CN103191465B - 一种生物陶瓷原位包覆的铝人工骨及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物陶瓷原位包覆的铝人工骨及其制备方法。铸造成型的铝人工骨表面原位包覆有磷酸三钙生物陶瓷。制备方法步骤如下：1）将铸造成型的铝人工骨清洗干净，再浸入浓度为5%至15%的矿物酸中，直至表面有气泡产生；2）将草酸溶入醇中，将清洗过的铝人工骨吊挂并浸泡在配制好的草酸的醇溶液中反应；3）浸入浓度为5%至15%的氯化钙或硝酸钙溶液中反应；4）将磷酸溶入醇中配制成醇溶液；将第3步用氯化钙溶液处理过铝人工骨吊挂并浸泡在配制好的磷酸的醇溶液中反应；5）反应后的铝人工骨先烘干，然后煅烧。本发明具有良好的生物相容性；内部是铸造成型的铝骨骼，机械强度远高于人类骨骼和生物陶瓷材料；制备方法简便、技术可靠，成本低。

Description

一种生物陶瓷原位包覆的铝人工骨及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种生物陶瓷原位包覆的铝人工骨及其制备方法。
背景技术
以磷酸三钙为主要成份的生物陶瓷与动物骨骼矿物组成类似，具有良好的生物相容性，植入人体后能够自然降解，并被组织吸收，而且其降解吸收速率与新骨生长速率大致相当，因此在生物医学领域具有非常广阔的应用前景。但由于生物陶瓷材料的强度较低，使其在骨缺损修复方面的应用受到一定的限制。金属的强度大都高于人类骨骼，但大多数金属的生物相容性差。钛、钽具有良好的生物相容性和很高的机械强度，但价格昂贵。开发兼顾生物相容性、机械强度，并且价格合理的骨缺损修复材料具有实际应用意义。
发明内容
本发明提供了一种生物陶瓷原位包覆的铝人工骨及其制备方法。
铸造成型的铝人工骨表面原位包覆有磷酸三钙生物陶瓷。
生物陶瓷原位包覆的铝人工骨的制备方法步骤如下：
1）将铸造成型的铝人工骨用洗涤剂或有机溶剂清洗干净，再浸入浓度为5%至15%的矿物酸中，直至表面有气泡产生；
2）将草酸溶入其质量8-10倍的醇中，配制成醇溶液；将清洗过的铝人工骨吊挂并浸泡在配制好的草酸的醇溶液中，反应15至30分钟；
3）将覆盖有草酸铝的铝人工骨浸入浓度为5%至15%的氯化钙或硝酸钙溶液中，反应1至3小时；
4）将磷酸溶入其质量3-8倍的醇中，配制成醇溶液；将第3步用氯化钙溶液处理过铝人工骨吊挂并浸泡在配制好的磷酸的醇溶液中，反应10至30分钟；
5）与磷酸的醇溶液反应后的铝人工骨先在60-80°C烘干，然后在210至260°C温度下煅烧1至3小时，即得到生物陶瓷原位包覆的铝人工骨。
所述的洗涤剂是去污粉、洗衣粉、皂类、纯碱、烧碱中的一种或数种。
所述的有机溶剂是丙酮、汽油、氯仿中的一种或数种。
所述的矿物酸是盐酸、硫酸、硝酸中的一种。
所述的醇是甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丙三醇中的一种或数种。
本发明的有益效果：
  本发明提供的生物陶瓷原位包覆的铝人工骨，表层包覆了以磷酸三钙为主要成份的生物陶瓷，它与动物骨骼矿物组成类似，具有良好的生物相容性；其内部是铸造成型的铝骨骼，机械强度远高于人类骨骼和生物陶瓷材料。本发明提供的材料兼有生物陶瓷的生物相容性，以及铝的机械强度。其制备方法简便、技术可靠，成本远低于金属钛、金属钽等骨缺损修复材料。
具体实施方式
铝人工骨的铸造成型使用的是公知技术。
生物陶瓷原位包覆的铝人工骨的制备方法步骤如下：
