CN106396665A - 提高块状ha的生物材料的生物活性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高块状HA的生物材料的生物活性的方法;用沉淀法制备纳米HA粉末,然后将纳米HA粉末平铺于压制模具的阴模中,用微机控制的压力压制形成HA块体。将HA块体进行不低于1500℃高温烧结,随后随炉冷却使其分解。将分解的HA块体和NaHCO3置于密闭箱中,放入高温炉,以不低于4℃/min的速率加热至不高于900℃,保温3小时后随炉冷却。本发明采用密闭再生箱放置已经分解后的HA块体,避免H2O的高温挥发;并在密闭箱中置入NaHCO3,将密闭箱从室温开始加热至NaHCO3分解温度,让NaHCO3分解并提供2倍和4倍再生所需的H2O来满足HA块体重生环境的要求。提供一种通过在密闭空间中引入再生所需H2O而使得HA块体重生的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物材料的制备方法,特别是涉及一种羟基磷灰石的块材的制备方法,应用于生物陶瓷材料制备技术领域。
背景技术
羟基磷灰石,简称HAP或HA,分子式是Ca10(PO4)6(OH)2,是一种生物活性材料。HA的密度为3.16g/cm3,Ca/P比为1.67,弹性模量为3.6-21.0GPa,与人骨的成分和弹性模量极为相似,有着良好的生物相容性。HA材料植入人体后,在体液的作用下,会发生部分降解,游离出钙和磷,并被人体组织所吸收和利用,生长出新的组织,从而使植入人体的生物材料和人体组织获得良好的生物结合,故HA材料通常作为理想的硬组织替代和修复材料。但HA材料力学性能较差,HA材料种植体制备过程中的高温导致其活性降低,限制了其在临床上的广泛应用。
发明内容
为了解决现有技术问题,本发明的目的在于克服已有技术存在的不足,提供一种提高块状HA的生物材料的生物活性的方法,让HA块体在高温分解后再生HA生物材料,制备HA生物陶瓷块体,对HA生物陶瓷块体在烧结过程中分解损失的生物活性进行部分恢复,大大提高HA生物陶瓷块体作为生物材料的使用价值和实用性。
为达到上述发明创造目的,本发明采用如下发明构思:
通过对HA粉体高温分解特性的研究,将加热到1500℃的HA粉末随炉冷却到室温后发现高温脱去的羟基重新出现,表明HA的高温分解产物在随炉冷却过程中,重新生成了部分羟基,故而HA的分解是可逆或部分可逆的过程,其反应式为:
2Ca3(PO)4 + Ca4P2O9+H2O→Ca10(PO4)6(OH)2
而在常规实验条件下,高温分解的HA块体在冷却时表面未见再生迹象,HA粉体的高温分解重生对HA块体的高温分解重生具有重要的意义,故可以根据HA粉体的高温分解重生的方法,来得出HA块体在高温分解后再生HA生物材料的方法,利用上述可逆反应,通过影响化学平衡的角度,增加H2O的浓度,重新生成部分Ca10(PO4)6(OH)2。
HA本身是一种生物活性材料,但其在高温烧结后的分解产物必然会弱化其生物性能,让HA块体在烧结后冷却的过程中出现再生,从而保证其生物相容性,将大大提高HA块体的生物材料的实用性。
根据上述发明构思,本发明采用下述技术方案:
一种提高块状HA的生物材料的生物活性的方法,包括如下步骤:
a. 用沉淀法制备纳米HA粉末,将纳米HA粉末置于干燥箱中完全烘干待用,HA即羟基磷灰石;
b. 采用预制加工生物陶瓷圆片试样的压制模具,然后将在步骤a中制备的纳米HA粉末平铺于压制模具的阴模中,用微机控制的压力机向模具施加设定的载荷,压制成型HA块体,然后将HA块体素坯出模待用;
c. 将在所述步骤b中制备的HA块体素坯进行不低于1500℃的高温烧结,随后随炉冷却,使HA块体中的羟基磷灰石分解,制备HA块体;
d. 将分解后的HA块体和设定量的NaHCO3一并置于密闭箱中,并放入高温炉中,避免H2O的高温挥发,以不低于4℃/min的速率加热至不高于900℃,然后保温至少3小时后随炉冷却,得到经过羟基磷灰石生物材料再生工艺制备的HA块体。在密闭箱中置入NaHCO3,优选使NaHCO3分解并提供2~4倍的羟基磷灰石生物材料再生所需的H2O,来满足HA块体重生环境的要求。
作为本发明优选的技术方案,重复所述步骤d至少一次,最终得到经过至少两次羟基磷灰石生物材料再生工艺制备的HA块体。
本发明与现有技术相比较,具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
1. 本发明解决了受压后的HA块体分解后无法再生的问题,在HA块体加热过程中,通过让密闭容器中的NaHCO3分解,从而提供HA块体再生所需要的H2O,达到促进HA块体分解后再生的目的;
2. 本发明提高块状HA的生物材料的生物活性的方法简单易行,易于实现工业化,制备HA块体成本低。
附图说明
图1为本发明实施例一制备的HA粉末的透射电镜微观照片。
图2为本发明实施例一制备HA块体圆片试样的压制模具的分解结构示意图。
图3为本发明各实施例和对比例制备的经高温烧结冷却后的HA块体的XRD图分析对比图。
图4为本发明实施例一制备HA块体将表面HA磨去20μm后测得的XRD图。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下:
实施例一:
在本实施例中,参见图1~4, 一种提高块状HA的生物材料的生物活性的方法,包括如下步骤:
a. 用沉淀法制备纳米HA粉末,将纳米HA粉末置于干燥箱中完全烘干待用,纳米HA粉末的形貌如图1所示,HA即羟基磷灰石;
