CN108273133B - 一种凝胶注模制备生物医用合金ha涂层的方法 - Google Patents
一种凝胶注模制备生物医用合金ha涂层的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108273133B CN108273133B CN201810178887.1A CN201810178887A CN108273133B CN 108273133 B CN108273133 B CN 108273133B CN 201810178887 A CN201810178887 A CN 201810178887A CN 108273133 B CN108273133 B CN 108273133B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- slurry
- preparing
- coating
- hydroxyapatite
- powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000005266 casting Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000002763 biomedical alloy Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 claims abstract description 47
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 50
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 32
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims description 29
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 20
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 claims description 12
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 11
- 239000001866 hydroxypropyl methyl cellulose Substances 0.000 claims description 10
- 229920003088 hydroxypropyl methyl cellulose Polymers 0.000 claims description 10
- 235000010979 hydroxypropyl methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 10
- UFVKGYZPFZQRLF-UHFFFAOYSA-N hydroxypropyl methyl cellulose Chemical compound OC1C(O)C(OC)OC(CO)C1OC1C(O)C(O)C(OC2C(C(O)C(OC3C(C(O)C(O)C(CO)O3)O)C(CO)O2)O)C(CO)O1 UFVKGYZPFZQRLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 10
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 10
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 9
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 claims description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 8
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 4
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 claims description 4
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010431 corundum Substances 0.000 claims description 4
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 claims description 4
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N magnesium orthosilicate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 claims description 4
- 229910052919 magnesium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 235000019792 magnesium silicate Nutrition 0.000 claims description 4
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 4
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 4
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims description 3
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000013 Ammonium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 108010058846 Ovalbumin Proteins 0.000 claims description 2
