β-磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種β?磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料及其制備方法，屬于生物材料領域。該β?磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料由如下按重量百分比計的成分組成：10?85wt％β?磷酸三鈣、10?85wt％碳酸鈣和5?30wt％磷酸鹽玻璃添加劑。本發(fā)明制備的β?TCP/CC雙相陶瓷體系不僅可提高人工骨的早期成骨活性，還能夠解決人工骨材料降解速率與骨生長速率不匹配的問題，滿足骨缺失修復和骨組織工程的需求。該材料具有優(yōu)良的生物相容性、引導成骨活性和全生物降解特性，可用于人的骨缺損的修復和替代；通過調節(jié)材料的組成和結構，可以調節(jié)其生物降解速率，使之與骨組織的生長速度相匹配。
【專利說明】
β-磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料及其制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于生物材料技術領域，具體涉及一種β-磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料 及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 目前，用于骨修復的產品約有數(shù)十種之多，其修復骨缺失的效果各異。除了同種異 體骨和異種骨外，人工骨產品主要可歸結為以下幾種材料:羥基磷灰石(HAP)多孔陶瓷;β-磷酸三鈣(β-TCP)多孔陶瓷;β-TCP/HAP雙相多孔陶瓷;多孔生物活性玻璃陶瓷;硫酸鈣固化 體;磷酸鈣骨水泥（固化產物以HAP為主晶相）；生物降解高分子材料(如膠原、聚乳酸等)與 HAP或β-TCP復合的多孔材料等。近二十年來，隨著骨組織工程學的發(fā)展，人們逐漸追求可在 體內全生物降解，且降解速率與新骨生長速率匹配的骨引導或誘導材料，那些不降解或降 解速度太慢或降解速度太快的材料體系在一定程度上受到了局限。由于磷酸鈣類多孔陶瓷 在組成、結構和力學性能等方面更接近于人體骨組織，且能誘導干細胞向骨細胞分化，因 此，受到格外的關注。尤其是鑒于β-TCP/HAP多孔陶瓷良好的生物相容性和骨誘導性，發(fā)展 了 β-TCP/HAP雙相多孔陶瓷，并在臨床獲得了廣泛的應用。在這種雙相材料中，β-TCP的局部 降解引發(fā)了骨引、誘導性，HAP相則基本不降解而作為骨細胞粘附和生長的基質，因而獲得 良好的骨修復效果。但這一材料體系仍有不足之處，就是β-TCP相降解速度較慢，且其中HAP 相仍難以降解。目前，臨床上廣泛使用的材料，如β-TCP多孔陶瓷和硫酸鈣固化體均是可完 全降解的生物材料，但前者降解速度較緩慢，而后者又降解速度過快。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種β-磷酸三鈣/碳酸鈣雙 相陶瓷材料。該材料具有優(yōu)良的生物相容性、引導成骨活性和全生物降解特性，可用于人的 骨缺損的修復和替代;通過調節(jié)材料的組成和結構(孔結構和分布），可以調節(jié)其生物降解 速率，使之與骨組織的生長速度相匹配。
[0004] 本發(fā)明的另一目的在于提供所述的β-磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料的制備方 法。
[0005] 本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn):一種β_磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料，由 如下按重量百分比計的成分組成：l〇-85wt%0-磷酸三鈣(0-TCP)、l〇-85wt%碳酸鈣(CC)和 5-30wt%磷酸鹽玻璃添加劑(PBG)。
[0006] 所述的β-磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料具有兩種結構:一種是致密型材料，氣孔 率〈10% ;另一種是多孔型材料，氣孔率多10%。
[0007] 所述的β-磷酸三鈣(β-TCP)和碳酸鈣(CC)的粒徑優(yōu)選為2-8μπι。
[0008] 所述的磷酸鹽玻璃添加劑(PBG)為Na2O-CaO-MgO-P2O5系生物玻璃，由如下按重量 百分比計的成分組成：l〇-12wt%Na2〇、5_8wt%CaO、l_2wt%Mg0和79_81wt%P2〇5。所述的 Na2O-CaO-MgO-P2O5系生物玻璃可采用"高溫熔融-水淬-細化"和"sol-gel法-煅燒-分散"兩 種工藝制備。
