一種新型磷酸鈣生物活性陶瓷的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種磷酸鈣生物活性陶瓷，所述包括多孔磷酸鈣陶瓷基體和納米改性層，所述納米改性層為納米晶磷酸鈣。所述多孔磷酸鈣陶瓷基體表面通過(guò)改性處理自組裝形成一層納米磷酸鈣，從而使材料表面/界面具有較大的比表面積，利于吸附成骨相關(guān)蛋白和細(xì)胞，材料植入體內(nèi)后能快速釋放鈣、磷離子，促進(jìn)新骨形成，進(jìn)而使材料具有更好的生物活性和骨誘導(dǎo)性，同時(shí)該陶瓷具有更好的力學(xué)性能。
【專利說(shuō)明】一種新型磷酸鈣生物活性陶瓷
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域，具體涉及一種生物活性陶瓷。
【背景技術(shù)】
[0002]具有〃主動(dòng)修復(fù)功能〃和〃可調(diào)控生物響應(yīng)特性〃的生物活性材料正成為當(dāng)前和未來(lái)硬組織修復(fù)的重要發(fā)展方向。生物活性的概念最早由Hench提出，1969年Hench在研究生物玻璃時(shí)發(fā)現(xiàn):生物玻璃植入骨內(nèi)后在界面上與骨形成了化學(xué)鍵性結(jié)合，即此提出材料生物活性的概念，次年這個(gè)概念在國(guó)際上得到公認(rèn)。Hench定義生物活性材料是一類能在材料界面上誘導(dǎo)出特殊生物反應(yīng)，這種反應(yīng)導(dǎo)致組織和材料之間形成化學(xué)鍵接的生物材料。生物活性陶瓷就是指能與活體骨組織、活體軟組織形成化學(xué)鍵合的陶瓷材料。典型的生物活性陶瓷主要包括生物活性玻璃和磷酸鈣系生物活性陶瓷。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、生物學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展，生物活性的概念得到不斷延伸發(fā)展。當(dāng)前臨床應(yīng)用中，人們不僅希望材料能與組織緊密結(jié)合形成骨鍵合，而且希望材料具有誘導(dǎo)周圍組織細(xì)胞分化，促進(jìn)組織生長(zhǎng)的能力。對(duì)骨組織修復(fù)材料而言，不僅希望植入材料可以與骨形成骨鍵合，還希望植入材料具有快速誘導(dǎo)骨組織再生和修復(fù)的功能，即具有良好的生物活性和誘導(dǎo)骨生成能力。
[0003]具有良好生物活性的植入體可加快組織愈合和再生，實(shí)現(xiàn)缺損或病變骨組織的再生重建，從而達(dá)到永久康復(fù)。20世紀(jì)80年代中期，“組織工程”方法提出以材料為控釋載體，外加生長(zhǎng)因子和活體細(xì)胞體外培育形成活體器件，進(jìn)而移植入體內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)生物材料誘導(dǎo)組織再生的生物學(xué)功能。然而組織工程學(xué)中涉及的細(xì)胞體外培養(yǎng)技術(shù)復(fù)雜，所需生長(zhǎng)因子價(jià)格昂貴，患者個(gè)性化用藥物劑量選擇困難，以及儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)认盗袉?wèn)題極大地限制了其臨床推廣應(yīng)用。因此，通過(guò)材料學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，控制生物材料化學(xué)組成、仿生組織微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)行材料生物特性/功能學(xué)研究，進(jìn)而開(kāi)發(fā)能夠控制激活、調(diào)控機(jī)體成骨響應(yīng)特性，誘導(dǎo)骨組織再生，“具有主動(dòng)修復(fù)功能”的生物活性材料具有重要的市場(chǎng)價(jià)值和臨床應(yīng)用前景。
