一種用于骨組織修復(fù)的生物材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于骨組織修復(fù)的生物材料及其制備方法，化學(xué)式為CaAl3BO7，將含有合成生物材料所需元素的化合物按比例混合，采用高溫煅燒或用化學(xué)溶液溶解混合后煅燒制備材料，將制備得到的CaAl3BO7粉體或CaAl3BO7陶瓷塊體在模擬體液中礦化一段時間后，粉體或者陶瓷表面即可大量沉積類骨磷灰石層，具備較好的生物活性，可用于骨組織修復(fù)。本發(fā)明制備工藝簡單靈活，原料來源豐富，能源消耗低，具有優(yōu)良的生物活性和機(jī)械性能，可以用作骨組織的修復(fù)、填充以及齒科修復(fù)。
【專利說明】一種用于骨組織修復(fù)的生物材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于骨組織修復(fù)的生物材料及其制備方法，屬于生物材料領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 在人類醫(yī)學(xué)的認(rèn)識歷史之中發(fā)現(xiàn)，許多疾病是由于器官的病損引起器官的死亡， 如果由自身細(xì)胞結(jié)合生物活性材料構(gòu)建人工器官，將病損器官替換，人類將可以恢復(fù)健康， 從而使生命延續(xù)。例如，硬組織損傷修復(fù)材料就受到越來越多的關(guān)注。理想的骨組織工程支 架材料應(yīng)當(dāng)具有三維多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時具有足夠的生物活性，容易整合修復(fù)周圍骨組織， 并有可能具有主動誘導(dǎo)、修復(fù)、重建骨再生的生物學(xué)功能。
[0003] 硬組織損傷修復(fù)的生物材料可以劃分為三個發(fā)展階段：第一代生物醫(yī)用材料為生 物惰性材料，生物惰性材料與人體組織沒有活性結(jié)合，臨床應(yīng)用上存在不可避免的問題和 缺陷。第二代生物材料為不降解的生物活性陶瓷(表面生物活性陶瓷)，這類陶瓷具有較優(yōu) 良的生物相容性和骨傳導(dǎo)性，是一種很具潛力的生物和醫(yī)用材料，可以用作骨組織的修復(fù)、 填充以及齒科修復(fù)材料。但是也存在一定問題，如磷酸三鈣陶瓷的生物活性不高、力學(xué)強(qiáng)度 低等。
[0004] 新一代醫(yī)用生物材料要求具有"主動修復(fù)功能"和"可調(diào)控生物響應(yīng)特性"，是 可降解的生物活性材料。骨基質(zhì)的無機(jī)成分主要為骨鹽，骨鹽主要成分是羥基磷灰石 [Ca ltl(PO4)6(OH)2]，骨鹽一旦與有機(jī)成分結(jié)合，骨基質(zhì)就會具有很強(qiáng)的硬度，在生物體內(nèi)起 到支持功能，促進(jìn)骨修復(fù)。是很好的硬組織替代材料，目前已成功應(yīng)用于牙科、整形外科和 上頜面重建等領(lǐng)域。
[0005] 當(dāng)前，羥基磷灰石的應(yīng)用方法是將可以生成羥基磷灰石的生物材料置于人體內(nèi)， 通過體液的礦化穩(wěn)定生成羥基磷灰石，羥基磷灰石與人體骨骼組織在界面形成緊密的化學(xué) 鍵結(jié)合，從而誘導(dǎo)骨組織的生長。但是，目前用于在生物體內(nèi)穩(wěn)定生成羥基磷灰石的生物材 料性能較低，制備方法多較復(fù)雜，能耗高，產(chǎn)品成本較高，不利于推廣應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種有良好的生物活性和較高的機(jī)械 強(qiáng)度、制備方法簡單的用于骨組織修復(fù)的生物材料及其制備方法。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種用于骨組織修復(fù)的生物材料， 其特征在于：化學(xué)式為CaAl 3B07。