[0009]所述的β -磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料的制備方法，包括如下步驟：將1 〇 -85wt%0-磷酸三鈣、10-85wt%碳酸鈣和5-30wt%磷酸鹽玻璃添加劑混合均勻，加入6-7wt %蒸餾水，混勻，密封存放至水分均勻，得到混合粉體;將氯化鈉與所述的混合粉體按體 積比5-6.5:5-3.5混合均勻，裝入鋼模中預壓成型，然后裝入乳膠袋，抽真空后密封，經200-250MPa的冷等靜壓成型坯體，脫模后干燥至120°C后置于氣氛燒結爐中，以5°C/min的升溫 速率升溫至650°C，保溫20-40min后置于蒸餾水中，升溫至80°C進行鹽析，直至陶瓷中所有 的氯化鈉晶體全部溶出為止;將經鹽析的β-TCP/CC雙相生物陶瓷材料干燥至120 °C，得到β-磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料。
[0010] 所述的氯化鈉的粒徑優(yōu)選為600-800ym。
[0011] 所述的燒結優(yōu)選在CO2氣體保護下進行。
[0012] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下的優(yōu)點及效果:本發(fā)明制備的β-TCP/CC雙相陶瓷 體系不僅可提高人工骨的早期成骨活性，還能夠解決人工骨材料降解速率與骨生長速率不 匹配的問題，滿足骨缺失修復和骨組織工程的需求。該材料具有優(yōu)良的生物相容性、引導成 骨活性和全生物降解特性，可用于人的骨缺損的修復和替代;通過調節(jié)材料的組成和結構 (孔結構和分布），可以調節(jié)其生物降解速率，使之與骨組織的生長速度相匹配。
【附圖說明】
[0013] 圖1為實施例3的β-TCP/CC雙相陶瓷材料的顯微結構示意圖；
[0014] 圖2為實施例3的β-TCP/CC雙相陶瓷材料的粉體、成型、液相燒結示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0016] 實施例1
[0017] 磷酸鹽生物玻璃低溫燒結劑的制備(高溫熔融法）
[0018] 采用Na2O-CaO-MgO-P2O5系磷酸鹽生物玻璃(PBG)高溫熔融制備，具體步驟如下：
[0019] 1)配方
[0020]組成范圍為：Na20:10-12wt %，CaO: 5-8wt %，MgO: l-2wt %，P2〇5:79-81wt %。
[0021] 2)熔融制備
[0022]將配好的原料放入瓷研砵中搗碎、研細，過40目篩，然后將過篩粉體放入耐高溫瓷 坩堝中，置于碳化硅高溫爐中，以l〇°C/min的升溫速度升溫至1000°C，保溫1小時。
[0023] 3)水淬、細化
[0024]將保溫1小時的玻璃熔融坩堝從爐中取出，將熔化的玻璃液倒入盛有蒸餾水的搪 瓷盆中水淬，然后撈出玻璃熔塊，經干燥、研磨和氣流粉碎至近亞微米級，得到磷酸鹽生物 玻璃低溫燒結劑。
[0025] 實施例2
[0026]磷酸鹽生物玻璃低溫燒結劑的制備(溶膠-凝膠法）
[0027] 制備工藝步驟如下：
[0028] 1)將一定量的無水乙醇與去離子水均勻混合后加入一定量的十二胺(DDA)，于恒 溫加熱磁力攪拌器中攪拌I Om i η形成混合溶液；
[0029] 2)往上述溶液中加入磷酸三乙脂(TEP)，攪拌30min;
[0030] 3)稱取一定量的硝酸鈣、硝酸鈉、硝酸鎂溶于一定量的去離子水中，攪拌30min后 徹底溶解形成水溶液；
[0031 ] 4)將含硝酸鈣、硝酸鈉、硝酸鎂的水溶液緩慢加入懸濁液中，攪拌3h使各組分完成 水解、混合均勻；
[0032] 5)將混合均勻后的乳白色懸濁液靜置陳化ld，高速離心后得到白色凝膠沉淀，并 用無水乙醇和去離子水反復離心漂洗三遍得到濕的白色沉淀；
[0033] 6)將濕的白色沉淀在恒溫干燥箱中60 °C干燥24h得到干的白色沉淀粉末；
[0034] 7)將干的白色沉淀粉末置于高溫爐中，經過550-800°C熱處理l_3h，獲得球形微納 米生物活性玻璃粉末，即為磷酸鹽生物玻璃低溫燒結劑。
[0035] 實施例3-llf3_TCP/CC雙相生物陶瓷材料的制備