[0004]生物材料植入體內(nèi)后首先是其表面/界面與生物環(huán)境接觸，其生物學(xué)活性與其表面/界面直接相關(guān)。材料表面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)對(duì)植入體與宿主骨之間的結(jié)合非常重要。研究顯示，現(xiàn)有的兩種典型的生物活性材料:生物活性玻璃和多孔磷酸鈣陶瓷，其與骨的鍵合都是通過(guò)材料在體內(nèi)發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)在表面形成類骨磷灰石層再與骨化學(xué)鍵性結(jié)合的，這說(shuō)明生物材料的表面特性對(duì)于其生物活性起著至關(guān)重要的調(diào)控作用，材料的表面/界面及其行為與材料的骨誘導(dǎo)性直接相關(guān)?，F(xiàn)有的磷酸鈣生物陶瓷，由于具有和骨相似的化學(xué)成分，及可生物降解等性能，它一直是骨修復(fù)材料的重點(diǎn)選擇對(duì)象，然而通過(guò)常規(guī)陶瓷燒結(jié)技術(shù)制作的微米晶粒陶瓷往往生物活性不足，不能有效調(diào)控機(jī)體成骨響應(yīng)特性，快速誘導(dǎo)骨組織再生重建，影響了其臨床應(yīng)用效果。因此，為了賦予材料更好的生物活性及骨誘導(dǎo)性，近年來(lái)研究者提出通過(guò)材料自身的優(yōu)化設(shè)計(jì)，如優(yōu)化其孔結(jié)構(gòu)和細(xì)化材料晶粒(納米晶粒)等途徑可改善材料的生物活性和骨誘導(dǎo)性。納米材料所具有的獨(dú)特“納米效應(yīng)”，如小尺寸效應(yīng)、高比表面積、表面/界面效應(yīng)等特性在組織工程領(lǐng)域的誘人應(yīng)用前景。然而，盡管目前已有眾多關(guān)于合成、制備和評(píng)價(jià)磷酸鈣納米粒子、微粒的研究報(bào)道，其相關(guān)應(yīng)用中，納米磷酸鈣材料大多以分散形式，如納米顆粒、微粒，或者是以第二相的形式摻雜復(fù)合于其他基體材料(如高分子材料，膠原等)之中，而制備塊體狀的納米晶磷酸鈣生物活性陶瓷材料由于燒結(jié)工藝制約一直是其開(kāi)發(fā)應(yīng)用中的瓶頸。因此通過(guò)表面改性技術(shù)，在陶瓷表面復(fù)合、涂覆一層成分均一，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，性能優(yōu)越的磷酸鈣納米生物活性陶瓷材料具有重要的開(kāi)發(fā)應(yīng)用價(jià)值。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述問(wèn)題，提供了一種磷酸鈣生物活性陶瓷，通過(guò)在多孔陶瓷基體表面改性處理，自組裝形成一層納米磷酸鈣，從而使材料表面/界面具有較大的比表面積，利于吸附成骨相關(guān)蛋白和細(xì)胞，材料植入體內(nèi)后能快速釋放鈣、磷離子，促進(jìn)新骨形成，進(jìn)而使材料具有更好的生物活性和骨誘導(dǎo)性，同時(shí)此種陶瓷具有更好的力學(xué)性倉(cāng)泛。
[0006]本實(shí)用新型的目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0007]一種磷酸鈣生物活性陶瓷，包括多孔磷酸鈣陶瓷基體和納米改性層。所述納米改性層為納米晶磷酸鈣。
[0008]作為可選方式，所述納米改性層均勻地覆蓋在所述多孔磷酸鈣陶瓷基體的內(nèi)、夕卜表面，包括基體外表面及其內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的表面。
[0009]作為可選方式，所述納米改性層為顆粒狀或長(zhǎng)針狀納米晶磷酸鈣。
[0010]作為可選方式，所述為顆粒狀納米晶磷酸鈣為直徑30?500 nm的磷酸鈣納米晶體顆粒。
[0011]作為可選方式，所述長(zhǎng)針狀納米晶磷酸鈣是直徑為30?1000 nm，長(zhǎng)度為5?50μm的磷酸鈣納米晶須。
[0012]作為可選方式，所述磷酸鈣生物活性陶瓷中，多孔磷酸鈣陶瓷基體所占的質(zhì)量百分比為99.0 %?70 wt%，所述納米改性層所占的質(zhì)量百分比為1.0?30 wt%。
[0013]作為可選方式，所述多孔磷酸鈣陶瓷基體具有多級(jí)連通孔結(jié)構(gòu)，大孔之間通過(guò)小孔和微孔連通，大孔孔壁上分布有大量微孔。
[0014]作為可選方式，所述多孔磷酸鈣陶瓷基體的孔隙率為60%?95%、大孔孔徑為200?500 μ m、互穿貫通微孔孔徑為5?20 μ m。
