CN106747577A - 一种孔隙均一型多孔生物陶瓷的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种孔隙均一型多孔生物陶瓷的制备方法，属于多孔生物陶瓷制备技术领域。本发明通过将马铃薯粉末与玉米淀粉混合糊化，随后与酵母粉复合固化筛分制备均一粉末，再在低温喷雾干燥条件下，将明胶包覆至粉末表面，随后固化并收集均一微球，通过微生物分解微球并形成均一孔隙，随后与碳酸钙和磷酸氢钙复合制备的陶瓷坯料煅烧，制备得多孔生物陶瓷材料，本发明制备的孔隙均一型生物陶瓷材料孔隙均一，孔隙大小为50～100μm，且孔隙三维连通率较同类产品提高30～40%，且通过淀粉进行制备，可安全降解，安全绿色无污染。

Description

一种孔隙均一型多孔生物陶瓷的制备方法
技术领域
本发明涉及一种孔隙均一型多孔生物陶瓷的制备方法，属于多孔生物陶瓷制备技术领域。
背景技术
生物陶瓷材料是用于医学并具有特殊的生理功能的高技术多孔陶瓷材料，它具有良好的生物相容性和生物力学性能，不仅已成为医学临床应用的一类主要材料，也是目前高技术材料研究开发的一类特种材料，还是目前及今后研究的热点之一。由于多孔生物陶瓷具有优良的生物性能，近数十年来一直受到人们密切的关注和广泛的研究。当代多孔生物陶瓷的制备与应用研究己进入一个新的发展阶段，赋予多孔生物陶瓷新的生物结构和生物功能，使其植入体内后可诱导骨组织的再生，充分调动人体自我修复和完善的能力，从而实现损伤或病变骨组织的永久修复，己成为21世纪多孔生物陶瓷发展的方向和前沿。
多孔生物陶瓷的首要特征是其多孔特性，均匀、可控的三维连通、高显孔率、高比表面，并且大孔、小孔和微孔相结合的，可提供宽大的表面积和空间，有利于细胞粘附生长、细胞外基质沉积、营养和氧气进入以及代谢产物排出，也有利于血管和神经长入和无生命生物材料向有生命物质转化，多孔生物陶瓷的制备首要关键与难点就是形成多孔结构，即成型。选择适当的方法和工艺可以得到合适的多孔生物陶瓷。单纯得到气孔率很高的多孔生物陶瓷并不困难，但要控制孔径均一可控的生物陶瓷却目前还很不理想，还需进行大量的研究与探索，所以制备一种均一型的多孔生物陶瓷很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前制备的多孔生物陶瓷孔隙可控性差，孔隙大小不均一，显孔率和三维连通性较差的缺陷，提供了一种通过将混合淀粉包裹至明胶球体中，通过微生物分解形成均一孔隙，再通过煅烧制备多孔生物陶瓷的方法，本发明通过将马铃薯粉末与玉米淀粉混合糊化，随后与酵母粉复合固化筛分制备均一粉末，再在低温喷雾干燥条件下，将明胶包覆至粉末表面，随后固化并收集均一微球，通过微生物分解微球并形成均一孔隙，随后与碳酸钙和磷酸氢钙复合制备的陶瓷坯料煅烧，制备得多孔生物陶瓷材料，本发明制备的多孔生物陶瓷材料孔隙均一，显孔率和三维连通率较高，具有广阔的使用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
（1）按质量比1:2，将马铃薯淀粉与玉米淀粉搅拌混合，制备得混合淀粉，随后按质量比1:10，将混合淀粉与去离子水搅拌混合，在200～300W下超声分散10～15min，随后升温加热至90～95℃，保温糊化反应15～20min，静置冷却至室温，制备得糊化淀粉浆液；
（2）按质量比1:15，将酵母粉与上述制备的糊化淀粉浆液搅拌混合，再在35～40℃下旋转蒸发至干，碾磨并过200～210目筛，收集混合糊化颗粒，再按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、15～20份混合糊化颗粒和15～20份明胶置于烧杯中，搅拌混合并通过螺杆泵输送至低温喷雾干燥机中，控制进料量为20～25mL/min，调节干燥器离心喷头转速为250～300r/min，在30～40℃下喷雾造粒并收集干燥粒料，过150～160目筛，随后静置冷却至室温，制备得改性造孔剂；
