CN101695586A - 一种高强度多孔骨修复材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度多孔骨修复材料及其制备方法，高强度多孔骨修复材料用下述方法制成：(1)多孔体制备：取β-磷酸三钙，生物玻璃，含3％molY2O3稳定的四方氧化锆粉体为固相，加去离子水，加聚丙烯酸铵为分散剂后，球磨，调配成料浆，将聚氨酯泡沫体完全浸泡于料浆中，完全浸泡，取出，挤压出多余料浆，使料浆均匀涂覆于泡沫体孔壁，干燥，置于程控炉或电阻炉中，升温拍胶，再烧结，制得多孔体；(2)将制得的多孔体浸泡于NaOH水溶液中，用去离子水超声清洗，烘干即制成一种高强度多孔骨修复材料。本发明的一种高强度多孔骨修复材料强度高，抗压强度大，可广泛用于颅骨，额骨等骨修复，也可用于组织工程细胞载体支架重建和修复器官。
Description
技术领域
本发明涉及一种骨修复材料及其制备方法，特别是涉及一种高强度多孔骨修复材料及其制备方法。
背景技术
骨修复材料尤其是大段承重部位骨缺损修复材料要求材料有良好的力学性能，传统生物陶瓷骨修复材料主要包括磷酸三钙、羟基磷灰石以及其他一些玻璃陶瓷等，磷酸三钙有良好的降解性能，羟基磷灰石具有很好的骨诱导能力，但都有固有的脆性，一直制约着本类骨修复材料的应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种高强度多孔骨修复材料。
本发明的第二个目的是提供一种高强度多孔骨修复材料的制备方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种高强度多孔骨修复材料，其特征是用下述方法制成：
(1)多孔体制备
按质量百分比称取65-75％的β-磷酸三钙，10-20％的生物玻璃，10-20％的含3％molY2O3稳定的四方氧化锆粉体为固相，加入去离子水，使所述固相质量含量为66-70％，加入pH值为9的聚丙烯酸铵为分散剂后，球磨，调配成料浆，所述分散剂与所述固相的比为0.05～0.1ml/g，将孔径为200～500μm聚氨酯泡沫体完全浸泡于所述料浆中，完全浸泡，取出，挤压出多余料浆，重复数次使料浆均匀涂覆于泡沫体孔壁，于空气中自然干燥，置于程控炉或电阻炉中，以1℃/min的升温速率，从室温升温至600℃进行拍胶，再以4℃/min升至1300℃烧结2～4h，制得多孔体；
(2)将制得的多孔体浸泡于质量百分浓度为40％-50％的NaOH水溶液中10-14小时，用去离子水超声清洗至pH值为6.5-7.5，100～120℃烘干即制成一种高强度多孔骨修复材料。
所述生物玻璃是用下述方法制成：
(1)将P2O5，CaO，Na2O和MgO，按其质量比为(62-41.4)∶(14.7-9.8)∶(18-12)∶(5.30-3.50)的比例研磨混合均匀，缓慢加入去离子水，搅拌，至无气泡冒出，干燥后于900-980℃熔融1-2小时，制得乳白色块状物体，研磨成粉体；
(2)对所述粉体进行如下热处理：700-750℃保温半小时，冷却至室温；升温至740-750℃保温1小时，再于800℃保温2小时，随炉冷却，得到成分为焦磷酸钠和酸钠钙镁盐的生物玻璃；
(3)将所述成分为焦磷酸钠和酸钠钙镁盐的生物玻璃加入去离子水中，不断搅拌，除去容器中上层清液，反复数次直至溶液pH为7-8.5，即制成一种生物玻璃。
一种高强度多孔骨修复材料的制备方法，由下述步骤组成：
(1)多孔体制备
按质量百分比称取65-75％的β-磷酸三钙，10-20％的生物玻璃，10-20％的含3％molY2O3稳定的四方氧化锆粉体为固相，加入去离子水，使所述固相质量含量为66-70％，加入pH值为9的聚丙烯酸铵为分散剂后，球磨，调配成料浆，所述分散剂与所述固相的比为0.05～0.1ml/g，将孔径为200～500μm聚氨酯泡沫体完全浸泡于所述料浆中，完全浸泡，取出，挤压出多余料浆，重复数次使料浆均匀涂覆于泡沫体孔壁，于空气中自然干燥，置于程控炉或电阻炉中，以1℃/min的升温速率，从室温升温至600℃进行拍胶，再以4℃/min升至1300℃烧结2～4h，制得多孔体；
