專利名稱：白硅鈣石生物陶瓷及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有生物活性的白硅鈣石(Ca7MgSi4O16)陶瓷材料的制備方法及用途，屬于生物材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
含Ca和Si的硅灰石陶瓷用作生物材料已有一些文獻(xiàn)報(bào)道。其最顯著的特點(diǎn)就是它具有良好的誘導(dǎo)羥基磷灰石形成和刺激成骨細(xì)胞的增殖的能力，體現(xiàn)了較好的生物活性。而且，透灰石(CaMgSi2O6)，這種含有Ca、Mg和Si的三元組分的陶瓷，在模擬體液中能夠誘導(dǎo)羥基磷灰石的形成，植入兔子骨內(nèi)能與宿主骨形成骨性結(jié)合[Miake Y，Yanagisawa T，Yajima Y，et al.J Dent Res，1995，741756-1763；Nonami T，Tsutsumi S.J Mater Sci M，1999，10475-479.]。而白硅鈣石作為一種含有Ca、Mg和Si的三元組分的材料，在組成上類似于透灰石，因此白硅鈣石作為生物材料的研究與應(yīng)用具有一定的意義。然而白硅鈣石陶瓷及其制備以往還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過(guò)溶膠—凝膠法合成出白硅鈣石粉體，并燒結(jié)成白硅鈣石陶瓷，然后通過(guò)對(duì)陶瓷的力學(xué)性能，體外生物活性，成骨細(xì)胞相容性等性能的評(píng)價(jià)來(lái)確定其是否能夠用作新型的生物活性植入材料。
本發(fā)明實(shí)施方案如下白硅鈣石粉體和陶瓷的制備(1)將正硅酸乙酯與水按1∶(5-8)的比例混合，并用硝酸調(diào)節(jié)pH值為2-4，在室溫下充分?jǐn)嚢?0分鐘，然后加入六水合硝酸鎂(或氯化鎂)和四水合硝酸鈣(或氯化鈣)，其Ca、Mg和Si的摩爾比為7∶1∶4。攪拌3-5小時(shí)后，密封，在60℃中陳化1-2天，并在120℃中干燥2天。
(2)將干燥好的干凝膠在1150-1300℃煅燒1-5小時(shí)，得到純的白硅鈣石粉體。
(3)將合成的白硅鈣石粉體球磨，過(guò)篩后使其粒度小于100微米，并加入6-10％的PVA造粒，先在10-20MPa干壓白硅鈣石粉體成型，并在100-400MPa下冷等靜壓處理。
(4)將壓成的陶瓷坯體在1350-1450℃燒結(jié)5-15小時(shí)，可制得白硅鈣石陶瓷。
白硅鈣石陶瓷的性能評(píng)價(jià)1、陶瓷的力學(xué)性能采用多功能力學(xué)測(cè)試機(jī)對(duì)陶瓷的抗彎強(qiáng)度，斷裂韌性和彈性模量進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明其抗彎強(qiáng)度達(dá)到156MPa，斷裂韌性達(dá)到1.57MPam1/2，彈性模量為43GPa。其抗彎強(qiáng)度與燒結(jié)的羥基磷灰石及人體致密骨相接近，斷裂韌性高于燒結(jié)的羥基磷灰石，彈性模量與人體致密骨比較匹配。
2、陶瓷的生物活性采用模擬體液浸泡陶瓷片10-20天。模擬體液含有與人體血漿相同的離子和離子團(tuán)濃度。其組成為NaCl7.996g/LNaHCO3 0.350g/LKCl 0.224g/LK2HPO4·3H2O0.228g/LMgCl2·6H2O 0.305g/LHCl 1mol/LCaCl2 0.278g/LNa2SO4 0.071g/LNH2C(CH2OH)3 6.057g/L浸泡后，烘干樣品，采用XRD和SEM檢測(cè)形成的羥基磷灰石。結(jié)果顯示羥基磷灰石能夠形成在陶瓷的表面，具有良好的生物活性。