[0008] 如上所述的用于骨組織修復(fù)的生物材料的制備方法，采用高溫固相法，包括以下 步驟： (1) 以含鈣離子Ca2+的化合物、含鋁離子Al3+的化合物、含硼離子B3+的化合物為原料， 按化學(xué)式CaAl 3BO7中對應(yīng)元素的化學(xué)計量比稱取各原料，通過研磨使其混合均勻； (2) 將得到的混合物在空氣氣氛下預(yù)煅燒，預(yù)煅燒溫度為200?700°C，預(yù)煅燒時間為 1?15小時，自然冷卻后，研磨并混合均勻； (3)將步驟（2)得到的混合物在空氣氣氛中煅燒，煅燒溫度為700?950°C，煅燒時間 為1?15小時，自然冷卻后，研磨混合均勻后即得到一種粉末狀CaAl3BO7生物材料。
[0009] 本發(fā)明高溫固相法的技術(shù)方案中，所述含有鈣離子Ca2+的化合物為氧化鈣、草酸 鈣、碳酸鈣、硝酸鈣中的一種；所述含有鋁離子Al 3+的化合物為三氧化二鋁、硝酸鋁中的一 種；所述含有硼離子B3+的化合物為三氧化二硼、硼酸中的一種。
[0010] 本發(fā)明高溫固相法的一個優(yōu)選方案是：步驟（2)的預(yù)煅燒溫度為300°C?700°C， 預(yù)煅燒時間為3?15小時；步驟（3)的煅燒溫度為700?900°C，煅燒時間為3?15小時。
[0011] 在本發(fā)明技術(shù)方案中，將高溫固相法步驟（3)得到的粉末狀CaAl3BO 7生物材料在 壓力為SMpa?IOMpa的條件下干壓成型，再進(jìn)行煅燒，煅燒溫度為700?900°C，煅燒時間 為2?15小時，得到用于骨組織修復(fù)的生物材料。
[0012] 如上所述的用于骨組織修復(fù)的生物材料的制備方法，還可以采用化學(xué)溶液法，包 括以下步驟： (1) 以含鈣離子Ca2+的化合物、含鋁離子Al3+的化合物、含硼離子B3+的化合物為原料， 按通式CaAl 3BO7中對應(yīng)元素的化學(xué)計量比稱取各原料，分別溶解于稀硝酸溶液中，完全溶 解后，再按各原料中反應(yīng)物質(zhì)量的〇. 5?2. 0 wt%分別添加絡(luò)合劑，得到各原料的混合液， 所述的絡(luò)合劑為檸檬酸或草酸； (2) 將各原料的混合液緩慢混合，在溫度為50?100°C的條件下攪拌1?5小時，靜置、 烘干，得到蓬松的前驅(qū)體； (3) 將前軀體粉末置于坩堝中，在馬弗爐中煅燒，煅燒溫度為450?850°C，煅燒時間 1?14小時，冷卻后研磨均勻，得到一種粉末狀CaAl 3BO7生物材料。
[0013] 本發(fā)明化學(xué)溶液法的技術(shù)方案中，所述含有鈣離子Ca2+的化合物為氧化鈣、草酸 鈣、碳酸鈣、硝酸鈣中的一種；所述含有鋁離子Al 3+的化合物為三氧化二鋁、硝酸鋁中的一 種；所述含有硼離子B3+的化合物為三氧化二硼、硼酸中的一種。
[0014] 本發(fā)明化學(xué)溶液法的一個優(yōu)選方案是：步驟（2)的攪拌溫度為60?80°C，攪拌時 間為2?3小時；步驟（3)的煅燒溫度為500?900°C，煅燒時間為3?14小時。
[0015] 在本發(fā)明技術(shù)方案中，將化學(xué)溶液法步驟（3)得到的粉末狀CaAl3BO 7在壓力為 8Mpa?IOMpa的條件下干壓成型，再進(jìn)行煅燒，煅燒溫度為700?900°C，煅燒時間為2? 15小時，得到用于骨組織修復(fù)的生物材料。
[0016] 本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于： 1、本發(fā)明制備的CaAl3BO7生物材料具有良好的生物活性和機(jī)械性能，該材料沒有污 染，不含有對于生物體有害的元素，是一種理想的生物和醫(yī)用材料，可以用作骨組織的修 復(fù)、填充以及齒科修復(fù)材料。
