本發(fā)明屬于生物陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種生物陶瓷材料及制備方法。

背景技術(shù)：

生物陶瓷指與生物體或生物化學(xué)有關(guān)的新型陶瓷。包括精細(xì)陶瓷、多孔陶瓷、某些玻璃和單晶。根據(jù)使用情況，生物陶瓷可分為與生物體相關(guān)的植入陶瓷和與生物化學(xué)相關(guān)的生物工藝學(xué)陶瓷。植入陶瓷植入生物體內(nèi)，用以恢復(fù)增強(qiáng)生物體機(jī)能。由于植入陶瓷直接與生物體接觸，故要求其與生物體的親和性好，不產(chǎn)生有毒的侵蝕、分解產(chǎn)物；不使生物細(xì)胞發(fā)生變異、壞死，以及引起炎癥和生長肉芽等；在體內(nèi)長期使用功能好，對生物體無致癌作用，本身不發(fā)生變質(zhì)；易于滅菌。常用的植入陶瓷有氧化鋁陶瓷和單晶氧化鋁、磷酸鈣系陶瓷、微晶玻璃、氧化鋯燒結(jié)體等，它們在臨床上用作人造牙、人造骨、人造心臟瓣膜、人造血管和其他醫(yī)用人造氣管穿皮接頭等。

生物學(xué)性能主要希望其具有良好的生物相容性、骨傳導(dǎo)性、骨誘導(dǎo)性和骨生成能力。力學(xué)性能包括抗壓、抗彎強(qiáng)度，彈性模量等多個綜合指標(biāo)能夠最大限度地接近或與天然骨的力學(xué)性能相匹配。

膠原蛋白是一種天然的聚合物，它是人體皮膚和骨頭的主要有機(jī)成分，是骨基質(zhì)中含量最豐富的蛋白質(zhì)。膠原蛋白具有優(yōu)良的生物相容性及免疫力，適合作為新骨細(xì)胞貼附生長的基質(zhì)，是一種用于骨組織修復(fù)的理想材料。已有研究致力于開發(fā)制備膠原蛋白基或以其作為添加相的生物材料用作骨組織的修復(fù)。

目前常見的生物陶瓷材料上述的各項性能較差，因此需要研制具有較高力學(xué)和生物學(xué)性能的生物陶瓷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種生物陶瓷材料，所述生物陶瓷材料具有較好的力學(xué)性能和促進(jìn)細(xì)胞生長的生物學(xué)性能。

本發(fā)明的生物陶瓷配方中將硅藻土加入，硅藻土的礦物成份主要是蛋白石及其變種。硅藻土涂料添加劑產(chǎn)品，具有孔隙度大、吸收性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨、耐熱等特點，能為涂料提供優(yōu)異的表面性能，增容，增稠以及提高附著力。由于它具有較大的孔體積，能使涂膜縮短干燥時間。應(yīng)用涂料、油漆中，能夠均衡的控制涂膜表面光澤，增加涂膜的耐磨性和抗劃痕性，去濕、除臭、而且還能凈化空氣，隔音、防水和隔熱、通透性好的特點。將硅藻土用于生物陶瓷的制備，可以提高其抗壓強(qiáng)度；本發(fā)明的生物陶瓷配方中加入膠原蛋白，膠原蛋白是一種天然的聚合物，它是人體皮膚和骨頭的主要有機(jī)成分，是骨基質(zhì)中含量最豐富的蛋白質(zhì)?？梢蕴岣呱锵嗳菪约懊庖吡?，促進(jìn)細(xì)胞生長。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面提供一種生物陶瓷材料，所述生物陶瓷材料包括如下重量份數(shù)的組分：硅酸鋯25-40份、硼化鉬10-26份、二氧化鋯13-29份、凹凸棒石8-17份、二氧化硒8-23份、檸檬酸鈣12-25份、硅藻土7-19份、磷酸三鈣11-15份和膠原蛋白10-15份。

優(yōu)選地，硅酸鋯26-39份、硼化鉬12-24份、二氧化鋯14-26份、凹凸棒石9-16份、二氧化硒9-21份、檸檬酸鈣14-24份、硅藻土8-18份、磷酸三鈣12-14份和膠原蛋白11-14份。

優(yōu)選地，硅酸鋯30份、硼化鉬16份、二氧化鋯20份、凹凸棒石13份、二氧化硒15份、檸檬酸鈣17份、硅藻土13份、磷酸三鈣13份和膠原蛋白12份。

優(yōu)選地，所述膠原蛋白為I-型膠原蛋白。

優(yōu)選地，所述I-型膠原蛋白在所述生物陶瓷孔隙中形成三維膠原蛋白纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供所述的生物陶瓷材料制備方法，所述方法包括如下步驟：