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 claims description 2
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 claims description 2
- 239000005312 bioglass Substances 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 2
- 229940092253 ovalbumin Drugs 0.000 claims description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 claims description 2
- 238000007581 slurry coating method Methods 0.000 claims description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000602 vitallium Substances 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000008096 xylene Substances 0.000 claims description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 239000012620 biological material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000009750 centrifugal casting Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 2
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 abstract description 2
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 8
- 210000000623 ulna Anatomy 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229920002307 Dextran Polymers 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 210000001124 body fluid Anatomy 0.000 description 1
- 239000010839 body fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000316 bone substitute Substances 0.000 description 1
- 239000013530 defoamer Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- FZWBNHMXJMCXLU-BLAUPYHCSA-N isomaltotriose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H]1OC[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O)O1 FZWBNHMXJMCXLU-BLAUPYHCSA-N 0.000 description 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/28—Materials for coating prostheses
- A61L27/30—Inorganic materials
- A61L27/32—Phosphorus-containing materials, e.g. apatite
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/02—Inorganic materials
- A61L27/04—Metals or alloys
- A61L27/047—Other specific metals or alloys not covered by A61L27/042 - A61L27/045 or A61L27/06
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/02—Inorganic materials
- A61L27/04—Metals or alloys
- A61L27/06—Titanium or titanium alloys
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/28—Materials for coating prostheses
- A61L27/30—Inorganic materials
- A61L27/306—Other specific inorganic materials not covered by A61L27/303 - A61L27/32
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
- B22F1/107—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material containing organic material comprising solvents, e.g. for slip casting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/22—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2420/00—Materials or methods for coatings medical devices