（3）按重量份数计，分别称量10～15份上述制备的改性造孔剂、32～35份磷酸氢钙、15～18份聚乙烯醇、15～20份碳酸钙和30～35份去离子水，搅拌混合并在35～40℃下水浴加热10～15min，制备得混合浆料，将制备的混合浆料浇注至不锈钢模具中，所述不锈钢模具规格为5mm×5mm×5mm，待浇注完成后，静置固化3～5h后，脱模并收集坯料置于30～35℃下，每隔10h将2～3mL去离子水喷洒至坯料表面，待喷洒15～20次后，停止洒水并静置固化2～3天；
（4）待静置固化完成后，收集固化坯料并置于250～300℃马弗炉中预烧5～6h，待随后按10℃/min升温至900～1200℃，保温煅烧3～5h，随后停止加热并静置冷却至室温，即可制备得一种孔隙均一型生物陶瓷材料。
本发明的应用方法是：按所需修复的尺寸大小，将本发明制备的孔隙均一型生物陶瓷材料进行组装制备得生物骨架，随后打磨光滑并修复人体上颚骨，待修复完成后，4～6个月后进行复查，经扫描电镜观察，长入该生物骨支架中的骨组织比植入自体骨的量多，陶瓷材料孔隙均一，微孔率为15～20%，多孔孔隙的孔径范围为50～100μm，孔内连接径为15～80μm，孔隙沟通率为45～100%。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的孔隙均一型生物陶瓷材料孔隙均一，孔隙大小为50～100μm，且孔隙三维连通率较同类产品提高30～40%；
（2）本发明通过淀粉进行制备，可安全降解，安全绿色无污染。
具体实施方式
首先按质量比1:2，将马铃薯淀粉与玉米淀粉搅拌混合，制备得混合淀粉，随后按质量比1:10，将混合淀粉与去离子水搅拌混合，在200～300W下超声分散10～15min，随后升温加热至90～95℃，保温糊化反应15～20min，静置冷却至室温，制备得糊化淀粉浆液；按质量比1:15，将酵母粉与上述制备的糊化淀粉浆液搅拌混合，再在35～40℃下旋转蒸发至干，碾磨并过200～210目筛，收集混合糊化颗粒，再按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、15～20份混合糊化颗粒和15～20份明胶置于烧杯中，搅拌混合并通过螺杆泵输送至低温喷雾干燥机中，控制进料量为20～25mL/min，调节干燥器离心喷头转速为250～300r/min，在30～40℃下喷雾造粒并收集干燥粒料，过150～160目筛，随后静置冷却至室温，制备得改性造孔剂；按重量份数计，分别称量10～15份上述制备的改性造孔剂、32～35份磷酸氢钙、15～18份聚乙烯醇、15～20份碳酸钙和30～35份去离子水，搅拌混合并在35～40℃下水浴加热10～15min，制备得混合浆料，将制备的混合浆料浇注至不锈钢模具中，所述不锈钢模具规格为5mm×5mm×5mm，待浇注完成后，静置固化3～5h后，脱模并收集坯料置于30～35℃下，每隔10h将2～3mL去离子水喷洒至坯料表面，待喷洒15～20次后，停止洒水并静置固化2～3天；待静置固化完成后，收集固化坯料并置于250～300℃马弗炉中预烧5～6h，待随后按10℃/min升温至900～1200℃，保温煅烧3～5h，随后停止加热并静置冷却至室温，即可制备得一种孔隙均一型生物陶瓷材料。
实例1