[0015]作為優(yōu)選方式，所述基體磷酸鈣為:β相磷酸三鈣(β -TCP)或雙相磷酸鈣陶瓷(BCP)。
[0016]作為可選方式，所述納米改性層在多孔磷酸鈣陶瓷基體及其內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的表面原位生長(zhǎng)，基體層與納米改性層結(jié)合牢固，兩者間無(wú)明顯界限。所述磷酸鈣納米晶粒或晶須能夠夯填、橋接多孔陶瓷內(nèi)部孔隙之中的結(jié)構(gòu)缺陷，增強(qiáng)陶瓷材料的機(jī)械強(qiáng)度。
[0017]本實(shí)用新型所述的磷酸鈣生物活性陶瓷的制備方法為:在酸性溶液中通過(guò)水熱法對(duì)多孔磷酸鈣陶瓷基體進(jìn)行表面納米化改性。
[0018]作為可選方式，上述方法具體包括以下工序步驟:
[0019]I)配置ρΗ=4.0-6.0的酸性溶液；
[0020]2)將干燥潔凈的多孔磷酸鈣陶瓷基體材料投入配置好的酸性溶液之中，使固體材料被全部淹沒(méi)于酸性溶液中；[0021]3)在密閉的水熱反應(yīng)釜中，升溫至120?200°C，反應(yīng)0.5 h?12 h ;
[0022]4)自然冷卻至室溫，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)水洗、醇洗、過(guò)濾、烘干得到表面納米化改性磷酸鈣生物活性陶瓷材料。
[0023]作為可選方式，所述多孔磷酸鈣陶瓷基體材料與所述酸性溶液的配比為1:30 g/ml-1:10 g/ml。
[0024]作為可選方式，所述酸性溶液可以是無(wú)機(jī)酸也可以是有機(jī)酸，可以是羧酸也可以是磺酸，以能夠提供氫離子，營(yíng)造PH=4.0-6.0的酸性環(huán)境為準(zhǔn)。優(yōu)選無(wú)毒生物相容性好的酸。可以選擇硝酸，或鹽酸，或硫酸，或磷酸、醋酸、檸檬酸等中的任一種。
[0025]作為可選方式，所述反應(yīng)釜為聚四氟乙烯為襯底的水熱反應(yīng)釜。
[0026]作為可選方式，所述步驟3)中升溫速率為5 V /min，通過(guò)控制升溫速率可有效控制反應(yīng)的程度，避免晶粒過(guò)分長(zhǎng)大。
[0027]所述納米改性層的厚度可以通過(guò)控制反應(yīng)的PH值、反應(yīng)溫度、時(shí)間等參數(shù)來(lái)靈活調(diào)整，最極端是可以將整個(gè)基體完全納米化，作為優(yōu)選，可將所述納米改性層的厚度控制在材料整體厚度的1_30%。
[0028]作為可選方式，所述多孔磷酸鈣陶瓷基體材料的制備可采用如下步驟:
[0029]I)粉體制備；
[0030]2)孔結(jié)構(gòu)制作；
[0031]3)陶瓷燒結(jié)。
[0032]作為可選方式，上述粉體制備步驟可以通過(guò)“濕法化學(xué)反應(yīng)”合成磷酸鈣陶瓷前驅(qū)粉體，此粉體經(jīng)反應(yīng)控制合成為β -TCP粉體或BCP粉體；烘干并經(jīng)氣流粉碎,篩選直徑為80?160 μ m的干粉，作為制備多孔陶瓷胚體的前驅(qū)粉料。
[0033]作為可選方式，上述多孔結(jié)構(gòu)的制作步驟可以采用雙氧水發(fā)泡法(中國(guó)專利:CN1903384)，或微球占位法(中國(guó)專利:CN 1268583C)，或注漿法(美國(guó)專利:N0.3090094)制備基體磷酸鈣陶瓷的微孔結(jié)構(gòu)。
[0034]作為可選方式，上述燒結(jié)步驟為將多孔陶瓷胚體放入馬弗爐中燒結(jié)，從室溫升溫至1000?1200°C保溫I?3h燒結(jié)，然后隨爐冷卻，得到多孔磷酸鈣陶瓷基體材料。
[0035]作為可選方式，所述燒結(jié)步驟中升溫速率為5 0C /min。通過(guò)控制升溫速率可減少陶瓷的結(jié)構(gòu)缺陷。
[0036]本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0037]本實(shí)用新型的有益效果:
[0038]1、本實(shí)用新型所述的經(jīng)表面納米化改性處理后的磷酸鈣陶瓷具有納米形貌表面，使得材料表面/界面具有較大的比表面積，利于吸附成骨相關(guān)蛋白和細(xì)胞，材料易于在生物體內(nèi)快速釋放鈣、磷離子，促進(jìn)新骨生成，提升材料的生物活性。