(2)将制得的多孔体浸泡于质量百分浓度为40％-50％的NaOH水溶液中10-14小时，用去离子水超声清洗至pH值为6.5-7.5，100～120℃烘干即制成一种高强度多孔骨修复材料。
所述生物玻璃是用下述方法制成：
(1)将P2O5，CaO，Na2O和MgO，按其质量比为(62-41.4)∶(14.7-9.8)∶(18-12)∶(5.30-3.50)的比例研磨混合均匀，缓慢加入去离子水，搅拌，至无气泡冒出，干燥后于900-980℃熔融1-2小时，制得乳白色块状物体，研磨成粉体；
(2)对所述粉体进行如下热处理：700-750℃保温半小时，冷却至室温；升温至740-750℃保温1小时，再于800℃保温2小时，随炉冷却，得到成分为焦磷酸钠和酸钠钙镁盐的生物玻璃；
(3)将所述成分为焦磷酸钠和酸钠钙镁盐的生物玻璃加入去离子水中，不断搅拌，除去容器中上层清液，反复数次直至溶液pH为7-8.5，即制成一种生物玻璃。
本发明的一种高强度多孔骨修复材料强度高，经检测抗压强度大于3MPa，改善了一般生物陶瓷材料降解与生物活性间的矛盾，从而扩大材料的应用范围，并具有孔隙率高，75％±10％，孔隙贯通性好，孔隙贯通率大于90％。可广泛用于颅骨，额骨等骨修复，也可用于组织工程细胞载体支架重建和修复器官。
附图说明
图1为聚氨酯泡沫体扫描电镜显微结构图。
图2为多孔体扫描电镜显微结构图。
图3高强度多孔骨修复材料经模拟体液浸泡后类骨磷灰石形成，证明其生物活性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
生物玻璃的制备：
(1)将P2O5，CaO，Na2O和MgO，按其质量比为62∶10∶15∶5.30的比例研磨混合均匀，缓慢加入去离子水，搅拌，至无气泡冒出，干燥后于940℃熔融1.5小时，制得乳白色块状物体，研磨成粉体；
(2)对所述粉体进行如下热处理：710℃保温半小时，冷却至室温；745℃保温1小时，再于800℃保温2小时，随炉冷却，所得成分为焦磷酸钠和酸钠钙镁盐的生物玻璃；
(3)将所述成分为焦磷酸钠和酸钠钙镁盐的生物玻璃加入去离子水中，不断搅拌，除去容器中上层清液，反复数次直至溶液pH为8.5，即制成一种生物玻璃。
实施例2
生物玻璃的制备：
(1)将P2O5，CaO，Na2O和MgO，按其质量比为41.4∶9.8∶18∶4的比例研磨混合均匀，缓慢加入去离子水，搅拌，至无气泡冒出，干燥后于980℃熔融1小时，制得乳白色块状物体，研磨成粉体；
(2)对所述粉体进行如下热处理：710℃保温半小时，冷却至室温；740℃保温1小时，再于800℃保温2小时，随炉冷却，所得成分为焦磷酸钠和酸钠钙镁盐的生物玻璃；
(3)将所述成分为焦磷酸钠和酸钠钙镁盐的生物玻璃加入去离子水中，不断搅拌，除去容器中上层清液，反复数次直至溶液pH为7，即制成一种生物玻璃。
实施例3
生物玻璃的制备：
(1)将P2O5，CaO，Na2O和MgO，按其质量比为50∶13∶12∶3.50的比例研磨混合均匀，缓慢加入去离子水，搅拌，至无气泡冒出，干燥后于900℃熔融2小时，制得乳白色块状物体，研磨成粉体；
(2)对所述粉体进行如下热处理：720℃保温半小时，冷却至室温；750℃保温1小时，再于800℃保温2小时，随炉冷却，所得成分为焦磷酸钠和酸钠钙镁盐的生物玻璃；
(3)将所述成分为焦磷酸钠和酸钠钙镁盐的生物玻璃加入去离子水中，不断搅拌，除去容器中上层清液，反复数次直至溶液pH为8，即制成一种生物玻璃。
实施例4
生物玻璃的制备：
(1)将P2O5，CaO，Na2O和MgO，按其质量比为60∶14.7∶14∶4.20的比例研磨混合均匀，缓慢加入去离子水，搅拌，至无气泡冒出，干燥后于960℃熔融1.5小时，制得乳白色块状物体，研磨成粉体；
