CN106866128A - 一种生物陶瓷材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物陶瓷技术领域，提供了一种生物陶瓷材料及制备方法，所述生物陶瓷材料包括如下重量份数的组分：硅酸锆25‑40份、硼化钼10‑26份、二氧化锆13‑29份、凹凸棒石8‑17份、二氧化硒8‑23份、柠檬酸钙12‑25份、硅藻土7‑19份、磷酸三钙11‑15份和胶原蛋白10‑15份。本发明通过球磨、成型、管住胶原蛋白、胶原蛋白交联，形成产品。所述生物陶瓷材料具有较好的力学性能和促进细胞生长的生物学性能。

Description

一种生物陶瓷材料及制备方法
技术领域
本发明属于生物陶瓷技术领域，具体地，涉及一种生物陶瓷材料及制备方法。
背景技术
生物陶瓷指与生物体或生物化学有关的新型陶瓷。包括精细陶瓷、多孔陶瓷、某些玻璃和单晶。根据使用情况，生物陶瓷可分为与生物体相关的植入陶瓷和与生物化学相关的生物工艺学陶瓷。植入陶瓷植入生物体内，用以恢复增强生物体机能。由于植入陶瓷直接与生物体接触，故要求其与生物体的亲和性好，不产生有毒的侵蚀、分解产物；不使生物细胞发生变异、坏死，以及引起炎症和生长肉芽等；在体内长期使用功能好，对生物体无致癌作用，本身不发生变质；易于灭菌。常用的植入陶瓷有氧化铝陶瓷和单晶氧化铝、磷酸钙系陶瓷、微晶玻璃、氧化锆烧结体等，它们在临床上用作人造牙、人造骨、人造心脏瓣膜、人造血管和其他医用人造气管穿皮接头等。
生物学性能主要希望其具有良好的生物相容性、骨传导性、骨诱导性和骨生成能力。力学性能包括抗压、抗弯强度，弹性模量等多个综合指标能够最大限度地接近或与天然骨的力学性能相匹配。
胶原蛋白是一种天然的聚合物，它是人体皮肤和骨头的主要有机成分，是骨基质中含量最丰富的蛋白质。胶原蛋白具有优良的生物相容性及免疫力，适合作为新骨细胞贴附生长的基质，是一种用于骨组织修复的理想材料。已有研究致力于开发制备胶原蛋白基或以其作为添加相的生物材料用作骨组织的修复。
目前常见的生物陶瓷材料上述的各项性能较差，因此需要研制具有较高力学和生物学性能的生物陶瓷。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种生物陶瓷材料，所述生物陶瓷材料具有较好的力学性能和促进细胞生长的生物学性能。
本发明的生物陶瓷配方中将硅藻土加入，硅藻土的矿物成份主要是蛋白石及其变种。硅藻土涂料添加剂产品，具有孔隙度大、吸收性强、化学性质稳定、耐磨、耐热等特点，能为涂料提供优异的表面性能，增容，增稠以及提高附着力。由于它具有较大的孔体积，能使涂膜缩短干燥时间。应用涂料、油漆中，能够均衡的控制涂膜表面光泽，增加涂膜的耐磨性和抗划痕性，去湿、除臭、而且还能净化空气，隔音、防水和隔热、通透性好的特点。将硅藻土用于生物陶瓷的制备，可以提高其抗压强度；本发明的生物陶瓷配方中加入胶原蛋白，胶原蛋白是一种天然的聚合物，它是人体皮肤和骨头的主要有机成分，是骨基质中含量最丰富的蛋白质。可以提高生物相容性及免疫力，促进细胞生长。