[0039]2、本實(shí)用新型所述的經(jīng)表面納米化改性處理后的磷酸鈣陶瓷具有很好的骨誘導(dǎo)生成能力，增強(qiáng)骨連接和愈合功能，快速修復(fù)和重建受損骨組織。
[0040]3、本實(shí)用新型所述的表面納米化改性形成的磷酸鈣納米晶粒、晶須夯填、橋接了多孔陶瓷內(nèi)部孔隙之中的結(jié)構(gòu)缺陷，增強(qiáng)了陶瓷材料的機(jī)械強(qiáng)度。
[0041]4、本實(shí)用新型所述陶瓷植入體內(nèi)后釋放的納米磷酸鈣顆粒、微粒具有一定抑制骨腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的作用?？蓱?yīng)用于因腫瘤切除缺損骨組織的病灶修復(fù)重建。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0042]圖1為本實(shí)用新型所述磷酸鈣生物活性陶瓷的微觀構(gòu)造的局部示意圖，圖中I為多孔磷酸鈣陶瓷基體，2為納米改性層。
[0043]圖2為本實(shí)用新型所述磷酸鈣生物活性陶瓷掃描電鏡(SEM)照片，其中(a)為多孔磷酸鈣生物陶瓷表面改性處理前材料的孔結(jié)構(gòu)SEM圖，(b)為多孔磷酸鈣生物陶瓷表面改性處理前材料的顯微晶粒SEM圖，(c)為多孔磷酸鈣生物陶瓷表面改性處理后顆粒狀納米晶粒形貌SEM圖，(d)為多孔磷酸鈣生物陶瓷表面改性處理后長(zhǎng)針狀納米晶須形貌SEM圖，(e)為多孔磷酸鈣生物陶瓷表面改性處理后長(zhǎng)針狀納米晶須形貌高倍SEM圖。
[0044]圖3為X射線衍射圖譜，其中(a)為表面納米化改性磷酸鈣生物活性陶瓷相成分鑒定XRD圖，(b)為HA晶體標(biāo)準(zhǔn)XRD圖譜，(c)為β -TCP晶體標(biāo)準(zhǔn)XRD圖譜。
[0045]圖4為表面納米化改性磷酸鈣生物活性陶瓷的力學(xué)性能測(cè)試圖。
[0046]圖5為HE染色組織切片圖，其中(a)為未表面改性磷酸鈣陶瓷植入兔子背部肌肉3個(gè)月HE染色組織切片圖；(b)表面納米化改性磷酸鈣陶瓷植入兔子背部肌肉3個(gè)月HE染色組織切片圖(圖中放大倍數(shù)均為200倍)。
【具體實(shí)施方式】
[0047]以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，但不能理解為對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本實(shí)用新型的內(nèi)容對(duì)本實(shí)用新型作出一些非本質(zhì)性的改進(jìn)和調(diào)整。
[0048]結(jié)構(gòu)表征與性能測(cè)試:
[0049]1、磷酸鈣生物活性陶瓷的孔結(jié)構(gòu)由壓汞儀測(cè)試表征。
[0050]結(jié)果表明:材料的孔結(jié)構(gòu)為相互貫通多孔結(jié)構(gòu)，測(cè)試陶瓷總體孔隙率為60%?95%，大孔孔徑為200?500 μ m、互穿貫通微孔孔徑為5?20 μ m。
[0051]2、磷酸鈣生物活性陶瓷顯微結(jié)構(gòu)由SEM測(cè)試。
[0052]結(jié)果詳見(jiàn)圖2(a)?(d)所示。
[0053]結(jié)果表明:陶瓷顯示出豐富的微孔結(jié)構(gòu)，其大孔孔徑為200?500 ym，微孔間相互貫通，互穿貫通微孔孔徑為5?20 μ m，微孔壁有豐富毛細(xì)微孔，其孔徑為I?5 μπι。
[0054]3、表面納米磷酸鈣晶體成分由XRD鑒定表征。
[0055]結(jié)果詳見(jiàn)圖3(a)?(C)所示。
[0056]結(jié)果表明:陶瓷的表面納米改性層為結(jié)晶不完整的納米磷酸鈣顆?；蚓ы殸钗锵?，陶瓷的表面納米改性層主要物相組成為羥基磷灰石相。
[0057]4、材料力學(xué)性能經(jīng)動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試(Dynamic mechanical analysis, DMA)。
[0058]結(jié)果詳見(jiàn)圖4所示。
[0059]結(jié)果表明:經(jīng)表面納米化改性處理后的磷酸鈣陶瓷材料的力學(xué)性能得到了一定改善，其最大抗壓強(qiáng)度由改性前的0.5?2.2 MPa增強(qiáng)至3.0?5.0 MPa。