- A61L2420/02—Methods for coating medical devices
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2420/00—Materials or methods for coatings medical devices
- A61L2420/06—Coatings containing a mixture of two or more compounds
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2420/00—Materials or methods for coatings medical devices
- A61L2420/08—Coatings comprising two or more layers
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
- A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Dermatology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
一种凝胶注模制备生物医用合金HA涂层的方法，属于凝胶注模制备生物材料的领域。本发明将使用甲基纤维素凝胶体系，离心浇注制备羟基磷灰石、过渡层及生物医学合金复合涂层材料，使生物医学金属材料外高强度结合一层羟基磷灰石涂层。该方法制备的HA涂层生物医用合金表现出良好生物相容性和优良机械性性能，耐蚀性好、比强度高。采用无毒凝胶体系，成形性好，结合强度高。工艺简单，能近净成形，可一次加工制备出复杂形状的制品，提高了材料利用率，降低了加工成本。
Description
技术领域
本发明属于凝胶注模制备生物材料的领域，提供了一种凝胶注模制备生物医用合金HA涂层的方法。
背景技术
羟基磷灰石(HA)具有吸附蛋白质、氨基酸、脂质和葡聚糖的作用。体内埋植实验表明，羟基磷灰石涂层可以强有力地与骨形成化学结合，具有相当高的生物相容性，植入人体后在体液的作用下，钙和磷会游离出材料的表面被机体吸收与原骨结合成一体，形成牢固的骨性结合，即使偶然破裂，也能在体内愈合。羟基磷灰石不但具有骨传导性，而且还具有骨诱导性是一种新型的人工骨置换材料。
但由于羟基磷灰石(HA)该类材料克服不了自身强度低、脆性大的弱点，大大限制了其在临床医学中的应用，仅能应用于非承载的小型种植体，如人工齿骨、耳骨、充填骨缺损等。为了解决上述问题，人们将它涂敷于钛合金等金属表面，对生物金属材料进行表面改性，做成人工器件，具有高强度、韧性好等特点，取代受损组织以补偿或恢复其原来的功能，取得了很大成效。
但是此类涂层制备方法仍然存在一些问题，例如无法一次制备出具有涂层和金属基体的材料，工艺复杂时间耗费长，对于一些复杂形状的构件存在加工成形困难的特点。因此使用一种新的凝胶注模制备生物医用合金HA涂层的方法，不仅可以制备出既有良好生物相容性又有优良机械性的羟基磷灰石金属材料，净尽成型，根据不同的需求量身打造等材制备出所需制品，提高了材料利用率降低了加工成本。
发明内容
本发明的目的提供了一种凝胶注模制备生物医用合金HA涂层的方法，该方法在制备出既有良好生物相容性又有优良机械性的羟基磷灰石金属材料上取得了令人满意的成果，并能近净成形，根据不同的需求量身打造出所需制品，提高了材料利用率，降低了加工成本。
为了获得上述的凝胶注模制备的生物医用合金HA涂层，本发明采用了以下技术方案，具体步骤如下：
(1)模具制备：根据使用需求制备出符合形状要求的空腔凝胶注模模具；
(2)配制预混液：按照体积分数百分比配制预混液，在溶剂中加入有机体和造孔剂，其中有机体0.8-8％、造孔剂0.03-5％、余量是溶剂，搅拌至溶解完全；
(3)制备浆料：分别称量35-80vol.％的羟基磷灰石粉、过渡层粉末和金属合金粉末，在三种粉体中分别加入步骤(2)中的预混液，再分别加入抗氧化剂0.01-0.5％、分散剂0.01-1.5％和消泡剂0.01-0.8％，搅拌均匀，然后分别将三种浆料放入行星球磨机中，进行混料，其中球料比为3:1-7:1，刚玉球的直径为1-5mm，球磨速度为100r/min-250r/min，球磨时间5-20min，将球磨后的羟基磷灰石浆料、过渡层浆料、金属合金粉浆料取出备用；
(4)模具预处理：将步骤(1)中制备好的凝胶注模模具内层均匀喷洒一层脱模剂，然后将空腔模具固定安置在离心机的旋转转台上；
(5)挂浆：分别称取步骤(3)中配制好的羟基磷灰石浆料5-25wt.％，过渡层浆料3-16wt.％，余量是金属合金粉浆料。首先将称量好的羟基磷灰石浆料倒入固定在旋转台上的空腔模具内，在50-200r/min的转速下旋转5-15min，使羟基磷灰石浆料均匀浇覆在模具内层，然后将称量好的过渡层浆料倒入旋转台上的模具内，在50-200r/min的转速下旋转10-20min，使过渡层浆料均匀浇覆在羟基磷灰石外侧；
(6)注模：将步骤(5)中内侧依次浇覆有羟基磷灰石和过渡层浆料的模具从旋转台上取下，将称量好的金属合金粉浆料浇注于模具内，并进行真空消泡处理，在烘箱40-70℃中保温5-12h。
(7)脱胶烧结：将步骤(6)中浇注好的模具取出脱模，在脱脂炉中加热至400-900℃，保温30-150min，冷却至室温；再放入真空炉中烧结，烧结温度500-1350℃，保温60-150min，真空度为10-1-10-3Pa。
进一步地，步骤(1)中所述的凝胶注模空腔模具是利用3D打印机打印出的空腔模具，或打印出任意材料、低填充量的实体模具再制成硅胶、玻璃或塑料的空腔模具。
进一步地，步骤(2)中所述的有机体为甲基纤维素凝胶注模体系，主要由甲基纤维素(MC)和羟丙基甲基纤维素(HPMC)组成，其中甲基纤维素30-70vol.％，余量是羟丙基甲基纤维素。
进一步地，步骤(2)中所述的溶剂为水、甲苯、二甲苯、酒精、丙酮或二氯甲烷中的一种或几种。