[0017] 2、本發(fā)明提供的CaAl3BO7生物材料原料來源豐富，價格低廉，采用高溫固相法和 化學(xué)溶液法兩種方法，制備工藝簡單，易于操作，能源消耗和產(chǎn)品成本比較低。
[0018] 3、本發(fā)明制備的CaAl3BO7生物材料具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，可以用于骨組織修復(fù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為按本發(fā)明實(shí)施例1技術(shù)方案制得的CaAl3BO7粉體的XRD圖譜； 圖2為按本發(fā)明實(shí)施例1技術(shù)方案制得的CaAl3BO7粉體礦化后的XRD圖譜； 圖3為按本發(fā)明實(shí)施例1技術(shù)方案制得的CaAl3BO7粉體礦化前后的紅外光譜對比圖； 圖4為按本發(fā)明實(shí)施例1技術(shù)方案制得的CaAl3BO7粉體礦化前的掃描電鏡圖； 圖5為按本發(fā)明實(shí)施例1技術(shù)方案制得的CaAl3BO7粉體礦化3天后的掃描電鏡圖； 圖6為按本發(fā)明實(shí)施例2技術(shù)方案制得的CaAl3BO7粉體礦化5天后的掃描電鏡圖； 圖7為按本發(fā)明實(shí)施例3技術(shù)方案制得的CaAl3BO7陶瓷塊體礦化3天后的掃描電鏡 圖； 圖8為按本發(fā)明實(shí)施例5技術(shù)方案制得的CaAl3BO7粉體礦化前的掃描電鏡圖； 圖9為按本發(fā)明實(shí)施例5技術(shù)方案制得的CaAl3BO7粉體礦化3天后的掃描電鏡圖； 圖10為按本發(fā)明實(shí)施例7技術(shù)方案制得的CaAl3BO7陶瓷塊體礦化5天后的掃描電鏡 圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0021] 實(shí)施例1 : (1)根據(jù)化學(xué)式CaAl3BO7中各元素的摩爾比，稱取碳酸鈣CaCO3 :5. 004克，三氧化二鋁 Al2O3 :15. 294克，硼酸H3BO3 :3. 092克，在瑪瑙研缽中研磨并混合均勻后，選擇空氣氣氛預(yù) 煅燒，預(yù)煅燒溫度是200°C，預(yù)煅燒時間15小時，然后冷卻至室溫，取出樣品；將預(yù)煅燒的原 料再次充分混合研磨均勻，在空氣氣氛中再次煅燒，煅燒溫度950°C，煅燒時間1小時，冷卻 研磨即得到硼鋁酸鈣CaAl 3BO7粉體。
[0022] (2)將制備好的CaAl3BO7粉體進(jìn)行模擬體液浸泡3天，觀察浸泡后表面形貌的變 化，判斷表面是否有類骨磷灰石層形成，評價其生物活性。每一克的CaAl 3BO7陶瓷加入模擬 體液100毫升。將浸泡的CaAl3BO 7粉體從模擬體液中取出，用去離子水清洗，然后在70°C 下干燥4小時，用SEM觀察表面形貌的變化。
[0023] 模擬體液含有與人體血漿相近的離子及離子團(tuán)濃度，其組成參見表1。

【權(quán)利要求】
1. 一種用于骨組織修復(fù)的生物材料，其特征在于：化學(xué)式為CaAl3B07。
