CN109793939A - 一种高比表面积磷酸钙陶瓷多孔支架及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高比表面积磷酸钙陶瓷多孔支架及其制备方法，属于生物材料领域。本发明将粘结剂溶液与β磷酸三钙粉体混合均匀，再加入发泡剂混合均匀，然后进行微波处理，将得到的混合浆料倒入模具中，之后进行干燥和烧结，制得磷酸钙陶瓷多孔支架。本发明的制备流程简化，大大缩短制备周期，制备工艺简单，降低了对设备的依赖，支架易成型，可根据需要订制形状，且支架孔径均一，孔道贯通。

Description

一种高比表面积磷酸钙陶瓷多孔支架及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物材料技术领域，具体涉及一种高比表面积磷酸钙陶瓷多孔支架及其制备方法。

背景技术

骨缺损是临床上的常见疾病，据统计，我国每年因疾病、创伤、肿瘤等造成的骨缺损病人超过100万。虽然骨具有自我再生和修复的能力，但是单纯靠自我修复缺损部位往往难以愈合，大段骨缺损的修复目前仍是骨科治疗的难点。人工骨修复材料与传统的骨修复方案(自体骨、异体骨及异种骨材料)相比，具有无免疫排斥、无动物源性风险、成本低廉、来源广泛、免除病人二次手术等优点，被认为是一类最具前景的骨修复材料。

人工骨材料往往为仿生天然骨结构的连通多孔支架，以便于细胞和血管长入到材料内部从而促进新骨快速形成。不同尺寸的孔洞适合不同细胞的生长以及朝着不同方向分化。例如，200-300微米的孔适合骨传导，60-150微米的孔适合血管平滑肌细胞长入，而70-120微米的孔则适合软骨长入。因此，不同孔径的连通多孔支架符合临床上不同的需求。虽然目前离心冷冻干燥法、有机泡沫浸渍法、致孔剂压制法、3D打印法及微球致孔剂堆积法等方法均可制备连通多孔支架，但都存在这样或那样的缺陷，如通孔率不高、孔洞形状不规则、孔径大小不均一、成本高等。这使得制备的多孔支架的孔结构与天然骨差异较大，极大地限制其应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种高比表面积磷酸钙陶瓷多孔支架及其制备方法，以解决现有多孔支架的孔率较低、孔洞形状不规则、孔径大小不均一以及成本低的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种高比表面积磷酸钙陶瓷多孔支架的制备方法，包括：将粘结剂溶液与β磷酸三钙粉体混合均匀，再加入发泡剂溶液混合均匀，然后进行微波处理，将得到的混合浆料倒入模具中，之后进行干燥和烧结，制得磷酸钙陶瓷多孔支架。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述粘结剂溶液和β磷酸三钙粉体的质量比为(1-4)：1，粘结剂溶液的浓度为10wt％-20wt％。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述粘结剂溶液包括：明胶3wt％-5wt％、聚乙烯吡咯烷酮2wt％-5wt％、聚乙烯醇2wt％-5wt％和甲基纤维素3wt％-5wt％，余量为蒸馏水。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述粘结剂溶液中粘结剂为明胶、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和甲基纤维素中的一种或多种。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述发泡剂溶液与β磷酸三钙粉体的质量比为(0.2-0.3)：1。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述发泡剂溶液为浓度为20wt％-30wt％的过氧化氢溶液。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，微波处理的时间为5s-25s，微波功率为650W-700W。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，干燥温度为40℃-80℃，干燥时间为12h-24h。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，烧结温度为1000℃-1050℃，保温时间为3h-5h。

上述的制备方法制备得到的高比表面积磷酸钙陶瓷多孔支架。

本发明具有以下有益效果：

本发明以β磷酸三钙粉体为骨架原料，通过粘结剂和发泡剂成型为多孔结构，并在模具中成型为各种造型的支架，整个过程十分简单且易操作，实用性强。同时，在制备过程中，本发明通过微波处理，使发泡剂迅速发泡并在粘结剂的作用下使孔固化成型，而且微波处理后发泡形成的孔径更加均一且为贯通孔结构，更有利于细胞和血管生长，促使新骨形成。

本发明的制备流程简化，大大缩短制备周期，制备工艺简单，降低了对设备的依赖，支架易成型，可根据需要订制形状，且支架孔径均一，孔道贯通。

本发明以明胶3wt％-5wt％、聚乙烯吡咯烷酮2wt％-5wt％、聚乙烯醇2wt％-5wt％和甲基纤维素3wt％-5wt％制成复合的粘结剂溶液对β磷酸三钙粉体进行粘结，其相较于单一成分的粘结剂，粘结效果过更好，能够均匀地与β磷酸三钙粉体融合且固化均匀，从而有利于提高多孔支架整体强度。

本发明选用过氧化氢为发泡剂，在微波加热条件下分解为氧气和水，氧气用于发泡形成多孔结构，水在后续干燥过程中能够去除，相较于其它发泡剂，成本更低，且不会引入其它元素，从而保证最终所制备支架的纯度。选用浓度为25-35wt％的过氧化氢溶液作为发泡剂，其形成的孔隙大小适中，适合用作人工骨材料。

附图说明

图1为本发明制得的磷酸钙陶瓷多孔支架的扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1：

本实施例的高比表面积磷酸钙陶瓷多孔支架的制备方法，包括：

将粘结剂溶于水后得到浓度为10wt％的粘结剂溶液，将粘结剂溶液与β磷酸三钙粉体按照1：1的质量比混合均匀，然后按照过氧化氢溶液与β磷酸三钙粉体的质量比为0.25：1的比例加入浓度为25wt％的过氧化氢溶液混合均匀，然后用功率为750W的微波处理5s，将得到的混合浆料倒入模具中，之后在40℃下干燥18h，在1000℃下烧结5h，制得磷酸钙陶瓷多孔支架。