（1）按重量稱量硅酸鋯、硼化鉬、二氧化鋯、凹凸棒石、二氧化硒、檸檬酸鈣、硅藻土、磷酸三鈣各原料，在高速混勻機(jī)中混勻；

（2）混勻后，用球磨機(jī)進(jìn)行球磨，得到粉末；

（3）將粉末在熱壓爐中進(jìn)行壓制成型；

（4）用膠原蛋白配制膠原蛋白溶液，用膠原蛋白溶液浸沒所述步驟（3）中制備的生物陶瓷，常溫下進(jìn)行真空灌注，然后，對產(chǎn)物進(jìn)行超聲波震蕩攪拌；

（5）將灌注了膠原蛋白的生物陶瓷經(jīng)化學(xué)方法進(jìn)行交聯(lián)，最后對產(chǎn)品進(jìn)行冷凍干燥即可。

優(yōu)選地，所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為300-400rpm，球磨時間為1-2h。

優(yōu)選地，所述熱壓爐升溫速率為30℃/min，升溫?zé)釅籂t溫度至760-800℃，保溫1-2h，再按照40℃/min的升溫速率升至溫度為1230-1430℃，高溫?zé)Y(jié)時間為2-5h，冷卻至室溫后為復(fù)合生物陶瓷材料。

優(yōu)選地，所述化學(xué)方法為用11-15mg/ml的京尼平對灌注了膠原蛋白的生物陶瓷進(jìn)行交聯(lián)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

（1）本發(fā)明的生物陶瓷配方中將硅藻土加入，硅藻土的礦物成份主要是蛋白石及其變種。硅藻土涂料添加劑產(chǎn)品，具有孔隙度大、吸收性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨、耐熱等特點，能為涂料提供優(yōu)異的表面性能，增容，增稠以及提高附著力。由于它具有較大的孔體積，能使涂膜縮短干燥時間。應(yīng)用涂料、油漆中，能夠均衡的控制涂膜表面光澤，增加涂膜的耐磨性和抗劃痕性，去濕、除臭、而且還能凈化空氣，隔音、防水和隔熱、通透性好的特點。將硅藻土用于生物陶瓷的制備，可以提高其抗壓強(qiáng)度；

（2）本發(fā)明的生物陶瓷配方中加入膠原蛋白，膠原蛋白是一種天然的聚合物，它是人體皮膚和骨頭的主要有機(jī)成分，是骨基質(zhì)中含量最豐富的蛋白質(zhì)?？梢蕴岣呱锵嗳菪约懊庖吡Γ龠M(jìn)細(xì)胞生長。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種生物陶瓷材料，所述生物陶瓷材料具有較好的力學(xué)性能和促進(jìn)細(xì)胞生長的生物學(xué)性能。

本發(fā)明的生物陶瓷配方中將硅藻土加入，硅藻土的礦物成份主要是蛋白石及其變種。硅藻土涂料添加劑產(chǎn)品，具有孔隙度大、吸收性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨、耐熱等特點，能為涂料提供優(yōu)異的表面性能，增容，增稠以及提高附著力。由于它具有較大的孔體積，能使涂膜縮短干燥時間。應(yīng)用涂料、油漆中，能夠均衡的控制涂膜表面光澤，增加涂膜的耐磨性和抗劃痕性，去濕、除臭、而且還能凈化空氣，隔音、防水和隔熱、通透性好的特點。將硅藻土用于生物陶瓷的制備，可以提高其抗壓強(qiáng)度；本發(fā)明的生物陶瓷配方中加入膠原蛋白，膠原蛋白是一種天然的聚合物，它是人體皮膚和骨頭的主要有機(jī)成分，是骨基質(zhì)中含量最豐富的蛋白質(zhì)?？梢蕴岣呱锵嗳菪约懊庖吡?，促進(jìn)細(xì)胞生長。

實施例1

本實施例所述生物陶瓷材料包括如下重量份數(shù)的組分：硅酸鋯40份、硼化鉬10份、二氧化鋯29份、凹凸棒石8份、二氧化硒23份、檸檬酸鈣12份、硅藻土19份、磷酸三鈣11份和膠原蛋白15份。

所述膠原蛋白為I-型膠原蛋白；所述I-型膠原蛋白在所述生物陶瓷孔隙中形成三維膠原蛋白纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供所述的生物陶瓷材料制備方法，所述方法包括如下步驟：