进一步地，步骤(2)中所述的造孔剂为卵清蛋白、聚乙二醇或碳酸氢铵中的一种或几种。
进一步地，步骤(3)中所述的羟基磷灰石的粒度为10-100nm。
进一步地，步骤(3)中所述的过渡层粉末是二氧化钛、二氧化锆、硅酸镁或生物玻璃中的一种或几种，粉末粒径为10-150nm。
进一步地，步骤(3)中所述的金属合金粉末是不锈钢、钴铬钼合金、钛合金或镁合金粉末中的一种或几种，粉末粒径为5-50μm。
进一步地，步骤(4)中所述的脱模剂是硅烷基或聚醚基脱模剂。
本发明的优点：
1、制得的材料表现出良好生物相容性和优良机械性性能，耐蚀性好、比强度高。
2、采用无毒凝胶体系，离心浇注制备羟基磷灰石、过渡层及生物医学合金复合涂层材料，成形性好，结合强度高。
3、工艺简单，能近净成形，可一次加工制备出复杂形状的制品，提高了材料利用率，降低了加工成本。
具体实施方式
实施案例1：
一种凝胶注模制备钛合金HA涂层的方法，具体步骤如下：
步骤(1)：使用3D打印机打印出骨关节的模具，然后用硅胶分模浇注骨关节，制得凝胶注模模具；
步骤(2)：按照体积分数百分比配制预混液，在溶剂中加入有机体和造孔剂，其中溶剂为无水乙醇95％，有机体为甲基纤维素(MC)1.2％、羟丙基甲基纤维素(HPMC)3.75％，造孔剂聚乙二醇为0.05％，搅拌至溶解完全；
步骤(3)：称量35nm的羟基磷灰石粉42vol.％，标记为A；称量20nm的过渡层粉末42vol.％，标记为B，其中过渡层粉末中含二氧化钛50％、二氧化锆30％、硅酸镁20％；称量40μm的球形TC4粉，标记为C；
步骤(4)：在A、B、C三种粉体中分别加入57vol.％的预混液，再加入抗氧化剂0.08％、分散剂0.8％和消泡剂0.12％，搅拌均匀，然后分别将浆料放入行星球磨机中进行混料，其中刚玉球的直径为1-5mm，球料比为5:1，球磨速度为200r/min，球磨10min，将球磨后的A、B、C三种浆料分别取出备用；
步骤(5)：将步骤(1)中制备好的凝胶注模模具内层均匀喷洒一层硅烷基脱模剂，然后将空腔模具固定安置在离心机的旋转转台上；
步骤(6)：分别称取配制好的羟基磷灰石浆料20wt.％，过渡层浆料9wt.％，余量是TC4浆料。首先将称量好的羟基磷灰石浆料倒入固定在旋转台上的空腔模具内，在80r/min的转速下旋转8min，使羟基磷灰石浆料均匀浇覆在模具内层；然后将称量好的过渡层浆料倒入旋转台上的模具内，在100r/min的转速下旋转10min，使过渡层浆料均匀浇覆在羟基磷灰石外侧；
步骤(7)：将步骤(6)中内侧依次浇覆有羟基磷灰石和过渡层浆料的模具从转台上取下，将称量好的TC4浆料浇注于模具内，并进行真空消泡处理，在烘箱中45℃保温5h。
步骤(8)：将步骤(7)中浇注好的模具取出脱模，在脱脂炉中加热至900℃，保温30min，然后放入真空炉中烧结，烧结温度1330℃，烧结90min，真空度为10-2Pa，制得具有HA涂层的TC4合金骨关节材料。
实施案例2：
一种凝胶注模制备镁合金HA涂层的方法，具体步骤如下：
步骤(1)：使用3D打印机打印出尺骨的模具，然后用聚氨酯分模浇注尺骨制得凝胶注模模具；
步骤(2)：按照体积分数百分比配制预混液，在溶剂中加入有机体和造孔剂，其中溶剂为二氯甲烷94％，有机体为甲基纤维素(MC)2.34％、羟丙基甲基纤维素(HPMC)3.6％，造孔剂聚乙二醇为0.06，搅拌至溶解完全；
步骤(3)：称量25nm的羟基磷灰石粉50vol.％，标记为A；称量15nm的过渡层粉末50vol.％，标记为B，其中过渡层粉末中含二氧化钛20％、二氧化锆20％、硅酸镁60％；称量40μm的球形AZ91E镁合金粉，标记为C；
步骤(4)：在A、B、C三种粉体中分别加入49.18vol.％的预混液，再加入抗氧化剂0.07％、分散剂0.60％和消泡剂0.15％，搅拌均匀，然后将浆料放入行星球磨机中，其中刚玉球的直径为1-5mm，球料比为6:1，球磨速度为150r/min，球磨5min，将球磨后的A、B、C三种浆料分别取出备用；
步骤(5)：将步骤(1)中制备好的凝胶注模模具内层均匀喷洒一层硅烷基脱模剂，然后将空腔模具固定安置在离心机的旋转转台上；
步骤(6)：分别称取配制好的羟基磷灰石浆料30wt.％，过渡层浆料10wt.％，余量是AZ91E镁合金粉浆料。首先将称量好的羟基磷灰石浆料倒入固定在旋转台上的空腔模具内，在80r/min的转速下旋转5min，使羟基磷灰石浆料均匀浇覆在模具内层；然后将称量好的过渡层浆料倒入旋转台上的模具内，在100r/min的转速下旋转8min，使过渡层浆料均匀浇覆在羟基磷灰石外侧；
步骤(7)：将步骤(6)中内侧依次浇覆有羟基磷灰石和过渡层浆料的模具从转台上取下，将称量好的AZ91E镁合金粉浆料浇注于模具内，并进行真空消泡处理，在烘箱中60℃保温6h。
步骤(8)：将步骤(7)中浇注好的模具取出脱模，在脱脂炉中加热至410℃保温60min，然后放入真空炉中烧结，烧结温度600℃，保温60min，真空度为10-1Pa，制得具有HA涂层的AZ91E镁合金尺骨材料。
Claims (9)
1.一种凝胶注模制备生物医用合金HA涂层的方法，其特征在于，按如下步骤制备：
(1)模具制备：根据使用需求制备出符合形状要求的空腔凝胶注模模具；
(2)配制预混液：按照体积分数百分比配制预混液，在溶剂中加入有机体和造孔剂，其中有机体0.8-8％、造孔剂0.03-5％、余量是溶剂，搅拌至溶解完全；
(3)制备浆料：分别称量35-80vol.％的羟基磷灰石粉、过渡层粉末和金属合金粉末，在三种粉体中分别加入步骤(2)中的预混液，再分别加入抗氧化剂0.01-0.5％、分散剂0.01-1.5％和消泡剂0.01-0.8％，搅拌均匀，然后分别将三种浆料放入行星球磨机中，进行混料，其中球料比为3:1-7:1，刚玉球的直径为1-5mm，球磨速度为100r/min-250r/min，球磨时间5-20min，将球磨后的羟基磷灰石浆料、过渡层浆料、金属合金粉浆料取出备用；
(4)模具预处理：将步骤(1)中制备好的凝胶注模模具内层均匀喷洒一层脱模剂，然后将空腔模具固定安置在离心机的旋转转台上；