1）将铸造成型的铝人工骨用洗涤剂或有机溶剂清洗干净，再浸入浓度为5%至15%的矿物酸中，直至表面有气泡产生。
所述的洗涤剂是去污粉、洗衣粉、皂类、纯碱、烧碱中的一种或数种。所述的有机溶剂是丙酮、汽油、氯仿中的一种或数种。所述的矿物酸是盐酸、硫酸、硝酸中的一种。
该步骤是对铝人工骨进行清洗，去除其表面的油污及氧化膜。
2）将草酸溶入其质量8-10倍的醇中，配制成醇溶液；将清洗过的铝人工骨吊挂并浸泡在配制好的草酸的醇溶液中，反应15至30分钟。反应式为：
       (1)
铝人工骨与草酸的反应时间应根据反应速度掌握，草酸铝层的厚度应控制在1至2毫米，不宜超过铝人工骨最小直径的10%，以免影响其机械强度。
3）将覆盖有草酸铝的铝人工骨浸入浓度为5%至15%的氯化钙或硝酸钙溶液中，反应1至3小时。
草酸铝与溶液中钙离子发生的反应为：
      (2)
上式属于置换反应，即溶液中的Ca离子置换了固相中的Al。
4）将磷酸溶入其质量3-8倍的醇中，配制成醇溶液；将第3步用钙盐溶液处理过铝人工骨吊挂并浸泡在配制好的磷酸的醇溶液中，反应10至30分钟。
3CaC2O4 + 2H3PO4 → Ca3(PO4)2+ 3H2C2O4       (3)
CaC2O4 + H3PO4 → CaHPO4+ H2C2O4          (4)
使用醇作为磷酸的溶剂，是为了避免产物之一CaHPO4被水溶解。
所述的醇是甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丙三醇中的一种或数种。
5）与磷酸的醇溶液反应后的铝人工骨先在60-80°C烘干，然后在210至260°C温度下煅烧1至3小时，即得到生物陶瓷原位包覆的铝人工骨。
在烘干和煅烧过程中，首先是溶剂挥发，反应物固化；随着温度的升高，残余的磷酸也随之蒸发并分解（磷酸的沸点为158°C）：
2H3PO4 → P2O5+ 3H2O       (5)
当温度高于203°C时，产物中的CaHPO4亦分解：
6CaHPO4 → 2Ca3(PO4)2 + P2O5+ 3H2O    (6)
此外，煅烧过程在金属铝的表面会形成致密氧化层，对铝形成化学保护。
经由以上方法制备生物陶瓷原位包覆的铝人工骨兼有磷酸三钙的亲生物性，以及金属铝的机械强度。植入人体后，磷酸三钙会被组织吸收，被人体自身骨骼取代。
实施例1
1）将铸造成型的铝人工骨用去污粉清洗干净，再浸入浓度为5%的盐酸中，直至表面有气泡产生。
2）将草酸溶入8倍的乙醇中，配制成醇溶液；将清洗过的铝人工骨吊挂并浸泡在配制好的草酸的醇溶液中，反应15分钟。。
3）将覆盖有草酸铝的铝人工骨浸入浓度为15%的氯化钙溶液中，反应1小时。
4）将磷酸溶入3倍的乙醇中，配制成乙醇溶液；将第3步用氯化钙溶液处理过铝人工骨吊挂并浸泡在配制好的磷酸乙醇溶液中，反应10分钟。
5）与磷酸的醇溶液反应后的铝人工骨先在60°C烘干，然后在260°C温度下煅烧1小时，即得到生物陶瓷原位包覆的铝人工骨。
实施例2
1）将铸造成型的铝人工骨用丙酮清洗干净，再浸入浓度为15%的硫酸中，直至表面有气泡产生。
2）将草酸溶入10倍的异丙醇中，配制成醇溶液；将清洗过的铝人工骨吊挂并浸泡在配制好的草酸的醇溶液中，反应30分钟。
3）将覆盖有草酸铝的铝人工骨浸入浓度为5%的硝酸钙溶液中，反应1小时。
4）将磷酸溶入8倍的异丙醇中，配制成醇溶液；将第3步用氯化钙溶液处理过铝人工骨吊挂并浸泡在配制好的磷酸的醇溶液中，反应30分钟。