上述粘结剂溶液包括：明胶3wt％、聚乙烯吡咯烷酮2wt％、聚乙烯醇2wt％和甲基纤维素3wt％，余量为蒸馏水。

实施例2：

本实施例的高比表面积磷酸钙陶瓷多孔支架的制备方法，包括：

将粘结剂溶于水后得到浓度为20wt％的粘结剂溶液，将粘结剂溶液与β磷酸三钙粉体按照4：1的质量比混合均匀，然后按照过氧化氢溶液与β磷酸三钙粉体的质量比为0.2：1的比例加入浓度为30wt％的过氧化氢溶液混合均匀，然后用功率为650W的微波处理25s，将得到的混合浆料倒入模具中，之后在80℃下干燥24h，在1050℃下烧结3h，制得磷酸钙陶瓷多孔支架。

上述粘结剂溶液包括：明胶5wt％、聚乙烯吡咯烷酮5wt％、聚乙烯醇5wt％和甲基纤维素5wt％，余量为蒸馏水。

实施例3：

本实施例的高比表面积磷酸钙陶瓷多孔支架的制备方法，包括：

将粘结剂溶于水后得到浓度为15wt％的粘结剂溶液，将粘结剂溶液与β磷酸三钙粉体按照3：1的质量比混合均匀，然后按照过氧化氢溶液与β磷酸三钙粉体的质量比为0.3：1的比例加入浓度为20wt％的过氧化氢溶液混合均匀，然后用功率为700W的微波处理15s，将得到的混合浆料倒入模具中，之后在60℃下干燥18h，在1020℃下烧结4h，制得磷酸钙陶瓷多孔支架。

上述粘结剂溶液包括：明胶4wt％、聚乙烯吡咯烷酮3.5wt％、聚乙烯醇3.5wt％和甲基纤维素4wt％，余量为蒸馏水。

实施例4：

本实施例的高比表面积磷酸钙陶瓷多孔支架的制备方法，包括：

将粘结剂溶于水后得到浓度为18wt％的粘结剂溶液，将粘结剂溶液与β磷酸三钙粉体按照2：1的质量比混合均匀，然后按照过氧化氢溶液与β磷酸三钙粉体的质量比为0.22：1的比例加入浓度为22wt％的过氧化氢溶液混合均匀，然后用功率为680W的微波处理20s，将得到的混合浆料倒入模具中，之后在50℃下干燥20h，在1050℃下烧结3h，制得磷酸钙陶瓷多孔支架。

上述粘结剂溶液包括：明胶4wt％、聚乙烯吡咯烷酮3wt％、聚乙烯醇4wt％和甲基纤维素4wt％，余量为蒸馏水。

实施例5：

本实施例的高比表面积磷酸钙陶瓷多孔支架的制备方法，包括：

将粘结剂溶于水后得到浓度为12wt％的粘结剂溶液，将粘结剂溶液与β磷酸三钙粉体按照3：1的质量比混合均匀，然后按照过氧化氢溶液与β磷酸三钙粉体的质量比为0.27：1的比例加入浓度为28wt％的过氧化氢溶液混合均匀，然后用功率为720W的微波处理15s，将得到的混合浆料倒入模具中，之后在70℃下干燥16h，在1030℃下烧结4h，制得磷酸钙陶瓷多孔支架。

上述粘结剂溶液包括：明胶3wt％、聚乙烯吡咯烷酮4wt％、聚乙烯醇2wt％和甲基纤维素3wt％，余量为蒸馏水。

将上述实施例制得的陶瓷多孔支架进行扫描电子显微镜观察，其制得的陶瓷多孔支架孔径均一，孔道贯通，微孔数量多且分布均匀。图1为实施例3的扫描电镜照片。表1为实施例3的磷酸钙陶瓷多孔支架的比表面测试结果。表2现有磷酸钙陶瓷多孔支架的比表面测试结果。

表1

表2

从表1和表2可以看出，本发明实施例制得的多孔支架其比表面积相对于现有的磷酸钙陶瓷多孔支架有了明显提高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高比表面积磷酸钙陶瓷多孔支架的制备方法，其特征在于，包括：将粘结剂溶液与β磷酸三钙粉体混合均匀，再加入发泡剂溶液混合均匀，然后进行微波处理，将得到的混合浆料倒入模具中，之后进行干燥和烧结，制得磷酸钙陶瓷多孔支架。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂溶液和β磷酸三钙粉体的质量比为(1-4)：1，所述粘结剂溶液的浓度为10wt％-20wt％。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂溶液包括：明胶3wt％-5wt％、聚乙烯吡咯烷酮2wt％-5wt％、聚乙烯醇2wt％-5wt％和甲基纤维素3wt％-5wt％，余量为蒸馏水。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂溶液中粘结剂为明胶、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和甲基纤维素中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述发泡剂溶液与所述β磷酸三钙粉体的质量比为(0.2-0.3)：1。

6.根据权利要求5的制备方法，其特征在于，所述发泡剂溶液为浓度为20wt％-30wt％的过氧化氢溶液。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，微波处理的时间为5s-25s，微波功率为650W-700W。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，干燥温度为40℃-80℃，干燥时间为12h-24h。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，烧结温度为1000℃-1050℃，保温时间为3h-5h。

10.权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的高比表面积磷酸钙陶瓷多孔支架。