[0060]5、材料的生物活性及骨誘導(dǎo)性通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，選擇在兔子背部肌肉植入。[0061]結(jié)果詳見(jiàn)圖5(a)?(b)所示。
[0062]結(jié)果表明:經(jīng)表面納米化改性處理后的磷酸鈣陶瓷具有良好的生物活性，能夠有效誘導(dǎo)和促進(jìn)新生骨組織的形成和生長(zhǎng)。
[0063]實(shí)施例1:
[0064]I)通過(guò)“濕法化學(xué)反應(yīng)”(具體步驟參考Biomaterials 2004;25:659-67.)合成β相磷酸三鈣(β -TCP)粉體，烘干并經(jīng)氣流粉碎，篩選直徑為80?160 μ m的干粉，作為制備多孔陶瓷胚體的前驅(qū)粉料；
[0065]2)采用“雙氧水發(fā)泡法”制備基體磷酸鈣陶瓷的微孔結(jié)構(gòu)，以5 wt%的聚乙烯醇，加雙氧水調(diào)制陶瓷漿料至稀泥狀，攪拌均勻后通過(guò)微波爐加熱分解雙氧水產(chǎn)生氣體以發(fā)泡陶瓷漿料，將含有豐富泡沫的陶瓷漿料放置于80X30X30 mm (長(zhǎng)X寬X高)的模具中烘干制得多孔陶瓷胚體；
[0066]3)將多孔陶瓷胚體放入馬弗爐中燒結(jié)，以5 V /min的速率從室溫升溫至1100 V保溫2 h燒結(jié)，然后隨爐冷卻，得到多孔磷酸鈣陶瓷材料；
[0067]4)表面納米化改性。配置pH=4.0的硝酸稀溶液，選取配比為1:30 g/ml的多孔磷酸鈣陶瓷材料浸沒(méi)于硝酸稀溶液中，在聚四氟乙烯為襯底的水熱反應(yīng)釜中，以5 V /min的速度升溫至150 °C，反應(yīng)2 h，自然冷卻至室溫，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)水洗、醇洗、過(guò)濾、烘干得到表面納米化改性磷酸鈣生物活性陶瓷材料試樣；
[0068]陶瓷表面納米化改性前的孔結(jié)構(gòu)及顯微晶粒SEM如圖2-(a)、(b)所示，所得的磷酸鈣活性陶瓷材料的孔結(jié)構(gòu)為:孔隙率75%、大孔孔徑150?300 μ m、互穿貫通微孔孔徑為?10 μπι，顯微晶粒:2-10 μ m;陶瓷表面納米化改性后的表面形貌及晶粒如圖2-(d)、(e)所示；從SEM圖可以看到，多孔磷酸鈣陶瓷經(jīng)表面納米化改性處理后材料表面可見(jiàn)明顯的微納米晶須生成，該微納米晶須長(zhǎng)20-40 μ m,直徑約300 nm。
[0069]實(shí)施例2:
[0070]以雙相磷酸鈣陶瓷(BCP)為基體進(jìn)行表面納米化改性處理，其產(chǎn)品制備工藝及步驟與實(shí)施例1相同，不同之處在于步驟I)中通過(guò)“濕法化學(xué)反應(yīng)”合成的陶瓷粉體為雙相磷酸鈣粉體，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多孔陶瓷胚體制作并燒結(jié)成瓷，再對(duì)此種雙相磷酸鈣陶瓷進(jìn)行表面納米化改性處理，所得的磷酸鈣活性生物陶瓷材料的孔結(jié)構(gòu)為:孔隙率75%、大孔孔徑150?300 μ m、互穿貫通微孔孔徑為?10 μ m，顯微晶粒:2_10 μ m ;陶瓷表面呈微納米晶須狀，該微納米晶須長(zhǎng)10-20 μπι，直徑約150 nm，所得晶須密度較實(shí)施例1濃密，但形貌更纖細(xì)。此說(shuō)明磷酸鈣陶瓷表面的納米化處理是通過(guò)一種溶解-再沉積機(jī)制控制，磷酸鈣陶瓷中的β -TCP相由于溶解性好，因而易于溶解-再沉積進(jìn)而自組裝結(jié)晶的進(jìn)行，從而使得純?chǔ)孪嗔姿崛}陶瓷表面的納米晶須粗大。
[0071]實(shí)施例3:
[0072]以純?chǔ)孪嗔姿崛}陶瓷為基體進(jìn)行表面納米化改性處理，其產(chǎn)品制備步驟及過(guò)程與實(shí)施例1相同，不同之處在于步驟4)中表面處理改性溶液的配置選取為磷酸調(diào)制ρΗ=5.0，將配比為1:30 g/ml的β-TCP陶瓷材料浸沒(méi)于磷酸稀溶液中，在聚四氟乙烯襯底的水熱反應(yīng)釜中以5°C /min的速度升溫至150°C，反應(yīng)2 h，自然冷卻至室溫得到表面納米化磷酸鈣生物活性陶瓷。所得的磷酸鈣活性生物陶瓷材料的孔結(jié)構(gòu)為:孔隙率75%、大孔孔徑150?300 μ m、互穿貫通微孔孔徑為?10 μ m，顯微晶粒:2_10 μ m ;陶瓷表面呈微納米晶須狀，該微納米晶須長(zhǎng)8-15 μL?，直徑約120 nm，所得晶須密度比實(shí)施例1及實(shí)施例2中的產(chǎn)品形貌更為纖細(xì)。此說(shuō)明磷酸鈣陶瓷表面的納米化處理是通過(guò)一種溶解-再沉積機(jī)制控制，調(diào)控pH值升高不利于磷酸鈣陶瓷中的鈣、磷離子溶解，因而不利于納米磷酸鈣晶須的長(zhǎng)大，故而所得表面改性的陶瓷晶須纖細(xì)。
[0073]實(shí)施例4:
[0074]以雙相磷酸鈣陶瓷為基體進(jìn)行表面納米化改性處理，其產(chǎn)品制備步驟及過(guò)程與實(shí)施例2相同，不同之處在于步驟4)中表面處理改性溶液的配置選取為磷酸調(diào)制pH=6.0，將配比為1:10 g/ml的β-TCP陶瓷材料浸沒(méi)于磷酸稀溶液中，在聚四氟乙烯襯底的水熱反應(yīng)釜中以5°C /min的速度升溫至120°C，反應(yīng)0.5 h，自然冷卻至室溫得到表面納米化磷酸鈣生物活性陶瓷。所得的磷酸鈣活性生物陶瓷材料的孔結(jié)構(gòu)為:孔隙率75%、大孔孔徑150~300 μ m、互穿貫通微孔孔徑為~10 μ m，顯微晶粒:2-10 μ m ;陶瓷表面形成一層微納米晶粒(如圖2-c所示)，該微粒直徑約80-100 nm，所得的陶瓷表面形貌較實(shí)施例1_3中的產(chǎn)品大為不同，為表面呈納米微粒狀的磷酸鈣生物活性陶瓷。
[0075]實(shí)施例5:
[0076]以雙相磷酸鈣陶瓷為基體進(jìn)行表面納米化改性處理，其產(chǎn)品制備步驟及過(guò)程與實(shí)施例2相同，不同之處在于步驟4)中表面處理改性溶液的配置選取為磷酸調(diào)制pH=5.5，將配比為l:15g/ml的β-TCP陶瓷材料浸沒(méi)于磷酸稀溶液中，在聚四氟乙烯襯底的水熱反應(yīng)釜中以5°C /min的速度升 溫至140°C，反應(yīng)I h，自然冷卻至室溫得到表面納米化磷酸鈣生物活性陶瓷。所得的磷酸鈣活性生物陶瓷材料的表面微納米晶須長(zhǎng)8-12 μπι，直徑約100nm。
[0077]實(shí)施例6:
[0078]以雙相磷酸鈣陶瓷為基體進(jìn)行表面納米化改性處理，其產(chǎn)品制備步驟及過(guò)程與實(shí)施例2相同，不同之處在于步驟4)中表面處理改性溶液的配置選取為磷酸調(diào)制pH=4.5，將配比為1:20 g/ml的β -TCP陶瓷材料浸沒(méi)于磷酸稀溶液中，在聚四氟乙烯襯底的水熱反應(yīng)釜中以5°C /min的速度升溫至150°C，反應(yīng)4 h，自然冷卻至室溫得到表面納米化磷酸鈣生物活性陶瓷。所得的磷酸鈣活性生物陶瓷材料的表面微納米晶須長(zhǎng)30-40 μ m，直徑約500nm。
[0079]實(shí)施例4-6說(shuō)明磷酸鈣陶瓷表面的納米化處理是通過(guò)一種溶解-再沉積機(jī)制控制，陶瓷表面微納米粒子/晶須的形成是一個(gè)晶體生長(zhǎng)的過(guò)程，調(diào)控表面處理的工藝參數(shù)，如延長(zhǎng)處理時(shí)間，提高處理溫度，下調(diào)調(diào)處理介質(zhì)pH值，可促進(jìn)納米磷酸鈣晶體的生長(zhǎng)，故而所得產(chǎn)品的表面微納米晶須形貌逐漸變得粗大。
[0080]實(shí)施例7:
[0081]以雙相磷酸鈣陶瓷(BCP)為基體進(jìn)行表面納米化改性處理，其產(chǎn)品制備工藝及步驟與實(shí)施例1相同，不同之處在于步驟2中陶瓷胚體的多孔結(jié)構(gòu)采用“微球占位法”，由粒徑為300~500 μ m的聚氨酯微球混合攪拌于陶瓷胚體漿料中，再澆注入模具烘干燒結(jié)成瓷，所得的陶瓷材料孔結(jié)構(gòu)為:孔隙率60%、大孔孔徑250~400 μ m、互穿貫通微孔孔徑為~8μ m，顯微晶粒:5-10 μπι。經(jīng)表面納米化改性后陶瓷表面呈微納米晶須狀，該微納米晶須長(zhǎng)10-20 μπι，直徑約150nm。此說(shuō)明本專利提供的磷酸鈣陶瓷表面微納米化處理技術(shù)對(duì)陶瓷多孔結(jié)構(gòu)的“內(nèi)外表面”均進(jìn)行了有效的納米化處理，此工藝不受陶瓷孔結(jié)構(gòu)的限制，不同于一般表面改性技術(shù)，如噴涂、涂覆等改性技術(shù)僅針對(duì)材料的幾何外表面改性，因而更有利于宿主骨組織的長(zhǎng)入和嵌合，提升陶瓷的生物活性和骨誘導(dǎo)性。