5）与磷酸的醇溶液反应后的铝人工骨先在80°C烘干，然后在210°C温度下煅烧3小时，即得到生物陶瓷原位包覆的铝人工骨。
实施例3
1）将铸造成型的铝人工骨用汽油清洗干净，再浸入浓度为10%的硝酸中，直至表面有气泡产生。
2）将草酸溶入9倍的乙二醇中，配制成醇溶液；将清洗过的铝人工骨吊挂并浸泡在配制好的草酸的醇溶液中，反应20分钟。
3）将覆盖有草酸铝的铝人工骨浸入浓度为10%的氯化钙溶液中，反应2小时。
4）将磷酸溶入5倍的乙二醇中，配制成醇溶液；将第3步用氯化钙溶液处理过铝人工骨吊挂并浸泡在配制好的溶液中，反应30分钟。
5）与磷酸的醇溶液反应后的铝人工骨先在70°C烘干，然后在240°C温度下煅烧2小时，即得到生物陶瓷原位包覆的铝人工骨。
实施例4 
1）将铸造成型的铝人工骨用洗衣粉清洗干净，再浸入浓度为5%的硝酸中，直至表面有气泡产生。
2）将草酸溶入10倍的丙三醇中，配制成醇溶液；将清洗过的铝人工骨吊挂并浸泡在配制好的草酸的醇溶液中，反应30分钟。
3）将覆盖有草酸铝的铝人工骨浸入浓度为10%的硝酸钙溶液中，反应1小时。
4）将磷酸溶入6倍的丙三醇中，配制成醇溶液；将第3步用氯化钙溶液处理过铝人工骨吊挂并浸泡在配制好的溶液中，反应30分钟。
5）与磷酸的醇溶液反应后的铝人工骨先在80°C烘干，然后在260°C温度下煅烧2小时，即得到生物陶瓷原位包覆的铝人工骨。

Claims (5)

1.一种生物陶瓷原位包覆的铝人工骨的制备方法，其特征在于它的步骤如下：
  1）将铸造成型的铝人工骨用洗涤剂或有机溶剂清洗干净，再浸入浓度为5%至15%的矿物酸中，直至表面有气泡产生；
  2）将草酸溶入其质量8-10倍的醇中，配制成醇溶液；将清洗过的铝人工骨吊挂并浸泡在配制好的草酸的醇溶液中，反应15至30分钟；
  3）将覆盖有草酸铝的铝人工骨浸入浓度为5%至15%的氯化钙或硝酸钙溶液中，反应1至3小时；
  4）将磷酸溶入其质量3-8倍的醇中，配制成醇溶液；将第3步用氯化钙或硝酸钙溶液处理过铝人工骨吊挂并浸泡在配制好的磷酸的醇溶液中，反应10至30分钟；
  5）与磷酸的醇溶液反应后的铝人工骨先在60-80°C烘干，然后在210至260°C温度下煅烧1至3小时，即得到生物陶瓷原位包覆的铝人工骨。
2.如权利要求1所述的一种生物陶瓷原位包覆的铝人工骨的制备方法，其特征在于所述的洗涤剂是去污粉、洗衣粉、皂、纯碱、烧碱中的一种或数种。
3.如权利要求1所述的一种生物陶瓷原位包覆的铝人工骨的制备方法，其特征在于所述的有机溶剂是丙酮、汽油、氯仿中的一种或数种。
4.如权利要求1所述的一种生物陶瓷原位包覆的铝人工骨的制备方法，其特征在于所述的矿物酸是盐酸、硫酸、硝酸中的一种。
5.如权利要求1所述的一种生物陶瓷原位包覆的铝人工骨的制备方法，其特征在于所述的醇是甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丙三醇中的一种或数种。
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孔镁表面生物活性β-TCP 涂层的制备及其细胞相容性研究;耿芳等;《稀有金属材料与工程》;20090228;第38卷(第2期);第318 页左栏第1 段至右栏第2 段、第319 页右栏第2 段至第320 页左栏第1 段 *
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