(2)对所述粉体进行如下热处理：700℃保温半小时，冷却至室温；750℃保温1小时，再于800℃保温2小时，随炉冷却，所得成分为焦磷酸钠和酸钠钙镁盐的生物玻璃；
(3)将所述成分为焦磷酸钠和酸钠钙镁盐的生物玻璃加入去离子水中，不断搅拌，除去容器中上层清液，反复数次直至溶液pH为8，即制成一种生物玻璃。
实施例5
一种高强度多孔骨修复材料，用下述方法制成：
(1)多孔体制备
按质量百分比称取75％的β-磷酸三钙，15％的生物玻璃(实施例1制备的)，10％的含3％molY2O3稳定的四方氧化锆粉体为固相，加入去离子水，使所述固相质量含量为68％，加入pH值为9的聚丙烯酸铵为分散剂后，球磨，调配成料浆，所述分散剂与所述固相的比为0.05ml/g，将孔径为200～500μm聚氨酯泡沫体完全浸泡于所述料浆中，完全浸泡，取出挤压出多余料浆，重复数次使料浆均匀涂覆于泡沫体孔壁，于空气中自然干燥，置于程控炉或电阻炉中，以1℃/min的升温速率，从室温升温至600℃进行拍胶，再以4℃/min升至1300℃烧结3h，制得多孔体；(见图2)
(2)将制得的多孔体浸泡于质量百分浓度为45％的NaOH水溶液中12小时，用去离子水超声清洗至pH值为7，110℃烘干即制成一种高强度多孔骨修复材料。经检测抗压强度大于3MPa，
实施例6
一种高强度多孔骨修复材料，用下述方法制成：
(1)多孔体制备
按质量百分比称取70％的β-磷酸三钙，10％的生物玻璃(实施例2制备的)，20％的含3％molY2O3稳定的四方氧化锆粉体为固相，加入去离子水，使所述固相质量含量为68％，加入pH值为9的聚丙烯酸铵为分散剂后，球磨，调配成料浆，所述分散剂与所述固相的比为0.1ml/g，将孔径为200-400μm聚氨酯泡沫体完全浸泡于所述料浆中，完全浸泡，取出挤压出多余料浆，重复数次使料浆均匀涂覆于泡沫体孔壁，于空气中自然干燥，置于程控炉或电阻炉中，以1℃/min的升温速率，从室温升温至600℃进行拍胶，再以4℃/min升至1300℃烧结4h，制得多孔体；
(2)将制得的多孔体浸泡于质量百分浓度为45％的NaOH水溶液中10小时，用去离子水超声清洗至pH值为6.5，120℃烘干即制成一种高强度多孔骨修复材料。经检测抗压强度大于3MPa，
实施例7
一种高强度多孔骨修复材料，用下述方法制成：
(1)多孔体制备
按质量百分比称取65％的β-磷酸三钙，20％的生物玻璃(实施例3制备的)，15％的含3％molY2O3稳定的四方氧化锆粉体为固相，加入去离子水，使所述固相质量含量为70％，加入pH值为9的聚丙烯酸铵为分散剂后，球磨，调配成料浆，所述分散剂与所述固相的比为0.08ml/g，将孔径为200～500μm聚氨酯泡沫体完全浸泡于所述料浆中，完全浸泡，取出挤压出多余料浆，重复数次使料浆均匀涂覆于泡沫体孔壁，于空气中自然干燥，置于程控炉或电阻炉中，以1℃/min的升温速率，从室温升温至600℃进行拍胶，再以4℃/min升至1300℃烧结2h，制得多孔体；
(2)将制得的多孔体浸泡于质量百分浓度为50％的NaOH水溶液中13小时，用去离子水超声清洗至pH值为7.5，100℃烘干即制成一种高强度多孔骨修复材料。经检测抗压强度大于3MPa，
实施例8
一种高强度多孔骨修复材料，用下述方法制成：
(1)多孔体制备
按质量百分比称取75％的β-磷酸三钙，15％的生物玻璃(实施例4制备的)，10％的含3％molY2O3稳定的四方氧化锆粉体为固相，加入去离子水，使所述固相质量含量为66％，加入pH值为9的聚丙烯酸铵为分散剂后，球磨，调配成料浆，所述分散剂与所述固相的比为0.06ml/g，将孔径为200～400μm聚氨酯泡沫体完全浸泡于所述料浆中，完全浸泡，取出挤压出多余料浆，重复数次使料浆均匀涂覆于泡沫体孔壁，于空气中自然干燥，置于程控炉或电阻炉中，以1℃/min的升温速率，从室温升温至600℃进行拍胶，再以4℃/min升至1300℃烧结3h，制得多孔体；