首先按质量比1:2，将马铃薯淀粉与玉米淀粉搅拌混合，制备得混合淀粉，随后按质量比1:10，将混合淀粉与去离子水搅拌混合，在200W下超声分散10min，随后升温加热至90℃，保温糊化反应15min，静置冷却至室温，制备得糊化淀粉浆液；按质量比1:15，将酵母粉与上述制备的糊化淀粉浆液搅拌混合，再在35℃下旋转蒸发至干，碾磨并过200目筛，收集混合糊化颗粒，再按重量份数计，分别称量45份去离子水、15份混合糊化颗粒和15份明胶置于烧杯中，搅拌混合并通过螺杆泵输送至低温喷雾干燥机中，控制进料量为20mL/min，调节干燥器离心喷头转速为250r/min，在30℃下喷雾造粒并收集干燥粒料，过150目筛，随后静置冷却至室温，制备得改性造孔剂；按重量份数计，分别称量10份上述制备的改性造孔剂、32份磷酸氢钙、15份聚乙烯醇、15份碳酸钙和30份去离子水，搅拌混合并在35℃下水浴加热10min，制备得混合浆料，将制备的混合浆料浇注至不锈钢模具中，所述不锈钢模具规格为5mm×5mm×5mm，待浇注完成后，静置固化3h后，脱模并收集坯料置于30℃下，每隔10h将2mL去离子水喷洒至坯料表面，待喷洒15次后，停止洒水并静置固化2天；待静置固化完成后，收集固化坯料并置于250℃马弗炉中预烧5h，待随后按10℃/min升温至900℃，保温煅烧3h，随后停止加热并静置冷却至室温，即可制备得一种孔隙均一型生物陶瓷材料。
按所需修复的尺寸大小，将本发明制备的孔隙均一型生物陶瓷材料进行组装制备得生物骨架，随后打磨光滑并修复人体上颚骨，待修复完成后，4个月后进行复查，经扫描电镜观察，长入该生物骨支架中的骨组织比植入自体骨的量多，陶瓷材料孔隙均一，微孔率为15%，多孔孔隙的孔径范围为50μm，孔内连接径为15μm，孔隙沟通率为45%。
实例2
首先按质量比1:2，将马铃薯淀粉与玉米淀粉搅拌混合，制备得混合淀粉，随后按质量比1:10，将混合淀粉与去离子水搅拌混合，在250W下超声分散12min，随后升温加热至92℃，保温糊化反应17min，静置冷却至室温，制备得糊化淀粉浆液；按质量比1:15，将酵母粉与上述制备的糊化淀粉浆液搅拌混合，再在37℃下旋转蒸发至干，碾磨并过205目筛，收集混合糊化颗粒，再按重量份数计，分别称量47份去离子水、17份混合糊化颗粒和17份明胶置于烧杯中，搅拌混合并通过螺杆泵输送至低温喷雾干燥机中，控制进料量为22mL/min，调节干燥器离心喷头转速为275r/min，在35℃下喷雾造粒并收集干燥粒料，过155目筛，随后静置冷却至室温，制备得改性造孔剂；按重量份数计，分别称量12份上述制备的改性造孔剂、33份磷酸氢钙、17份聚乙烯醇、17份碳酸钙和32份去离子水，搅拌混合并在37℃下水浴加热12min，制备得混合浆料，将制备的混合浆料浇注至不锈钢模具中，所述不锈钢模具规格为5mm×5mm×5mm，待浇注完成后，静置固化4h后，脱模并收集坯料置于32℃下，每隔10h将3mL去离子水喷洒至坯料表面，待喷洒17次后，停止洒水并静置固化3天；待静置固化完成后，收集固化坯料并置于275℃马弗炉中预烧6h，待随后按10℃/min升温至1100℃，保温煅烧4h，随后停止加热并静置冷却至室温，即可制备得一种孔隙均一型生物陶瓷材料。
按所需修复的尺寸大小，将本发明制备的孔隙均一型生物陶瓷材料进行组装制备得生物骨架，随后打磨光滑并修复人体上颚骨，待修复完成后，5个月后进行复查，经扫描电镜观察，长入该生物骨支架中的骨组织比植入自体骨的量多，陶瓷材料孔隙均一，微孔率为17%，多孔孔隙的孔径范围为75μm，孔内连接径为55μm，孔隙沟通率为70%。
实例3