[0082]實(shí)施例8:
[0083]以雙相磷酸鈣陶瓷(BCP)為基體進(jìn)行表面納米化改性處理，其產(chǎn)品制備工藝及步驟與實(shí)施例1相同，不同之處在于調(diào)控步驟4中的改性處理時(shí)間，使其陶瓷表面微納米層的含量約為整個(gè)材料的5.0%，采用動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試測(cè)得其最大抗壓強(qiáng)度為3.02 MPa，較未表面微納米化改性處理前雙相磷酸鈣陶瓷抗壓強(qiáng)度的1.82 MPa提升約1.66倍(如圖4所示)。
[0084]實(shí)施例9:
[0085]以雙相磷酸鈣陶瓷(BCP)為基體進(jìn)行表面納米化改性處理，其產(chǎn)品制備工藝及步驟與實(shí)施例1相同，不同之處在于調(diào)控步驟4中的改性處理時(shí)間，使其陶瓷表面微納米層的含量約為整個(gè)材料的7.0%，采用動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試測(cè)得其最大抗壓強(qiáng)度為3.48 MPa，較未表面微納米化改性處理前雙相磷酸鈣陶瓷抗壓強(qiáng)度的1.82 MPa提升約1.91倍(如圖4所示)。
[0086]實(shí)施例10:
[0087]以雙相磷酸鈣陶瓷(BCP)為基體進(jìn)行表面納米化改性處理，其產(chǎn)品制備工藝及步驟與實(shí)施例1相同，不同之處在于調(diào)控步驟4中的改性處理時(shí)間，使其陶瓷表面微納米層的含量約為整個(gè)材料的10.0%，采用動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試測(cè)得其最大抗壓強(qiáng)度為4.23 MPa，較未表面微納米化改性處理前雙相磷酸鈣陶瓷抗壓強(qiáng)度的1.82 MPa提升約2.32倍(如圖4所示)。實(shí)施例8-10說(shuō)明，磷酸鈣陶瓷經(jīng)表面納米化改性處理后，材料的機(jī)械性能得到了不同程度的改善。
[0088]實(shí)施例10:
[0089]選擇市售的商品磷酸鈣陶瓷作為基體材料，選取了 β相磷酸三鈣陶瓷(β -TCP)、雙相磷酸鈣陶瓷(BCP)等一系列商品磷酸鈣陶瓷，其孔隙率在60%?95%范圍內(nèi)、大孔孔徑在200?500 μπι范圍內(nèi)、互穿貫通微孔孔徑在5?20 μ m范圍內(nèi)，通過(guò)本實(shí)用新型所述水熱反應(yīng)方法都成功地實(shí)現(xiàn)了多孔陶瓷基體材料內(nèi)外表面的納米化改性，獲得了納米晶磷酸鈣質(zhì)量百分含量占1.0?30 wt%的一系列表面納米化改性的磷酸鈣生物活性陶瓷，其中具有長(zhǎng)針狀磷酸鈣納米晶須作為改性層的，其晶須直徑為30?1000 nm，長(zhǎng)度為5?50 μ m。具有磷酸鈣納米晶體顆粒作為改性層的，其顆粒直徑為30?500 nm不等。此外，實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn):由于羥基磷灰石(HA)的溶解性較差，因而在其表面難以進(jìn)行有效的納米改性處理，因此本方法選取的磷酸鈣陶瓷基體為β相磷酸三鈣和雙相磷酸鈣等系列生物陶瓷。
[0090]本實(shí)施例分別在采用硝酸，鹽酸或硫酸，磷酸，醋酸，檸檬酸配置的酸性溶液均成功的實(shí)現(xiàn)了對(duì)品磷酸鈣陶瓷的納米化改性。
[0091]實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn):當(dāng)所述酸性溶液PH值偏高，反應(yīng)時(shí)間偏短時(shí)易形成顆粒狀納米改性層，反之，則易形成長(zhǎng)針狀磷酸鈣納米晶須。
[0092]通過(guò)本實(shí)施例還證實(shí)，采用本實(shí)用新型所述方法可以在各種尺寸規(guī)格的多孔陶瓷基體表面進(jìn)行納米化改性，改性后材料的外觀形狀和孔隙率都沒(méi)有顯著變化。