(2)将制得的多孔体浸泡于质量百分浓度为40％的NaOH水溶液中14小时，用去离子水超声清洗至pH值为7，110℃烘干即制成一种高强度多孔骨修复材料。经检测抗压强度大于3MPa，
各实施例中使用的β-磷酸三钙可以是商品也可以制备。实施例6所用的β-磷酸三钙的制备方法是：
原料为碳酸钙(CaCO3)和磷酸氢钙(按钙磷比为1.5称取原料球磨24小时混合，干燥后过100筛，950℃煅烧即成。
Claims (4)
1.一种高强度多孔骨修复材料，其特征是用下述方法制成：
(1)多孔体制备
按质量百分比称取65-75％的β-磷酸三钙，10-20％的生物玻璃，10-20％的含3％molY2O3稳定的四方氧化锆粉体为固相，加入去离子水，使所述固相质量含量为66-70％，加入pH值为9的聚丙烯酸铵为分散剂后，球磨，调配成料浆，所述分散剂与所述固相的比为0.05～0.1ml/g，将孔径为200～500μm聚氨酯泡沫体完全浸泡于所述料浆中，完全浸泡，取出，挤压出多余料浆，重复数次使料浆均匀涂覆于泡沫体孔壁，于空气中自然干燥，置于程控炉或电阻炉中，以1℃/min的升温速率，从室温升温至600℃进行拍胶，再以4℃/min升至1300℃烧结2～4h，制得多孔体；
(2)将制得的多孔体浸泡于质量百分浓度为40％-50％的NaOH水溶液中10-14小时，用去离子水超声清洗至pH值为6.5-7.5，100～120℃烘干即制成一种高强度多孔骨修复材料。
2.根据权利要求1所述的一种高强度多孔骨修复材料，其特征是所述生物玻璃是用下述方法制成：
(1)将P2O5，CaO，Na2O和MgO，按其质量比为(62-41.4)∶(14.7-9.8)∶(18-12)∶(5.30-3.50)的比例研磨混合均匀，缓慢加入去离子水，搅拌，至无气泡冒出，干燥后于900-980℃熔融1-2小时，制得乳白色块状物体，研磨成粉体；
(2)对所述粉体进行如下热处理：700-720℃保温半小时，冷却至室温；升温至740-750℃保温1小时，再于800℃保温2小时，随炉冷却，得到成分为焦磷酸钠和酸钠钙镁盐的生物玻璃；
(3)将所述成分为焦磷酸钠和酸钠钙镁盐的生物玻璃加入去离子水中，不断搅拌，除去容器中上层清液，反复数次直至溶液pH为7-8.5，即制成一种生物玻璃。
3.一种高强度多孔骨修复材料的制备方法，其特征由下述步骤组成：
(1)多孔体制备
按质量百分比称取65-75％的β-磷酸三钙，10-20％的生物玻璃，10-20％的含3％molY2O3稳定的四方氧化锆粉体为固相，加入去离子水，使所述固相质量含量为66-70％，加入pH值为9的聚丙烯酸铵为分散剂后，球磨，调配成料浆，所述分散剂与所述固相的比为0.05～0.1ml/g，将孔径为200～500μm聚氨酯泡沫体完全浸泡于所述料浆中，完全浸泡，取出，挤压出多余料浆，重复数次使料浆均匀涂覆于泡沫体孔壁，于空气中自然干燥，置于程控炉或电阻炉中，以1℃/min的升温速率，从室温升温至600℃进行拍胶，再以4℃/min升至1300℃烧结2～4h，制得多孔体；
(2)将制得的多孔体浸泡于质量百分浓度为40％-50％的NaOH水溶液中10-14小时，用去离子水超声清洗至pH值为6.5-7.5，100～120℃烘干即制成一种高强度多孔骨修复材料。
4.根据权利要求3所述的一种高强度多孔骨修复材料的制备方法，其特征是所述生物玻璃是用下述方法制成：
(1)将P2O5，CaO，Na2O和MgO，按其质量比为(62-41.4)∶(14.7-9.8)∶(18-12)∶(5.30-3.50)的比例研磨混合均匀，缓慢加入去离子水，搅拌，至无气泡冒出，干燥后于900-980℃熔融1-2小时，制得乳白色块状物体，研磨成粉体；
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