2. -種如權(quán)利要求1所述的用于骨組織修復(fù)的生物材料的制備方法，其特征在于采 用高溫固相法，包括以下步驟： (1) 以含鈣離子Ca2+的化合物、含鋁離子Al3+的化合物、含硼離子B3+的化合物為原料， 按化學(xué)式CaAl 3BO7中對應(yīng)元素的化學(xué)計量比稱取各原料，通過研磨使其混合均勻； (2) 將得到的混合物在空氣氣氛下預(yù)煅燒，預(yù)煅燒溫度為200?700°C，預(yù)煅燒時間為 1?15小時，自然冷卻后，研磨并混合均勻； (3) 將步驟（2)得到的混合物在空氣氣氛中煅燒，煅燒溫度為700?950°C，煅燒時間 為1?15小時，自然冷卻后，研磨混合均勻后即得到CaAl 3BO7生物材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于骨組織修復(fù)的生物材料的制備方法，其特征在于：所述 含有鈣離子Ca2+的化合物為氧化鈣、草酸鈣、碳酸鈣、硝酸鈣中的一種；所述含有鋁離子Al 3+ 的化合物為三氧化二鋁、硝酸鋁中的一種；所述含有硼離子B3+的化合物為三氧化二硼、硼 酸中的一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于骨組織修復(fù)的生物材料的制備方法，其特征在于：所述 步驟（2)的預(yù)煅燒溫度為300°C?700°C，預(yù)煅燒時間為3?15小時；步驟（3)的煅燒溫度 為700?900°C，煅燒時間為3?15小時。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的用于骨組織修復(fù)的生物材料的制備方法，其特征 在于：將步驟（3)得到的粉末狀CaAl3BO 7在壓力為8Mpa?IOMpa的條件下干壓成型，再進(jìn) 行煅燒，煅燒溫度為700?900°C，煅燒時間為2?15小時，得到用于骨組織修復(fù)的生物材 料。
6. -種如權(quán)利要求1所述的用于骨組織修復(fù)的生物材料的制備方法，其特征在于采 用化學(xué)溶液法，包括以下步驟： (1) 以含鈣離子Ca2+的化合物、含鋁離子Al3+的化合物、含硼離子B3+的化合物為原料， 按通式CaAl 3BO7中對應(yīng)元素的化學(xué)計量比稱取各原料，分別溶解于稀硝酸溶液中，完全溶 解后，再按各原料中反應(yīng)物質(zhì)量的〇. 5?2. 0 wt%分別添加絡(luò)合劑，得到各原料的混合液， 所述的絡(luò)合劑為檸檬酸或草酸； (2) 將各原料的混合液緩慢混合，在溫度為50?100°C的條件下攪拌1?5小時，靜置、 烘干，得到蓬松的前驅(qū)體； (3) 將前軀體粉末置于坩堝中，在馬弗爐中煅燒，煅燒溫度為450?850°C，煅燒時間 1?14小時，冷卻后研磨均勻，得到一種粉末狀CaAl 3BO7生物材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于骨組織修復(fù)的生物材料的制備方法，其特征在于：所述 含有鈣離子Ca2+的化合物為氧化鈣、草酸鈣、碳酸鈣、硝酸鈣中的一種；所述含有鋁離子Al 3+ 的化合物為三氧化二鋁、硝酸鋁中的一種；所述含有硼離子B3+的化合物為三氧化二硼、硼 酸中的一種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于骨組織修復(fù)的生物材料的制備方法，其特征在于：步驟 (2)的攪拌溫度為60?100°C，攪拌時間為1?3小時；步驟（3)的煅燒溫度為450?800°C， 煅燒時間為3?14小時。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述的用于骨組織修復(fù)的生物材料的制備方法，其特征在 于：將步驟（3)得到的粉末狀CaAl3BO 7在壓力為SMpa?IOMpa的條件下干壓成型，再進(jìn)行
【文檔編號】C04B35/622GK104310966SQ201410468235
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】喬學(xué)斌, 章健, 周天元, 張樂, 楊浩, 唐定遠(yuǎn) 申請人:江蘇師范大學(xué)