根据本发明的一个方面提供一种生物陶瓷材料，所述生物陶瓷材料包括如下重量份数的组分：硅酸锆25-40份、硼化钼10-26份、二氧化锆13-29份、凹凸棒石8-17份、二氧化硒8-23份、柠檬酸钙12-25份、硅藻土7-19份、磷酸三钙11-15份和胶原蛋白10-15份。
优选地，硅酸锆26-39份、硼化钼12-24份、二氧化锆14-26份、凹凸棒石9-16份、二氧化硒9-21份、柠檬酸钙14-24份、硅藻土8-18份、磷酸三钙12-14份和胶原蛋白11-14份。
优选地，硅酸锆30份、硼化钼16份、二氧化锆20份、凹凸棒石13份、二氧化硒15份、柠檬酸钙17份、硅藻土13份、磷酸三钙13份和胶原蛋白12份。
优选地，所述胶原蛋白为I-型胶原蛋白。
优选地，所述I-型胶原蛋白在所述生物陶瓷孔隙中形成三维胶原蛋白纤维网状结构。
根据本发明的另一个方面，提供所述的生物陶瓷材料制备方法，所述方法包括如下步骤：
（1）按重量称量硅酸锆、硼化钼、二氧化锆、凹凸棒石、二氧化硒、柠檬酸钙、硅藻土、磷酸三钙各原料，在高速混匀机中混匀；
（2）混匀后，用球磨机进行球磨，得到粉末；
（3）将粉末在热压炉中进行压制成型；
（4）用胶原蛋白配制胶原蛋白溶液，用胶原蛋白溶液浸没所述步骤（3）中制备的生物陶瓷，常温下进行真空灌注，然后，对产物进行超声波震荡搅拌；
（5）将灌注了胶原蛋白的生物陶瓷经化学方法进行交联，最后对产品进行冷冻干燥即可。
优选地，所述球磨机的转速为300-400rpm，球磨时间为1-2h。
优选地，所述热压炉升温速率为30℃/min，升温热压炉温度至760-800℃，保温1-2h，再按照40℃/min的升温速率升至温度为1230-1430℃，高温烧结时间为2-5h，冷却至室温后为复合生物陶瓷材料。
优选地，所述化学方法为用11-15mg/ml的京尼平对灌注了胶原蛋白的生物陶瓷进行交联。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明的生物陶瓷配方中将硅藻土加入，硅藻土的矿物成份主要是蛋白石及其变种。硅藻土涂料添加剂产品，具有孔隙度大、吸收性强、化学性质稳定、耐磨、耐热等特点，能为涂料提供优异的表面性能，增容，增稠以及提高附着力。由于它具有较大的孔体积，能使涂膜缩短干燥时间。应用涂料、油漆中，能够均衡的控制涂膜表面光泽，增加涂膜的耐磨性和抗划痕性，去湿、除臭、而且还能净化空气，隔音、防水和隔热、通透性好的特点。将硅藻土用于生物陶瓷的制备，可以提高其抗压强度；
（2）本发明的生物陶瓷配方中加入胶原蛋白，胶原蛋白是一种天然的聚合物，它是人体皮肤和骨头的主要有机成分，是骨基质中含量最丰富的蛋白质。可以提高生物相容性及免疫力，促进细胞生长。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种生物陶瓷材料，所述生物陶瓷材料具有较好的力学性能和促进细胞生长的生物学性能。
本发明的生物陶瓷配方中将硅藻土加入，硅藻土的矿物成份主要是蛋白石及其变种。硅藻土涂料添加剂产品，具有孔隙度大、吸收性强、化学性质稳定、耐磨、耐热等特点，能为涂料提供优异的表面性能，增容，增稠以及提高附着力。由于它具有较大的孔体积，能使涂膜缩短干燥时间。应用涂料、油漆中，能够均衡的控制涂膜表面光泽，增加涂膜的耐磨性和抗划痕性，去湿、除臭、而且还能净化空气，隔音、防水和隔热、通透性好的特点。将硅藻土用于生物陶瓷的制备，可以提高其抗压强度；本发明的生物陶瓷配方中加入胶原蛋白，胶原蛋白是一种天然的聚合物，它是人体皮肤和骨头的主要有机成分，是骨基质中含量最丰富的蛋白质。可以提高生物相容性及免疫力，促进细胞生长。
