明實(shí)施例所述定制不銹鋼模具包括壓頭1、模體2、模腔3、底座4，模體2的下端設(shè)有底座4，模體2內(nèi)均勻分布有4個(gè)模腔3，模腔3為長(zhǎng)方體形狀，如圖5?6所示。
[0030]實(shí)施例1
本例用放電等離子燒結(jié)制備多孔HA/CPP復(fù)合骨修復(fù)材料方法的工藝步驟是:
(I)按羥基磷灰石85%、焦磷酸鈣15%的質(zhì)量百分比，分別稱取純度2 99.7 %、平均粒徑10 nm的羥基磷灰石和純度2 99.7 %、平均粒徑0.2μπι的焦磷酸鈣粉末。
[0031](2)將步驟(I)稱取的陶瓷粉末放入球磨機(jī)瑪瑙球磨罐中，按球料比3:1加入瑪瑙磨球，再加入無(wú)水乙醇，然后進(jìn)行球磨混粉10h，將球磨后的漿料干燥后進(jìn)行研磨，得到混合陶瓷粉末。
[0032](3)按步驟(2)得到的混合陶瓷粉末55%、碳酸氫銨45%的質(zhì)量百分比，分別稱取混合陶瓷粉末和純度為分析純、平均粒徑500μηι的碳酸氫銨粉末。
[0033](4)將步驟(3 )稱取的粉末放入混料機(jī)內(nèi)混合120min，得到羥基磷灰石、焦磷酸鈣、碳酸氫銨混合粉末。
[0034](5)將步驟(4)得到的混合粉末放入定制不銹鋼模具中，通過(guò)壓頭施加100 MPa單向壓力，冷壓成型后退模得到塊體壓坯。
[0035](6)將步驟(5)得到的塊體壓坯裝入柱形石墨模具中，置于放電等離子燒結(jié)爐中，系統(tǒng)真空抽至9 Pa后進(jìn)行燒結(jié)，以50°C/min的升溫速度，加熱至1100°C的燒結(jié)溫度后保溫8min，燒結(jié)過(guò)程中持續(xù)抽真空使得碳酸氫銨完全分解揮發(fā)后再隨爐自然冷卻至室溫，退模即得到多孔HA/CPP復(fù)合骨修復(fù)材料。
[0036]用相對(duì)密度法進(jìn)行測(cè)量、并通過(guò)計(jì)算獲得多孔HA/CPP復(fù)合骨修復(fù)材料的孔隙率約為10%。對(duì)燒結(jié)前HA原料粉末、CPP原料粉末及燒結(jié)后多孔HA/CPP復(fù)合骨修復(fù)材料進(jìn)行了 X射線衍射儀(XRD)分析(如圖1所示)，從圖中可以看出，燒結(jié)后主相仍為HA/CPP相，無(wú)雜相出現(xiàn)，這表明燒結(jié)完成后試樣并未發(fā)生分解，有利于保持多孔HA/CPP復(fù)合骨修復(fù)材料的生物相容性。利用掃描電鏡(SEM)對(duì)所燒結(jié)的多孔HA/CPP復(fù)合骨修復(fù)材料微觀形貌進(jìn)行了分析(如圖2、圖3所示)，從圖2可以看出，試樣中孔隙呈均勻的分布狀態(tài)，孔徑在70?400μπι范圍，這種大孔是由于造孔劑在燒結(jié)過(guò)程中高溫分解而造成的，有利于骨細(xì)胞的長(zhǎng)入和體液的傳輸;從圖3可以看出，試樣孔壁上存在由大量的HA/CPP顆粒堆積形成的微孔(〈ΙΟμπι)，這些微孔使材料局部面積大大增加，有利于成骨細(xì)胞的黏附。根據(jù)GB/T 1964-1996在力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試了試樣的壓縮性能，結(jié)果表明材料的抗壓強(qiáng)度在12MPa，并且具有很好的降解性能，可滿足臨床上對(duì)生物骨修復(fù)材料力學(xué)性能的要求。圖4為制備得到的多孔HA/CPP復(fù)合骨修復(fù)材料與純HA降解速率對(duì)比圖，從圖中可以看出，在多孔HA材料中加入了CPP后，復(fù)合骨修復(fù)材料的降解速率提高，降解速率將與新骨形成速度更為匹配，并且具有很好的降解性會(huì)K。<