b. 采用预制加工生物陶瓷圆片试样的压制模具,如图2所示,然后将在步骤a中制备的纳米HA粉末平铺于压制模具的阴模中,用微机控制的万能试验机向模具施加设定的载荷,压制成型HA块体,然后将HA块体素坯出模待用;
c. 将在所述步骤b中制备的HA块体素坯进行1500℃的高温烧结,随后随炉冷却,使HA块体中的羟基磷灰石分解,制备HA块体;
d. 将分解后的HA块体和设定量的NaHCO3一并置于密闭箱中,并放入高温炉中,以4℃/min的速率加热至900℃,然后保温3小时后随炉冷却,得到羟基磷灰石生物材料再生的HA块体。
本实施例采用密闭再生箱放置已经分解后的HA块体,避免H2O的高温挥发;并在密闭箱中置入NaHCO3,将密闭箱从室温开始加热至NaHCO3分解温度,让NaHCO3分解并提供2倍和4倍再生所需的H2O来满足HA块体重生环境的要求。提供一种通过在密闭空间中引入再生所需H2O而使得HA块体重生的方法。
实施例二:
本实施例与实施例一基本相同,特别之处在于:
在本对比例中,参见图3,一种提高块状HA的生物材料的生物活性的方法,包括如下步骤:
一种提高块状HA的生物材料的生物活性的方法,包括如下步骤:
a. 用沉淀法制备纳米HA粉末,将纳米HA粉末置于干燥箱中完全烘干待用,纳米HA粉末的形貌如图1所示,HA即羟基磷灰石;
b. 采用预制加工生物陶瓷圆片试样的压制模具,如图2所示,然后将在步骤a中制备的纳米HA粉末平铺于压制模具的阴模中,用微机控制的万能试验机向模具施加设定的载荷,压制成型HA块体,然后将HA块体素坯出模待用;
c. 将在所述步骤b中制备的HA块体素坯进行1500℃的高温烧结,随后随炉冷却,使HA块体中的羟基磷灰石分解,制备HA块体;
d. 将分解后的HA块体和设定量的NaHCO3一并置于密闭箱中,并放入高温炉中,以4℃/min的速率加热至900℃,然后保温3小时后随炉冷却,得到经过羟基磷灰石生物材料再生工艺制备的HA块体;
e. 重复所述步骤d一次,最终得到经过两次羟基磷灰石生物材料再生工艺制备的HA块体。
对比例:
本对比例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本对比例中,参见图3,一种块状HA的生物材料的制备方法,包括如下步骤:
a. 用沉淀法制备纳米HA粉末,将纳米HA粉末置于干燥箱中完全烘干待用,纳米HA粉末的形貌如图1所示,HA即羟基磷灰石;
b. 采用预制加工生物陶瓷圆片试样的压制模具,如图2所示,然后将在步骤a中制备的纳米HA粉末平铺于压制模具的阴模中,用微机控制的万能试验机向模具施加设定的载荷,压制成型HA块体,然后将HA块体素坯出模待用;
c. 将在所述步骤b中制备的HA块体素坯进行1500℃的高温烧结,随后随炉冷却,使HA块体中的羟基磷灰石分解,制备HA块体。
实验测试分析:
对上述实施例和对比例制备的HA块体分别进行检测分析,参见图3,其中曲线a表示实施例一制备的HA块体的XRD曲线,曲线b表示对比例制备的HA块体的XRD曲线,曲线c表示实施例二制备的HA块体的XRD曲线,从图3可知,上述实施例制备的HA块体中HA含量远高于对比例制备的HA块体中HA含量。
从图4制备HA块体将表面HA磨去20μm后测得的XRD图可知,HA块体的生物材料再生主要集中于HA块体的表层,由于表层具有更好的反应界面条件而最终导致了这一结果。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明,但本发明不限于上述实施例,还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化,凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化,均应为等效的置换方式,只要符合本发明的发明目的,只要不背离本发明提高块状HA的生物材料的生物活性的方法的技术原理和发明构思,都属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种提高块状HA的生物材料的生物活性的方法,其特征在于,包括如下步骤:
a. 用沉淀法制备纳米HA粉末,将纳米HA粉末置于干燥箱中完全烘干待用,HA即羟基磷灰石;
b. 采用预制加工生物陶瓷圆片试样的压制模具,然后将在步骤a中制备的纳米HA粉末平铺于压制模具的阴模中,用微机控制的压力机向模具施加设定的载荷,压制成型HA块体,然后将HA块体素坯出模待用;
c. 将在所述步骤b中制备的HA块体素坯进行不低于1500℃的高温烧结,随后随炉冷却,使HA块体中的羟基磷灰石分解,制备HA块体;
d. 将分解后的HA块体和设定量的NaHCO3一并置于密闭箱中,并放入高温炉中,以不低于4℃/min的速率加热至不高于900℃,然后保温至少3小时后随炉冷却,得到经过羟基磷灰石生物材料再生工艺制备的HA块体。
2.根据权利要求1所述提高块状HA的生物材料的生物活性的方法,其特征在于:重复所述步骤d至少一次,最终得到经过至少两次羟基磷灰石生物材料再生工艺制备的HA块体。
3.根据权利要求1或2所述提高块状HA的生物材料的生物活性的方法,其特征在于:在所述步骤d中,在密闭箱中置入NaHCO3,使NaHCO3分解并提供2~4倍的羟基磷灰石生物材料再生所需的H2O,来满足HA块体重生环境的要求。
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