（1）按重量稱量硅酸鋯、硼化鉬、二氧化鋯、凹凸棒石、二氧化硒、檸檬酸鈣、硅藻土、磷酸三鈣各原料，在高速混勻機(jī)中混勻；

（2）混勻后，用球磨機(jī)進(jìn)行球磨，得到粉末，所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為400rpm，球磨時間為1h；

（3）將粉末在熱壓爐中進(jìn)行壓制成型，所述熱壓爐升溫速率為30℃/min，升溫?zé)釅籂t溫度至800℃，保溫1h，再按照40℃/min的升溫速率升至溫度為1430℃，高溫?zé)Y(jié)時間為2h，冷卻至室溫后為復(fù)合生物陶瓷材料；

（4）用膠原蛋白配制膠原蛋白溶液，用膠原蛋白溶液浸沒所述步驟（3）中制備的生物陶瓷，常溫下進(jìn)行真空灌注，然后，對產(chǎn)物進(jìn)行超聲波震蕩攪拌；

（5）將灌注了膠原蛋白的生物陶瓷經(jīng)15mg/ml的京尼進(jìn)行交聯(lián)，最后對產(chǎn)品進(jìn)行冷凍干燥即可。

經(jīng)萬能材料試驗機(jī)測得其最大抗壓強(qiáng)度為9.1 MPa（測試方法參見GB/T 1964-1996），較純羥基磷灰石多孔生物陶瓷材料提升2.3倍。

實施例2

本實施例所述生物陶瓷材料包括如下重量份數(shù)的組分：硅酸鋯25份、硼化鉬26份、二氧化鋯13份、凹凸棒石17份、二氧化硒8份、檸檬酸鈣25份、硅藻土7份、磷酸三鈣15份和膠原蛋白10份。

所述膠原蛋白為I-型膠原蛋白；所述I-型膠原蛋白在所述生物陶瓷孔隙中形成三維膠原蛋白纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供所述的生物陶瓷材料制備方法，所述方法包括如下步驟：

（1）按重量稱量硅酸鋯、硼化鉬、二氧化鋯、凹凸棒石、二氧化硒、檸檬酸鈣、硅藻土、磷酸三鈣各原料，在高速混勻機(jī)中混勻；

（2）混勻后，用球磨機(jī)進(jìn)行球磨，得到粉末，所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為300rpm，球磨時間為2h；

（3）將粉末在熱壓爐中進(jìn)行壓制成型，所述熱壓爐升溫速率為30℃/min，升溫?zé)釅籂t溫度至760℃，保溫2h，再按照40℃/min的升溫速率升至溫度為1230℃，高溫?zé)Y(jié)時間為5h，冷卻至室溫后為復(fù)合生物陶瓷材料；

（4）用膠原蛋白配制膠原蛋白溶液，用膠原蛋白溶液浸沒所述步驟（3）中制備的生物陶瓷，常溫下進(jìn)行真空灌注，然后，對產(chǎn)物進(jìn)行超聲波震蕩攪拌；

（5）將灌注了膠原蛋白的生物陶瓷經(jīng)11mg/ml的京尼進(jìn)行交聯(lián)，最后對產(chǎn)品進(jìn)行冷凍干燥即可。

經(jīng)萬能材料試驗機(jī)測得其最大抗壓強(qiáng)度為8.7 MPa（測試方法參見GB/T 1964-1996），較純羥基磷灰石多孔生物陶瓷材料提升3.1倍。

實施例3

本實施例所述生物陶瓷材料包括如下重量份數(shù)的組分：硅酸鋯39份、硼化鉬12份、二氧化鋯26份、凹凸棒石9份、二氧化硒21份、檸檬酸鈣14份、硅藻土18份、磷酸三鈣12份和膠原蛋白14份。

所述膠原蛋白為I-型膠原蛋白；所述I-型膠原蛋白在所述生物陶瓷孔隙中形成三維膠原蛋白纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供所述的生物陶瓷材料制備方法，所述方法包括如下步驟：

（1）按重量稱量硅酸鋯、硼化鉬、二氧化鋯、凹凸棒石、二氧化硒、檸檬酸鈣、硅藻土、磷酸三鈣各原料，在高速混勻機(jī)中混勻；

（2）混勻后，用球磨機(jī)進(jìn)行球磨，得到粉末，所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為350rpm，球磨時間為2h；

（3）將粉末在熱壓爐中進(jìn)行壓制成型，所述熱壓爐升溫速率為30℃/min，升溫?zé)釅籂t溫度至780℃，保溫1h，再按照40℃/min的升溫速率升至溫度為1400℃，高溫?zé)Y(jié)時間為4h，冷卻至室溫后為復(fù)合生物陶瓷材料；