实施例1
本实施例所述生物陶瓷材料包括如下重量份数的组分：硅酸锆40份、硼化钼10份、二氧化锆29份、凹凸棒石8份、二氧化硒23份、柠檬酸钙12份、硅藻土19份、磷酸三钙11份和胶原蛋白15份。
所述胶原蛋白为I-型胶原蛋白；所述I-型胶原蛋白在所述生物陶瓷孔隙中形成三维胶原蛋白纤维网状结构。
本发明提供所述的生物陶瓷材料制备方法，所述方法包括如下步骤：
（1）按重量称量硅酸锆、硼化钼、二氧化锆、凹凸棒石、二氧化硒、柠檬酸钙、硅藻土、磷酸三钙各原料，在高速混匀机中混匀；
（2）混匀后，用球磨机进行球磨，得到粉末，所述球磨机的转速为400rpm，球磨时间为1h；
（3）将粉末在热压炉中进行压制成型，所述热压炉升温速率为30℃/min，升温热压炉温度至800℃，保温1h，再按照40℃/min的升温速率升至温度为1430℃，高温烧结时间为2h，冷却至室温后为复合生物陶瓷材料；
（4）用胶原蛋白配制胶原蛋白溶液，用胶原蛋白溶液浸没所述步骤（3）中制备的生物陶瓷，常温下进行真空灌注，然后，对产物进行超声波震荡搅拌；
（5）将灌注了胶原蛋白的生物陶瓷经15mg/ml的京尼进行交联，最后对产品进行冷冻干燥即可。
经万能材料试验机测得其最大抗压强度为9.1 MPa（测试方法参见GB/T 1964-1996），较纯羟基磷灰石多孔生物陶瓷材料提升2.3倍。
实施例2
本实施例所述生物陶瓷材料包括如下重量份数的组分：硅酸锆25份、硼化钼26份、二氧化锆13份、凹凸棒石17份、二氧化硒8份、柠檬酸钙25份、硅藻土7份、磷酸三钙15份和胶原蛋白10份。
所述胶原蛋白为I-型胶原蛋白；所述I-型胶原蛋白在所述生物陶瓷孔隙中形成三维胶原蛋白纤维网状结构。
本发明提供所述的生物陶瓷材料制备方法，所述方法包括如下步骤：
（1）按重量称量硅酸锆、硼化钼、二氧化锆、凹凸棒石、二氧化硒、柠檬酸钙、硅藻土、磷酸三钙各原料，在高速混匀机中混匀；
（2）混匀后，用球磨机进行球磨，得到粉末，所述球磨机的转速为300rpm，球磨时间为2h；
（3）将粉末在热压炉中进行压制成型，所述热压炉升温速率为30℃/min，升温热压炉温度至760℃，保温2h，再按照40℃/min的升温速率升至温度为1230℃，高温烧结时间为5h，冷却至室温后为复合生物陶瓷材料；
（4）用胶原蛋白配制胶原蛋白溶液，用胶原蛋白溶液浸没所述步骤（3）中制备的生物陶瓷，常温下进行真空灌注，然后，对产物进行超声波震荡搅拌；
（5）将灌注了胶原蛋白的生物陶瓷经11mg/ml的京尼进行交联，最后对产品进行冷冻干燥即可。
经万能材料试验机测得其最大抗压强度为8.7 MPa（测试方法参见GB/T 1964-1996），较纯羟基磷灰石多孔生物陶瓷材料提升3.1倍。
实施例3
本实施例所述生物陶瓷材料包括如下重量份数的组分：硅酸锆39份、硼化钼12份、二氧化锆26份、凹凸棒石9份、二氧化硒21份、柠檬酸钙14份、硅藻土18份、磷酸三钙12份和胶原蛋白14份。
所述胶原蛋白为I-型胶原蛋白；所述I-型胶原蛋白在所述生物陶瓷孔隙中形成三维胶原蛋白纤维网状结构。
本发明提供所述的生物陶瓷材料制备方法，所述方法包括如下步骤：
（1）按重量称量硅酸锆、硼化钼、二氧化锆、凹凸棒石、二氧化硒、柠檬酸钙、硅藻土、磷酸三钙各原料，在高速混匀机中混匀；
（2）混匀后，用球磨机进行球磨，得到粉末，所述球磨机的转速为350rpm，球磨时间为2h；
（3）将粉末在热压炉中进行压制成型，所述热压炉升温速率为30℃/min，升温热压炉温度至780℃，保温1h，再按照40℃/min的升温速率升至温度为1400℃，高温烧结时间为4h，冷却至室温后为复合生物陶瓷材料；
（4）用胶原蛋白配制胶原蛋白溶液，用胶原蛋白溶液浸没所述步骤（3）中制备的生物陶瓷，常温下进行真空灌注，然后，对产物进行超声波震荡搅拌；
（5）将灌注了胶原蛋白的生物陶瓷经13mg/ml的京尼进行交联，最后对产品进行冷冻干燥即可。
经万能材料试验机测得其最大抗压强度为8.9 MPa（测试方法参见GB/T 1964-1996），较纯羟基磷灰石多孔生物陶瓷材料提升2.2倍。
实施例4
本实施例所述生物陶瓷材料包括如下重量份数的组分：硅酸锆26份、硼化钼24份、二氧化锆14份、凹凸棒石16份、二氧化硒9份、柠檬酸钙24份、硅藻土8份、磷酸三钙14份和胶原蛋白11份。
所述胶原蛋白为I-型胶原蛋白；所述I-型胶原蛋白在所述生物陶瓷孔隙中形成三维胶原蛋白纤维网状结构。
本发明提供所述的生物陶瓷材料制备方法，所述方法包括如下步骤：
（1）按重量称量硅酸锆、硼化钼、二氧化锆、凹凸棒石、二氧化硒、柠檬酸钙、硅藻土、磷酸三钙各原料，在高速混匀机中混匀；
（2）混匀后，用球磨机进行球磨，得到粉末，所述球磨机的转速为380rpm，球磨时间为1.5h；
（3）将粉末在热压炉中进行压制成型，所述热压炉升温速率为30℃/min，升温热压炉温度至790℃，保温1h，再按照40℃/min的升温速率升至温度为1330℃，高温烧结时间为4h，冷却至室温后为复合生物陶瓷材料；
（4）用胶原蛋白配制胶原蛋白溶液，用胶原蛋白溶液浸没所述步骤（3）中制备的生物陶瓷，常温下进行真空灌注，然后，对产物进行超声波震荡搅拌；
（5）将灌注了胶原蛋白的生物陶瓷经13mg/ml的京尼进行交联，最后对产品进行冷冻干燥即可。
经万能材料试验机测得其最大抗压强度为8.5 MPa（测试方法参见GB/T 1964-1996），较纯羟基磷灰石多孔生物陶瓷材料提升2.1倍。
实施例5
本实施例所述生物陶瓷材料包括如下重量份数的组分：硅酸锆30份、硼化钼16份、二氧化锆20份、凹凸棒石13份、二氧化硒15份、柠檬酸钙17份、硅藻土13份、磷酸三钙13份和胶原蛋白12份。
所述胶原蛋白为I-型胶原蛋白；所述I-型胶原蛋白在所述生物陶瓷孔隙中形成三维胶原蛋白纤维网状结构。
本发明提供所述的生物陶瓷材料制备方法，所述方法包括如下步骤：
（1）按重量称量硅酸锆、硼化钼、二氧化锆、凹凸棒石、二氧化硒、柠檬酸钙、硅藻土、磷酸三钙各原料，在高速混匀机中混匀；
（2）混匀后，用球磨机进行球磨，得到粉末，所述球磨机的转速为330rpm，球磨时间为1h；
（3）将粉末在热压炉中进行压制成型，所述热压炉升温速率为30℃/min，升温热压炉温度至770℃，保温2h，再按照40℃/min的升温速率升至温度为1250℃，高温烧结时间为3h，冷却至室温后为复合生物陶瓷材料；
（4）用胶原蛋白配制胶原蛋白溶液，用胶原蛋白溶液浸没所述步骤（3）中制备的生物陶瓷，常温下进行真空灌注，然后，对产物进行超声波震荡搅拌；
（5）将灌注了胶原蛋白的生物陶瓷经13mg/ml的京尼进行交联，最后对产品进行冷冻干燥即可。
经万能材料试验机测得其最大抗压强度为8.8 MPa（测试方法参见GB/T 1964-1996），较纯羟基磷灰石多孔生物陶瓷材料提升2.2倍。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种生物陶瓷材料，其特征在于：所述生物陶瓷材料包括如下重量份数的组分：硅酸锆25-40份、硼化钼10-26份、二氧化锆13-29份、凹凸棒石8-17份、二氧化硒8-23份、柠檬酸钙12-25份、硅藻土7-19份、磷酸三钙11-15份和胶原蛋白10-15份。
2.根据权利要求1所述的生物陶瓷材料，其特征在于：所述生物陶瓷材料包括如下重量份数的组分：硅酸锆26-39份、硼化钼12-24份、二氧化锆14-26份、凹凸棒石9-16份、二氧化硒9-21份、柠檬酸钙14-24份、硅藻土8-18份、磷酸三钙12-14份和胶原蛋白11-14份。
3.根据权利要求1所述的生物陶瓷材料，其特征在于：所述生物陶瓷材料包括如下重量份数的组分：硅酸锆30份、硼化钼16份、二氧化锆20份、凹凸棒石13份、二氧化硒15份、柠檬酸钙17份、硅藻土13份、磷酸三钙13份和胶原蛋白12份。
4.根据权利要求1所述的生物陶瓷材料，其特征在于：所述胶原蛋白为I-型胶原蛋白。
5.根据权利要求4所述的生物陶瓷材料，其特征在于：所述I-型胶原蛋白在所述生物陶瓷孔隙中形成三维胶原蛋白纤维网状结构。
6.根据权利要求1-5所述的生物陶瓷材料，其特征在于：所述生物陶瓷材料制备方法如下：
（1）按重量称量硅酸锆、硼化钼、二氧化锆、凹凸棒石、二氧化硒、柠檬酸钙、硅藻土、磷酸三钙各原料，在高速混匀机中混匀；
（2）混匀后，用球磨机进行球磨，得到粉末；
（3）将粉末在热压炉中进行压制成型；
（4）用胶原蛋白配制胶原蛋白溶液，用胶原蛋白溶液浸没所述步骤（3）中制备的生物陶瓷，常温下进行真空灌注，然后，对产物进行超声波震荡搅拌；
（5）将灌注了胶原蛋白的生物陶瓷经化学方法进行交联，最后对产品进行冷冻干燥即可。
7.根据权利要求6所述的生物陶瓷材料，其特征在于：所述球磨机的转速为300-400rpm，球磨时间为1-2h。
8.根据权利要求6所述的生物陶瓷材料，其特征在于：所述热压炉升温速率为30℃/min，升温热压炉温度至760-800℃，保温1-2h，再按照40℃/min的升温速率升至温度为1230-1430℃，高温烧结时间为2-5h，冷却至室温后为复合生物陶瓷材料。
9.根据权利要求1所述的生物陶瓷材料，其特征在于：所述化学方法为用11-15mg/ml的京尼平对灌注了胶原蛋白的生物陶瓷进行交联。
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