(5)挂浆：分别称取步骤(3)中配制好的羟基磷灰石浆料5-25wt.％，过渡层浆料3-16wt.％，余量是金属合金粉浆料；首先将称量好的羟基磷灰石浆料倒入固定在旋转台上的空腔模具内，在50-200r/min的转速下旋转5-15min，使羟基磷灰石浆料均匀浇覆在模具内层，然后将称量好的过渡层浆料倒入旋转台上的模具内，在50-200r/min的转速下旋转10-20min，使过渡层浆料均匀浇覆在羟基磷灰石外侧；
(6)注模：将步骤(5)中内侧依次浇覆有羟基磷灰石和过渡层浆料的模具从旋转台上取下，将称量好的金属合金粉浆料浇注于模具内，并进行真空消泡处理，在烘箱40-70℃中保温5-12h；
(7)脱胶烧结：将步骤(6)中浇注好的模具取出脱模，在脱脂炉中加热至400-900℃，保温30-150min，冷却至室温；再放入真空炉中烧结，烧结温度500-1350℃，保温60-150min，真空度为10-1-10-3Pa。
2.根据权利要求1所述的一种凝胶注模制备生物医用合金HA涂层的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的凝胶注模空腔模具是利用3D打印机打印出的空腔模具，或打印出任意材料、低填充量的实体模具再制成硅胶、玻璃或塑料的空腔模具。
3.根据权利要求1所述的一种凝胶注模制备生物医用合金HA涂层的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的有机体为甲基纤维素凝胶注模体系，主要由甲基纤维素(MC)和羟丙基甲基纤维素(HPMC)组成，其中甲基纤维素30-70vol.％，余量是羟丙基甲基纤维素。
4.根据权利要求1所述的一种凝胶注模制备生物医用合金HA涂层的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的溶剂为水、甲苯、二甲苯、酒精、丙酮或二氯甲烷中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种凝胶注模制备生物医用合金HA涂层的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的造孔剂为卵清蛋白、聚乙二醇或碳酸氢铵中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种凝胶注模制备生物医用合金HA涂层的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的羟基磷灰石的粒度为10-100nm。
7.根据权利要求1所述的一种凝胶注模制备生物医用合金HA涂层的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的过渡层粉末是二氧化钛、二氧化锆、硅酸镁或生物玻璃中的一种或几种，粉末粒径为10-150nm。
8.根据权利要求1所述的一种凝胶注模制备生物医用合金HA涂层的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的金属合金粉末是不锈钢、钴铬钼合金、钛合金或镁合金粉末中的一种或几种，粉末粒径为5-50μm。
9.根据权利要求1所述的一种凝胶注模制备生物医用合金HA涂层的方法，其特征在于：步骤(4)中所述的脱模剂是硅烷基或聚醚基脱模剂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810178887.1A CN108273133B (zh) | 2018-03-05 | 2018-03-05 | 一种凝胶注模制备生物医用合金ha涂层的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810178887.1A CN108273133B (zh) | 2018-03-05 | 2018-03-05 | 一种凝胶注模制备生物医用合金ha涂层的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108273133A CN108273133A (zh) | 2018-07-13 |
| CN108273133B true CN108273133B (zh) | 2020-05-19 |
Family
ID=62809098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810178887.1A Expired - Fee Related CN108273133B (zh) | 2018-03-05 | 2018-03-05 | 一种凝胶注模制备生物医用合金ha涂层的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108273133B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108863341A (zh) * | 2018-08-24 | 2018-11-23 | 山东建筑大学 | 钛合金-硅酸盐过渡层-羟基磷灰石盐生物陶瓷制备方法 |
| CN112895238B (zh) * | 2020-12-23 | 2022-12-16 | 北京科技大学广州新材料研究院 | 一种近净成形空心金属结构件的方法 |
| CN114432499B (zh) * | 2021-12-20 | 2023-02-17 | 浙江脉通智造科技(集团)有限公司 | 人工血管及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101716369A (zh) * | 2009-12-25 | 2010-06-02 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 聚磷酸钙-磷酸三钙骨支架的制备方法 |
| EP2392693A1 (en) * | 2009-02-02 | 2011-12-07 | National Institute for Materials Science | Mg-BASED STRUCTURED MEMBER |
| CN103435356A (zh) * | 2013-08-09 | 2013-12-11 | 北京开元科创科技发展有限公司 | 一种凝胶注模成型、无压烧结制备氮化硅人工陶瓷关节的方法 |