（4）用膠原蛋白配制膠原蛋白溶液，用膠原蛋白溶液浸沒所述步驟（3）中制備的生物陶瓷，常溫下進(jìn)行真空灌注，然后，對產(chǎn)物進(jìn)行超聲波震蕩攪拌；

（5）將灌注了膠原蛋白的生物陶瓷經(jīng)13mg/ml的京尼進(jìn)行交聯(lián)，最后對產(chǎn)品進(jìn)行冷凍干燥即可。

經(jīng)萬能材料試驗機(jī)測得其最大抗壓強(qiáng)度為8.9 MPa（測試方法參見GB/T 1964-1996），較純羥基磷灰石多孔生物陶瓷材料提升2.2倍。

實施例4

本實施例所述生物陶瓷材料包括如下重量份數(shù)的組分：硅酸鋯26份、硼化鉬24份、二氧化鋯14份、凹凸棒石16份、二氧化硒9份、檸檬酸鈣24份、硅藻土8份、磷酸三鈣14份和膠原蛋白11份。

所述膠原蛋白為I-型膠原蛋白；所述I-型膠原蛋白在所述生物陶瓷孔隙中形成三維膠原蛋白纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供所述的生物陶瓷材料制備方法，所述方法包括如下步驟：

（1）按重量稱量硅酸鋯、硼化鉬、二氧化鋯、凹凸棒石、二氧化硒、檸檬酸鈣、硅藻土、磷酸三鈣各原料，在高速混勻機(jī)中混勻；

（2）混勻后，用球磨機(jī)進(jìn)行球磨，得到粉末，所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為380rpm，球磨時間為1.5h；

（3）將粉末在熱壓爐中進(jìn)行壓制成型，所述熱壓爐升溫速率為30℃/min，升溫?zé)釅籂t溫度至790℃，保溫1h，再按照40℃/min的升溫速率升至溫度為1330℃，高溫?zé)Y(jié)時間為4h，冷卻至室溫后為復(fù)合生物陶瓷材料；

（4）用膠原蛋白配制膠原蛋白溶液，用膠原蛋白溶液浸沒所述步驟（3）中制備的生物陶瓷，常溫下進(jìn)行真空灌注，然后，對產(chǎn)物進(jìn)行超聲波震蕩攪拌；

（5）將灌注了膠原蛋白的生物陶瓷經(jīng)13mg/ml的京尼進(jìn)行交聯(lián)，最后對產(chǎn)品進(jìn)行冷凍干燥即可。

經(jīng)萬能材料試驗機(jī)測得其最大抗壓強(qiáng)度為8.5 MPa（測試方法參見GB/T 1964-1996），較純羥基磷灰石多孔生物陶瓷材料提升2.1倍。

實施例5

本實施例所述生物陶瓷材料包括如下重量份數(shù)的組分：硅酸鋯30份、硼化鉬16份、二氧化鋯20份、凹凸棒石13份、二氧化硒15份、檸檬酸鈣17份、硅藻土13份、磷酸三鈣13份和膠原蛋白12份。

所述膠原蛋白為I-型膠原蛋白；所述I-型膠原蛋白在所述生物陶瓷孔隙中形成三維膠原蛋白纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供所述的生物陶瓷材料制備方法，所述方法包括如下步驟：

（1）按重量稱量硅酸鋯、硼化鉬、二氧化鋯、凹凸棒石、二氧化硒、檸檬酸鈣、硅藻土、磷酸三鈣各原料，在高速混勻機(jī)中混勻；

（2）混勻后，用球磨機(jī)進(jìn)行球磨，得到粉末，所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為330rpm，球磨時間為1h；

（3）將粉末在熱壓爐中進(jìn)行壓制成型，所述熱壓爐升溫速率為30℃/min，升溫?zé)釅籂t溫度至770℃，保溫2h，再按照40℃/min的升溫速率升至溫度為1250℃，高溫?zé)Y(jié)時間為3h，冷卻至室溫后為復(fù)合生物陶瓷材料；

（4）用膠原蛋白配制膠原蛋白溶液，用膠原蛋白溶液浸沒所述步驟（3）中制備的生物陶瓷，常溫下進(jìn)行真空灌注，然后，對產(chǎn)物進(jìn)行超聲波震蕩攪拌；

（5）將灌注了膠原蛋白的生物陶瓷經(jīng)13mg/ml的京尼進(jìn)行交聯(lián)，最后對產(chǎn)品進(jìn)行冷凍干燥即可。

經(jīng)萬能材料試驗機(jī)測得其最大抗壓強(qiáng)度為8.8 MPa（測試方法參見GB/T 1964-1996），較純羥基磷灰石多孔生物陶瓷材料提升2.2倍。

以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。