[0093]應(yīng)用實(shí)例1:
[0094]以實(shí)施例2中制備的表面納米化改性磷酸鈣生物活性陶瓷材料植入兔子背部肌肉1.5個(gè)月，取樣進(jìn)行脫鈣、HE染色以觀察材料中生長(zhǎng)的新生組織形態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)表面納米化改性處理后的磷酸鈣生物活性陶瓷在植入兔子異位骨部位1.5個(gè)月后，兔子植入部位無(wú)明顯的炎性反應(yīng)，材料表面形成一層類骨磷灰石層，陶瓷孔結(jié)構(gòu)中長(zhǎng)入大量新生組織，呈結(jié)締組織形態(tài)，有類似血管化現(xiàn)象發(fā)生，相比未經(jīng)過(guò)表面納米化改性的磷酸鈣生物陶瓷表面的類骨磷灰石及新生組織的形成狀況要好。這說(shuō)明表面納米化改性處理有利于提升材料的生物活性。
[0095]應(yīng)用實(shí)例2:
[0096]以實(shí)施例2中制備的表面納米化改性磷酸鈣生物活性陶瓷材料植入兔子背部肌肉3個(gè)月，取樣進(jìn)行脫鈣、HE染色以觀察材料中生長(zhǎng)的新生組織形態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，陶瓷植入3個(gè)月后，兔子植入部位無(wú)任何炎性反應(yīng)，陶瓷內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)中可見(jiàn)大量新生骨組織形成，成骨區(qū)域明顯，伴隨有血管化現(xiàn)象發(fā)生，相比未經(jīng)過(guò)表面納米化改性的磷酸鈣生物陶瓷內(nèi)部新生骨組織的生長(zhǎng)及形成區(qū)域狀況更好(如圖5所示)。這說(shuō)明表面納米化改性處理有利于改善磷酸鈣陶瓷材料的骨誘導(dǎo)性。
[0097]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型而言僅是說(shuō)明性的，而非限制性的；本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解，在本實(shí)用新型所限定的精神和范圍內(nèi)可對(duì)其進(jìn)行許多改變，修改，甚至等效變更，但都將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種磷酸鈣生物活性陶瓷，其特征在于，由多孔磷酸鈣陶瓷基體和納米改性層構(gòu)成，所述納米改性層為納米晶磷酸鈣，所述納米改性層均勻地覆蓋在所述多孔磷酸鈣陶瓷基體的內(nèi)、外表面，包括基體外表面及其內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的表面，基體層與納米改性層結(jié)合牢固，所述納米改性層中的磷酸鈣納米晶粒或晶須夯填、橋接到所述多孔磷酸鈣陶瓷基體內(nèi)部孔隙之中的結(jié)構(gòu)缺陷處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鈣生物活性陶瓷，其特征在于，所述納米改性層的厚度占材料整體厚度的1_30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鈣生物活性陶瓷，其特征在于，所述多孔磷酸鈣陶瓷基體具有多級(jí)連通孔結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磷酸鈣生物活性陶瓷，其特征在于，所述多孔磷酸鈣陶瓷基體的孔隙率為60%?95%、大孔孔徑為200?500 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鈣生物活性陶瓷，其特征在于，所述基體磷酸鈣為:β相磷酸三鈣(β-TCP)或雙相磷酸鈣陶瓷(BCP)。
【文檔編號(hào)】A61L27/32GK203777373SQ201320792152
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】周長(zhǎng)春, 葉興江, 樊渝江, 肖占文, 肖玉梅, 譚言飛, 張興棟 申請(qǐng)人:四川大學(xué)