| CN106270516A (zh) * | 2016-08-16 | 2017-01-04 | 辽宁工业大学 | 双梯度多孔NiTi/羟基磷灰石复合材料的制备方法 |
| JP2018029754A (ja) * | 2016-08-24 | 2018-03-01 | 国立大学法人茨城大学 | ハイドロキシアパタイトコーティング材及びその製造方法 |
-
2018
- 2018-03-05 CN CN201810178887.1A patent/CN108273133B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2392693A1 (en) * | 2009-02-02 | 2011-12-07 | National Institute for Materials Science | Mg-BASED STRUCTURED MEMBER |
| CN101716369A (zh) * | 2009-12-25 | 2010-06-02 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 聚磷酸钙-磷酸三钙骨支架的制备方法 |
| CN103435356A (zh) * | 2013-08-09 | 2013-12-11 | 北京开元科创科技发展有限公司 | 一种凝胶注模成型、无压烧结制备氮化硅人工陶瓷关节的方法 |
| CN106270516A (zh) * | 2016-08-16 | 2017-01-04 | 辽宁工业大学 | 双梯度多孔NiTi/羟基磷灰石复合材料的制备方法 |
| JP2018029754A (ja) * | 2016-08-24 | 2018-03-01 | 国立大学法人茨城大学 | ハイドロキシアパタイトコーティング材及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108273133A (zh) | 2018-07-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108273133B (zh) | 一种凝胶注模制备生物医用合金ha涂层的方法 | |
| EP3385057B1 (en) | Method for additive manufacturing of 3d-printed articles | |
| Sergi et al. | A comprehensive review of bioactive glass coatings: State of the art, challenges and future perspectives | |
| Feng et al. | Application of 3D printing technology in bone tissue engineering: a review | |
| CN108478859B (zh) | 一种3d冷打印制备羟基磷灰石-生物医用合金植入体的方法 | |
| CN107397977B (zh) | 3d打印金属基体表面改性的方法、3d打印金属基生物陶瓷支架及其制备方法 | |
| CN109364292A (zh) | 一种镁基复合材料骨植入体的制备方法及其产品 | |
| CN105268977A (zh) | 一种钛合金人造生物关节的快速制造方法 | |
| CN104606712A (zh) | 一种具有贯通孔结构的仿生生物陶瓷及其制备方法和应用 | |
| CN104744025A (zh) | 一种羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷及其制备方法 | |
| CN107823712A (zh) | 一种用海螵蛸制备仿珊瑚人工骨的方法及其产品 | |
| CN108030957A (zh) | 一种用于3d打印人工软骨的凝胶材料及制备方法和应用 | |
| CN100506292C (zh) | 一种多孔结构钛种植体及制备方法 | |
| CN110171979B (zh) | 一种大尺寸个性化生物活性陶瓷植入体的制备方法 | |
| CN104803673A (zh) | 一种羟基磷灰石/钛酸钠复合生物陶瓷及其制备方法 | |
| Diao et al. | The applications and latest progress of ceramic 3D printing | |
| CN113559326A (zh) | 一种硅酸钙/硅酸镁生物骨多孔植入物及其制备方法和应用 | |
| CN106270516B (zh) | 双梯度多孔NiTi/羟基磷灰石复合材料的制备方法 | |
| CN109865157B (zh) | 一种基于光固化3d打印陶瓷骨支架的制备方法 | |
| CN110978203A (zh) | 一种复合人工骨氧化锆生物陶瓷及其制备方法 | |
| Sapkal et al. | Indirect fabrication of hydroxyapatite/β-tricalcium phosphate scaffold for osseous tissue formation using additive manufacturing technology | |
| Dwivedi et al. | Foundation of composites | |
| EP3339257B1 (en) | Method of producing medical material for replacing lost portions of hard tissue, and medical material produced through same | |
| CN104959615A (zh) | 骨科植入物异形件的制备方法 | |
| CN112408968B (zh) | 一种生物活性3d打印陶瓷及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200519 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |