CN100398496C - 层状多孔磷酸钙生物陶瓷的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明是一种层状多孔磷酸钙生物陶瓷的制备方法及其应用。本发明多孔磷酸钙生物陶瓷具有三维层状多孔结构，层与层之间的距离为80～120μm。本发明多孔磷酸钙生物陶瓷的制备方法是：采用超声波法得到牛血清白蛋白与磷酸钙的复合胶态溶液，然后放置、陈化，得到浆糊状沉淀物；将浆糊状沉淀物置入容器中成型，冷冻后进行冷冻干燥得到具有层状结构的前驱体；最后在600～1000℃焙烧1小时，去除白蛋白模板即可。本发明具有简单易控、安全无污染和原材料易得等优点。

Description

层状多孔磷酸钙生物陶瓷的制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及医用材料领域，特别是一种层状多孔磷酸钙生物陶瓷的制备方法及其应用。

背景技术

磷酸钙是人体骨中主要的无机成分，多孔磷酸钙生物陶瓷可以作为骨组织缺损修复用的填充材料，主要包括羟基磷灰石和β-磷酸三钙以及它们两者的复合物三种类型，可以通过调整钙磷比来获得不同类型的磷酸钙生物陶瓷。目前，多孔β-磷酸三钙生物陶瓷正被作为骨组织工程支架材料来开展广泛深入的研究。磷酸钙生物陶瓷具有良好的生物相容性，有利于细胞的粘附、增殖乃至分化，具有可降解性，这些特性都满足了组织工程支架材料的特殊要求。但是，组织工程对于支架材料的结构有严格的要求。比如，支架材料必须具有良好的结构相容性，具有一定的力学强度和可塑性，能保持稳定的三维立体结构，海绵状或纤维网状三维支架应具有互相连通的孔结构与高的孔隙率，孔径大小适当。这种结构可以为种子细胞的均匀分布和生长提供足够的空间，同时也有利于营养物质和代谢产物的扩散。因此，制备具有互相连通的孔结构、高的孔隙率和孔径大小适当的多孔磷酸钙生物陶瓷是非常重要的。这就涉及到多孔材料的制备工艺。目前，对于多孔生物陶瓷的制备方法主要有发泡法、有机泡沫浸渍法、添加造孔剂法、溶胶-凝胶法等。其中，溶胶-凝胶法制备多孔陶瓷的新工艺，能够很好地控制多孔结构。生物大分子如蛋白质、多糖、脂类等可以形成精确的微观结构，是一种天然的模板材料，作为模板可以制备各种有序结构的材料。另外，生物大分子特别是蛋白质与磷酸钙具有良好的亲和性，两者之间可以相互吸附。本发明正是结合生物大分子与溶胶-凝胶工艺形成的一种制备多孔磷酸钙生物陶瓷的蛋白质模板法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种制备层状多孔磷酸钙生物陶瓷的方法。这种陶瓷是三维层状多孔结构，其层与层之间的距离为80～120μm左右。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供的制备层状多孔磷酸钙生物陶瓷的方法是通过牛血清白蛋白这种生物大分子形成的层状结构为模板来控制形成三维层状结构的层状多孔磷酸钙生物陶瓷，具体步骤是：采用超声波法得到牛血清白蛋白与磷酸钙的复合胶态溶液；在室温下，将复合胶态溶液放置5～10天，使其陈化，呈浆糊状；去除上层清水，将浆糊状沉淀物置入成型容器中成型；成型后冷冻，使其冷冻干燥，得到前驱体；最后，将前驱体置于600～1000℃温度下焙烧1～2小时去除牛血清白蛋白模板，即得到具有三维层状多孔结构的多孔磷酸钙生物陶瓷。

本发明提供的上述制备方法在工程陶瓷领域多孔材料制备中的应用。

本发明具有如下显著效果：

利用牛血清白蛋白这种天然生物大分子与磷酸钙的相互吸附作用以及牛血清白蛋白所形成的精确的有序结构作为模板来制备层状多孔磷酸钙生物陶瓷。

超声波这种物理方法可以产生独特的声化学效应，可以促使牛血清白蛋白交联形成胶体，不需添加额外的交联剂。冷冻干燥法可以保持成型的结构，在真空条件下，使水升华，使其干燥。600～1000℃焙烧是除去坯体中的蛋白质模板形成层状多孔结构，并使沉淀物晶化而形成磷酸钙晶体。简单易控，安全无污染，原材料易得。

附图说明

图1是冷冻干燥的前驱体具有层状结构的示意图。

图2是600℃得到的多孔磷酸钙生物陶瓷具有三维层状多孔结构的示意图。

图3是700℃得到的多孔磷酸钙生物陶瓷具有三维层状多孔结构的示意图。

图4是800℃得到的多孔磷酸钙生物陶瓷具有三维层状多孔结构的示意图。

图5是1000℃得到的多孔磷酸钙生物陶瓷具有三维层状多孔结构的示意图。

具体实施方式

本发明是一种层状多孔磷酸钙生物陶瓷的制备方法及其应用。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

一.层状多孔磷酸钙生物陶瓷

其结构如图2至图5所示：具有三维层状多孔结构，层与层之间的距离为80～120μm。

二.层状多孔磷酸钙生物陶瓷的制备

1.采用以下步骤：

(1)采用超声波法得到牛血清白蛋白与磷酸钙的复合胶态溶液，其制备方法是：先配制浓度为8～9mmol/L的磷酸二氢钙溶液，以及氢氧化钙饱和溶液，再将它们混合，快速搅拌后，加入牛血清白蛋白，使其浓度为2～5g/L，然后用超声乳化仪进行超声处理2～8分钟，即得到牛血清白蛋白与磷酸钙的复合胶态溶液。

(2)在室温下，将复合胶态溶液放置5～10天，使其陈化，呈浆糊状。

(3)去除上层清水，将浆糊状沉淀物置入成型容器中成型。

(4)成型后冷冻，使其冷冻干燥，得到具有层状结构的前驱体。

(5)最后，将前驱体置于600～1000℃温度下焙烧1～2小时去除牛血清白蛋白模板，即得到具有三维层状多孔结构的多孔磷酸钙生物陶瓷。

上述多孔磷酸钙生物陶瓷的形成，是通过牛血清白蛋白这种生物大分子形成的层状结构为模板来控制的。

2.具体实例：

实施例1：配制浓度为8.97mmol/L的磷酸二氢钙溶液，为A溶液；配制氢氧化钙饱和溶液，为B溶液。将A和B溶液混合，快速搅拌，然后加入牛血清白蛋白，使其浓度为2g/L。然后用超声乳化仪进行超声处理，时间为2-8分钟。然后在室温下放置5-10天，使其陈化，呈浆糊状。去除上层清水，将浆糊状沉淀物直接置入成型容器中。然后置于低温冰箱中冷冻，待冷冻后，进行冷冻干燥，得到具有层状结构的前驱体，其结构如图1所示：具有层状结构，层与层之间的距离为80μm左右。最后将干燥的前驱体置于600℃的硅钼炉中焙烧1小时，即得到三维层状结构的多孔磷酸钙生物陶瓷(见图2)。

实施例2：配制浓度为8.97mmol/L的磷酸二氢钙溶液，为A溶液；配制氢氧化钙饱和溶液，为B溶液。将A和B溶液混合，快速搅拌，然后加入牛血清白蛋白，使其浓度为3g/L。然后用超声乳化仪进行超声处理，时间为2-8分钟。然后在室温下放置5-10天，使其陈化，呈浆糊状。去除上层清水，将浆糊状沉淀物直接置入成型容器中。然后置于低温冰箱中冷冻，待冷冻后，进行冷冻干燥，得到如图1所示的具有层状结构的前驱体。最后将干燥的坯体置于700℃的硅钼炉中焙烧1小时，即得到三维层状结构的多孔磷酸钙生物陶瓷(见图3)。

实施例3：配制浓度为8.97mmol/L的磷酸二氢钙溶液，为A溶液；配制氢氧化钙饱和溶液，为B溶液。将A和B溶液混合，快速搅拌，然后加入牛血清白蛋白，使其浓度为4g/L。然后用超声乳化仪进行超声处理，时间为2-8分钟。然后在室温下放置5-10天，使其陈化，得到浆糊状沉淀物。去除上层清水，将浆糊状沉淀物直接置入成型容器中。然后置于低温冰箱中冷冻，待冷冻后，进行冷冻干燥，得到如图1所示的具有层状结构的前驱体。最后将干燥的坯体置于800℃的硅钼炉中焙烧2小时，即得到三维层状结构的多孔磷酸钙生物陶瓷。层状多孔结构如图4所示。

实施例4：配制浓度为8.97mmol/L的磷酸二氢钙溶液，为A溶液；配制氢氧化钙饱和溶液，为B溶液。将A和B溶液混合，快速搅拌，然后加入牛血清白蛋白，使其浓度为5g/L。然后用超声乳化仪进行超声处理，时间为2-8分钟。然后在室温下放置5-10天，使其陈化，得到浆糊状沉淀物。去除上层清水，将浆糊状沉淀物直接置入成型容器中。然后置于低温冰箱中冷冻，待冷冻后，进行冷冻干燥，得到如图1所示的具有层状结构的前驱体。最后将干燥的坯体置于1000℃的硅钼炉中焙烧2小时，即得到三维层状结构的多孔磷酸钙生物陶瓷。层状多孔结构如图5所示。

三.层状多孔磷酸钙生物陶瓷的应用

具有三维层状多孔结构的多孔磷酸钙生物陶瓷，在骨填充材料和组织工程支架材料中的应用。

具有三维层状多孔结构的层状多孔磷酸钙生物陶瓷以及其制备技术在工程陶瓷领域多孔材料制备中的应用。

Claims (3)

1.一种多孔磷酸钙生物陶瓷的制备方法，其特征在于：通过牛血清白蛋白这种生物大分子形成的层状结构为模板来控制形成三维层状结构的层状多孔磷酸钙生物陶瓷，具体是采用以下的步骤：

(1)采用超声波法得到牛血清白蛋白与磷酸钙的复合胶态溶液，

(2)在室温下，将复合胶态溶液放置5～10天，使其陈化，呈浆糊状，

(3)去除上层清水，将浆糊状沉淀物置入成型容器中成型，

(4)成型后冷冻，使其冷冻干燥，得到具有层状结构的前驱体，

(5)最后，将前驱体置于600～1000℃温度下焙烧1～2小时去除牛血清白蛋白模板，即得到具有三维层状多孔结构的层状多孔磷酸钙生物陶瓷。

2.根据权利要求1所述的多孔磷酸钙生物陶瓷的制备方法，其特征在于复合胶态溶液的制备方法是：先配制浓度为8～9mmol/L的磷酸二氢钙溶液，以及氢氧化钙饱和溶液，再将它们混合，快速搅拌后，加入牛血清白蛋白，使其浓度为2～5g/L，然后用超声乳化仪进行超声处理2～8分钟，即得到牛血清白蛋白与磷酸钙的复合胶态溶液。

3.权利要求1所述的多孔磷酸钙生物陶瓷的制备方法在工程陶瓷领域多孔材料制备中的应用。

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