專利名稱：摻加氧化鋅晶須制備磷酸鈣基生物陶瓷技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用摻加氧化鋅晶須制備磷酸鈣基生物陶瓷技術(shù)，屬 于無機(jī)非金屬材料科學(xué)領(lǐng)域，可用于骨移植材料的制備等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磷酸鈣基生物陶瓷因其與天然骨的成分相似和良好的生物相容 性，在醫(yī)學(xué)方面的獲得廣泛應(yīng)用。磷酸鈣生物陶瓷主要包括磷酸三鈣 和羥基磷灰石。
磷酸三f丐(TCP)的最大優(yōu)勢是生物相容性好，植入機(jī)體后與骨直 接融合，無任何排斥和不良反應(yīng)。有研究認(rèn)為，磷酸鈣陶瓷不僅有骨 引導(dǎo)作用，還具有誘導(dǎo)成骨的作用。但是其降解速度過快，在新生骨 長入之前就已經(jīng)完全降解。不能達(dá)到骨替代的目的。
羥基磷灰石(HAP)是人體內(nèi)硬組織的主要無機(jī)成分，20世紀(jì)70 年代初，日本的青木秀希和美國的Jarcho首次人工合成出HAP，從 此其作為硬組織修復(fù)材料， 一直是骨修復(fù)生物醫(yī)用材料研究領(lǐng)域的熱 門課題之一。HAP具有良好的生物相容性和骨傳導(dǎo)性，能與人體骨 良好結(jié)合，并對新骨生長有一定的誘導(dǎo)作用。然而純的HAP物理機(jī) 械性能不理想，脆性大，并且其降解性能較差，在體內(nèi)不易降解，減 緩了新生骨的長入。
綜上所述，單一的磷酸三鈣或羥基磷灰石都不能完成骨替代手 術(shù)，因此需要開發(fā)一種新型的復(fù)合材料；摻加各種材料來制備磷酸鈣 基生物陶瓷已經(jīng)成為該領(lǐng)域的研究熱點之一。
鋅對于成骨細(xì)胞的增殖有特殊的直接刺激作用，而對于破骨細(xì)胞 有一定的抑制作用。動物實驗和臨床實驗也表明，鋅可以剌激骨的生 長，有利于提高生物材料的生物活性和降解性能；另外，氧化鋅晶須 (ZnOw)的加入還可以提高磷酸鈣基材料的機(jī)械強(qiáng)度。因此，ZnOw慘雜的磷酸鈣基陶瓷有望成為新一代的骨組織工程材料。并且，利用摻
加ZnOw來制備磷酸鈣基生物陶瓷的技術(shù)至今未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用摻加氧化鋅晶須的方法來制備性能優(yōu)異的 磷酸轉(zhuǎn)基生物陶瓷。
本發(fā)明的技術(shù)方案為
1) 配料以磷酸三鈣和羥基磷灰石納米復(fù)合粉體為主要原料，
其中磷酸三鈣與羥基磷灰石的比例為1:2-5:2;
2) 向步驟1)中的復(fù)合粉體中加入氧化鋅晶須作為燒結(jié)助劑和 增韌劑，加入的量為0wt%-3wt%;
3) 向步驟2)所得的粉料中加入一定量的粘結(jié)劑，粘結(jié)劑為PVB 的酒精溶液；復(fù)合粉體質(zhì)量與粘結(jié)劑體積的比例為1:1-1:2 (g/mL)， 利用機(jī)械混合的方法將其均勻混合1-3小時，混合介質(zhì)為無水乙醇；
4) 將混合均勻的原料過篩，粒度為60-200目，然后再根據(jù)需要 冷壓成型；
5) 將冷壓成型所得的試樣置于高溫爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為 1000-1300°C，達(dá)到所設(shè)定溫度后保溫120-300min，隨爐自然冷卻至 室溫即得產(chǎn)品。
有益效果
本發(fā)明提出的摻加ZnOw制備磷酸鈣基生物陶瓷的技術(shù)，具有以 下突出的優(yōu)點-
1) 設(shè)備簡單；投資少；
2) 生產(chǎn)成本低；
3) 所得樣品力學(xué)性能好、生物相容性好，并且生物降解速度與 骨的生長速度相匹配；
4) 產(chǎn)品性能可控，可以通過調(diào)整TCP與HAP的比例和加入的
氧化鋅晶須的量得到性能不同的產(chǎn)品。


圖1含0%ZnOw試樣燒結(jié)后的XRD圖； 圖2含ln/。ZnOw試樣燒結(jié)后的XRD圖； 圖3含1.5%ZnOw試樣燒結(jié)后的XRD圖； 圖4含2%ZnOw試樣燒結(jié)后的XRD圖； 圖5含2.5%ZnOw試樣燒結(jié)后的XRD圖； 圖6含3%ZnOw試樣燒結(jié)后的XRD圖； 圖7含0%ZnOw試樣燒結(jié)后的SEM圖； 圖8含l%ZnOw試樣燒結(jié)后的SEM圖； 圖9含1.5%ZnOw試樣燒結(jié)后的SEM圖； 圖10含2%ZnOw試樣燒結(jié)后的SEM圖； 圖11含2.5°/。ZnOw試樣燒結(jié)后的SEM圖； 圖12含3°/。ZnOw試樣燒結(jié)后的SEM圖； 圖13試樣在模擬體液中降解15d后的SEM圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作迸一步說明。
實施例1.
以TCP和HAP比例為3:2的納米復(fù)合粉體為主要原料，加入含 量為3wt"/。的PVB酒精溶液，復(fù)合粉體質(zhì)量與PVB酒精溶液體積的 比例為1:1.5 (g/mL);在40MPa成型壓力下進(jìn)行冷壓成型，將成型 后的試樣置于高溫爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1200°C，保溫時間180min; 對所得試樣進(jìn)行XRD和SEM分析；結(jié)果如圖1和圖7所示。
實施例2
以TCP和HAP比例為3:2的納米復(fù)合粉體為主要原料，加入 lwtM氧化鋅晶須，并加入含量為3wty。的PVB酒精溶液，復(fù)合粉體 質(zhì)量與PVB酒精溶液體積的比例為l丄5 (g/mL);以無水乙醇為混合介質(zhì)的條件下充分混合，干燥后過60目篩；在40MPa成型壓力下 進(jìn)行冷壓成型，將成型后的試樣置于高溫爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1200 °C，保溫時間180min;對所得試樣進(jìn)行XRD和SEM分析；結(jié)果如 圖2和圖8所示。 實施例3
以TCP和HAP比例為3:2的納米復(fù)合粉體為主要原料，加入 1.5wt%ZnOw，并加入含量為3wtM的PVB酒精溶液，復(fù)合粉體質(zhì)量 與PVB酒精溶液體積的比例為1:1.5 (g/mL);以無水乙醇為混合介 質(zhì)的條件下充分混合，干燥后過60目篩；在40MPa成型壓力下進(jìn)行 冷壓成型，將成型后的試樣置于高溫爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為120(TC， 保溫時間180min;對所得試樣進(jìn)行XRD和SEM分析；結(jié)果如圖3 和圖9所示。
實施例4
以TCP和HAP比例為3:2的納米復(fù)合粉體為主要原料，加入 2wt%ZnOw，并加入含量為3wtM的PVB酒精溶液，復(fù)合粉體質(zhì)量與 PVB酒精溶液體積的比例為1:1.5 (g/mL);以無水乙醇為混合介質(zhì) 的條件下充分混合，干燥后過60目篩；在40MPa成型壓力下進(jìn)行冷 壓成型，將成型后的試樣置于高溫爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為120(TC， 保溫時間180min;對所得試樣進(jìn)行XRD和SEM分析；結(jié)果如圖4 和圖IO所示。
實施例5
以TCP和HAP比例為3:2的納米復(fù)合粉體為主要原料，加入 2.5wt%ZnOw，并加入含量為3wtM的PVB酒精溶液，復(fù)合粉體質(zhì)量 與PVB酒精溶液體積的比例為1:1.5 (g/mL);以無水乙醇為混合介 質(zhì)的條件下充分混合，干燥后過60目篩；在40MPa成型壓力下進(jìn)行 冷壓成型，將成型后的試樣置于高溫爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為120(TC， 保溫時間180min;對所得試樣進(jìn)行XRD和SEM分析；結(jié)果如圖5 和圖ll所示。實施例6
以TCP和HAP比例為3:2的納米復(fù)合粉體為主要原料，加入 3wt%ZnOw，并加入含量為3wtc/。的PVB酒精溶液，復(fù)合粉體質(zhì)量與 PVB酒精溶液體積的比例為1:1.5 (g/mL);以無水乙醇為混合介質(zhì) 的條件下充分混合，干燥后過60目篩；在40MPa成型壓力下進(jìn)行冷 壓成型，將成型后的試樣置于高溫爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1200°C， 保溫時間180min;對所得試樣進(jìn)行XRD和SEM分析；結(jié)果如圖6 和圖12所示。
以上實施例所得試樣的抗彎強(qiáng)度不低于40MPa，在37匸的模擬 體液中對其降解性能進(jìn)行進(jìn)行測試，其降解速度與骨的長入速度基本 一致(圖13)。
權(quán)利要求
1、摻加氧化鋅晶須制備磷酸鈣基生物陶瓷技術(shù)，其特征在于制備步驟為1)配料以磷酸三鈣和羥基磷灰石納米復(fù)合粉體為主要原料，其中磷酸三鈣與羥基磷灰石的比例為1:2-5:2；2)向步驟1)中的復(fù)合粉體中加入氧化鋅晶須作為燒結(jié)助劑和增韌劑，加入的量為0wt％-3wt％；3)向步驟2)所得的粉料中加入一定量的粘結(jié)劑，粘結(jié)劑為PVB的酒精溶液；復(fù)合粉體質(zhì)量與粘結(jié)劑體積的比例為1:1-1:2(g/mL)，利用機(jī)械混合的方法將其均勻混合1-3小時，混合介質(zhì)為無水乙醇；4)將混合均勻的原料過篩，粒度為60-200目，然后再根據(jù)需要冷壓成型；5)將冷壓成型所得的試樣置于高溫爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1000-1300℃，達(dá)到所設(shè)定溫度后保溫120-300min，隨爐自然冷卻至室溫即得產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及了利用摻加氧化鋅晶須制備磷酸鈣基生物陶瓷技術(shù)，屬于無機(jī)非金屬材料科學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明基本實施步驟為以TCP/HAP納米復(fù)合粉體為主要原料，分別添加不同量的ZnOw，采用機(jī)械混合的方法混合均勻；在40MPa成型壓力下進(jìn)行冷壓成型，將成型后的試樣置于高溫爐中燒結(jié)，所得樣品力學(xué)性能好、生物相容性好，并且生物降解速度與骨的生長速度相匹配；本發(fā)明的優(yōu)點在于其設(shè)備簡單、投資少、生產(chǎn)成本低、所得產(chǎn)品性能高，產(chǎn)品性能可控等優(yōu)點。
文檔編號C04B35/81GK101456751SQ20091000078
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者李廣龍, 靜 汪, 金海波 申請人:北京理工大學(xué)