[0036] β_磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料的制備方法，包括如下步驟:將β_磷酸三鈣、碳 酸鈣和磷酸鹽生物玻璃添加劑采用干法球磨混合均勻，加入6-7wt %蒸餾水，混勻，密封存 放至水分均勻，得到混合粉體;將氯化鈉與所述的混合粉體按體積比6.5:3.5、6:4、5:5混合 均勻，裝入鋼模中預壓成型，然后裝入乳膠袋，抽真空后密封，經200-250MPa的冷等靜壓成 型坯體，脫模后干燥至120°C后置于氣氛燒結爐中，以5°C/min的升溫速率升溫至650°C，保 溫20-40min后置于蒸餾水中，升溫至80°C進行鹽析，直至陶瓷中所有的氯化鈉晶體全部溶 出為止。將經鹽析的β-TCP/CC雙相生物陶瓷材料干燥至120°C，得到β-磷酸三鈣/碳酸鈣雙 相陶瓷材料。（以下面的實施例3、氣孔率50% (氯化鈉與所述的混合粉體按體積比5:5混合） 的樣品為例，陳述放在后面。）
[0037] 所述的氯化鈉的粒徑為600_800μπι。
[0038]所述的燒結在CO2氣體保護下進行。
[0039]所述的β_磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料具有兩種結構:一種是致密型材料，氣孔 率〈10% ;另一種是多孔型材料，氣孔率多10%。
[0040] 所述的β-磷酸三鈣(β-TCP)和碳酸鈣(CC)的粒徑為2-8μπι。
[0041] 以實施例3為配方，氯化鈉與實施例3配方粉體按體積比5:5混合時，所成型、燒成 的樣品經檢測，其主要性能指標如下：
[0042] 氣孔率：52-55 %;
[0043]抗壓強度：1.2-2MPa;
[0044] 體外降解性能：試樣在1^8-!1(：1緩沖液(0.05111〇1/1，25°(：)中浸泡30天，質量損失 達到2%，而純β-TCP生物陶瓷的質量損失僅有1%，因此，其體外降解速率已提高一倍。
[0045] 表1各實施例的β-TCP/CC雙相陶瓷的組成配方
[0047]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種β-磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料，其特征在于，由如下按重量百分比計的成分 組成：10-85wt % β-磷酸三鈣、10-85wt %碳酸鈣和5-30wt %磷酸鹽玻璃添加劑。2. 根據權利要求1所述的β_磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料，其特征在于，所述的β_磷 酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料具有兩種結構:一種是致密型材料，氣孔率〈10%;另一種是多 孔型材料，氣孔率多10 %。3. 根據權利要求1所述的β_磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料，其特征在于，所述的β_磷 酸三1丐和碳酸1丐的粒徑為2-8μηι。4. 根據權利要求1所述的β_磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料，其特征在于，所述的磷酸 鹽玻璃添加劑為Na2〇-Ca〇-Mg〇-P 2〇5系生物玻璃，由如下按重量百分比計的成分組成：10-12wt % Na20、5-8wt % CaO、l-2wt %MgO 和 79-8 lwt % P2O5。5. 權利要求1所述的β_磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括 如下步驟:將l〇_85wt 磷酸三鈣、10-85wt %碳酸鈣和5-30wt %磷酸鹽玻璃添加劑混合 均勻，加入6-7wt %蒸餾水，混勻，密封存放至水分均勻，得到混合粉體;將氯化鈉與所述的 混合粉體按體積比5-6.5:5-3.5混合均勻，裝入鋼模中預壓成型，然后裝入乳膠袋，抽真空 后密封，經200-250MPa的冷等靜壓成型坯體，脫模后干燥至120°C后置于氣氛燒結爐中，以5 °C/min的升溫速率升溫至650°C，保溫20-40min后置于蒸餾水中，升溫至80°C進行鹽析，直 至陶瓷中所有的氯化鈉晶體全部溶出為止;將經鹽析的β-TCP/CC雙相生物陶瓷材料干燥至 120°C，得到β-磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料。6. 根據權利要求5所述的β-磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料的制備方法，其特征在于， 所述的氯化鈉的粒徑為600-800μπι。7. 根據權利要求5所述的β-磷酸三鈣/碳酸鈣雙相陶瓷材料的制備方法，其特征在于， 所述的燒結在C02氣體保護下進行。
【文檔編號】C04B35/01GK106007699SQ201610349122
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】陳曉明, 陽范文, 朱繼翔, 田秀梅
【申請人】廣州醫(yī)科大學