首先按质量比1:2，将马铃薯淀粉与玉米淀粉搅拌混合，制备得混合淀粉，随后按质量比1:10，将混合淀粉与去离子水搅拌混合，在300W下超声分散15min，随后升温加热至95℃，保温糊化反应20min，静置冷却至室温，制备得糊化淀粉浆液；按质量比1:15，将酵母粉与上述制备的糊化淀粉浆液搅拌混合，再在40℃下旋转蒸发至干，碾磨并过210目筛，收集混合糊化颗粒，再按重量份数计，分别称量50份去离子水、20份混合糊化颗粒和20份明胶置于烧杯中，搅拌混合并通过螺杆泵输送至低温喷雾干燥机中，控制进料量为25mL/min，调节干燥器离心喷头转速为300r/min，在40℃下喷雾造粒并收集干燥粒料，过160目筛，随后静置冷却至室温，制备得改性造孔剂；按重量份数计，分别称量15份上述制备的改性造孔剂、35份磷酸氢钙、18份聚乙烯醇、20份碳酸钙和35份去离子水，搅拌混合并在40℃下水浴加热15min，制备得混合浆料，将制备的混合浆料浇注至不锈钢模具中，所述不锈钢模具规格为5mm×5mm×5mm，待浇注完成后，静置固化5h后，脱模并收集坯料置于35℃下，每隔10h将3mL去离子水喷洒至坯料表面，待喷洒20次后，停止洒水并静置固化3天；待静置固化完成后，收集固化坯料并置于300℃马弗炉中预烧6h，待随后按10℃/min升温至1200℃，保温煅烧5h，随后停止加热并静置冷却至室温，即可制备得一种孔隙均一型生物陶瓷材料。
按所需修复的尺寸大小，将本发明制备的孔隙均一型生物陶瓷材料进行组装制备得生物骨架，随后打磨光滑并修复人体上颚骨，待修复完成后，6个月后进行复查，经扫描电镜观察，长入该生物骨支架中的骨组织比植入自体骨的量多，陶瓷材料孔隙均一，微孔率为20%，多孔孔隙的孔径范围为100μm，孔内连接径为80μm，孔隙沟通率为100%。

Claims (1)

1.一种孔隙均一型多孔生物陶瓷的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按质量比1:2，将马铃薯淀粉与玉米淀粉搅拌混合，制备得混合淀粉，随后按质量比1:10，将混合淀粉与去离子水搅拌混合，在200～300W下超声分散10～15min，随后升温加热至90～95℃，保温糊化反应15～20min，静置冷却至室温，制备得糊化淀粉浆液；
（2）按质量比1:15，将酵母粉与上述制备的糊化淀粉浆液搅拌混合，再在35～40℃下旋转蒸发至干，碾磨并过200～210目筛，收集混合糊化颗粒，再按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、15～20份混合糊化颗粒和15～20份明胶置于烧杯中，搅拌混合并通过螺杆泵输送至低温喷雾干燥机中，控制进料量为20～25mL/min，调节干燥器离心喷头转速为250～300r/min，在30～40℃下喷雾造粒并收集干燥粒料，过150～160目筛，随后静置冷却至室温，制备得改性造孔剂；
（3）按重量份数计，分别称量10～15份上述制备的改性造孔剂、32～35份磷酸氢钙、15～18份聚乙烯醇、15～20份碳酸钙和30～35份去离子水，搅拌混合并在35～40℃下水浴加热10～15min，制备得混合浆料，将制备的混合浆料浇注至不锈钢模具中，所述不锈钢模具规格为5mm×5mm×5mm，待浇注完成后，静置固化3～5h后，脱模并收集坯料置于30～35℃下，每隔10h将2～3mL去离子水喷洒至坯料表面，待喷洒15～20次后，停止洒水并静置固化2～3天；
（4）待静置固化完成后，收集固化坯料并置于250～300℃马弗炉中预烧5～6h，待随后按10℃/min升温至900～1200℃，保温煅烧3～5h，随后停止加热并静置冷却至室温，即可制备得一种孔隙均一型多孔生物陶瓷。
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