3、陶瓷的生物相容性采用成骨細(xì)胞種植在陶瓷片上，1天后用電鏡觀察細(xì)胞的黏附能力，經(jīng)過(guò)1，3和5天后，在光學(xué)顯微鏡下對(duì)陶瓷表面的成骨細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)，檢測(cè)細(xì)胞的增殖能力。結(jié)果表明成骨細(xì)胞能夠在材料上進(jìn)行很好的黏附和增殖能力，說(shuō)明白硅鈣石陶瓷具有很好的生物相容性。
本發(fā)明制備出的白硅鈣石陶瓷的抗彎強(qiáng)度與燒結(jié)的羥基磷灰石及人體致密骨相接近，斷裂韌性高于燒結(jié)的羥基磷灰石陶瓷，彈性模量與人體致密骨比較匹配，在模擬體液中有誘導(dǎo)羥基磷灰石形成的能力，同時(shí)能夠支持成骨細(xì)胞的貼壁和增殖。該材料具有優(yōu)良的體外生物活性和成骨細(xì)胞相容性，可作為生物活性人體硬組織修復(fù)和植入材料。
而采用溶膠—凝膠法合成組成比較復(fù)雜的白硅鈣石粉體材料，具有工藝比較簡(jiǎn)單，條件易于控制等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為溶膠—凝膠法合成的白硅鈣石粉體XRD圖，從圖中可以看出只有白硅鈣石峰存在，沒(méi)有其它雜質(zhì)。
圖2為白硅鈣石陶瓷的XRD圖。燒成后的白硅鈣石陶瓷沒(méi)有雜質(zhì)產(chǎn)生。
圖3為白硅鈣石陶瓷SEM圖，顯示白硅鈣石陶瓷已基本燒結(jié)致密。
圖4為白硅鈣石陶瓷在模擬體液中浸泡20天后的XRD圖。從圖中可以看出生成了羥基磷灰石。
圖5為白硅鈣石陶瓷在模擬體液中浸泡20天后的SEM圖。生成的羥基磷灰石在80納米左右。
圖6為白硅鈣石浸泡后表面生成羥基磷灰石的能譜圖。其Ca/P摩爾比為1.65，接近于化學(xué)計(jì)量比羥基磷灰石。
圖7為成骨細(xì)胞在白硅鈣石陶瓷上的貼壁圖。
圖8為成骨細(xì)胞在白硅鈣石陶瓷上的增殖圖。從圖中可以看出成骨細(xì)胞在陶瓷上得到了很好的黏附和增殖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不僅僅限于以下實(shí)施例。
實(shí)施例1(1)正硅酸乙酯224ml與90ml水混合，并加硝酸溶液，調(diào)節(jié)pH值為2，在室溫下充分?jǐn)嚢?0分鐘，然后加入0.25摩爾六水合硝酸鎂和1.75摩爾四水合硝酸鈣攪拌3小時(shí)，密封，在60℃中陳化1天，并在120℃中干燥2天。
(2)將干燥好的干凝膠在1150℃煅燒3小時(shí)，得到純的白硅鈣石粉體。
(3)將合成的白硅鈣石粉體球磨，過(guò)篩后使其粒度小于60微米，并加入6％的PVA造粒，先在10MPa干壓白硅鈣石粉體成型，并在200MPa下冷等靜壓。
(4)將壓成的陶瓷坯體在1350℃燒結(jié)5小時(shí)，可制得白硅鈣石陶瓷。
然后進(jìn)行力學(xué)性能，生物活性(在模擬體液中浸泡20天)和細(xì)胞相容性的評(píng)價(jià)，同發(fā)明內(nèi)容中的性能評(píng)價(jià)。
實(shí)施例2(1)正硅酸乙酯224ml與144ml水混合，并加硝酸溶液，調(diào)解pH值為4，在室溫下充分?jǐn)嚢?0分鐘，然后加入0.25摩爾六水合硝酸鎂和1.75摩爾四水合硝酸鈣攪拌5小時(shí)，密封，在60℃中陳化2天，并在120℃中干燥2天。
(2)將干燥好的干凝膠在1300℃煅燒3小時(shí)，得到純的白硅鈣石粉體。
(3)將合成的白硅鈣石粉體球磨，過(guò)篩后使其粒度小于60微米，并加入10％的PVA造粒，先在20MPa干壓白硅鈣石粉體成型，并在200MPa下冷等靜壓。
(4)將壓成的陶瓷坯體在1450℃燒結(jié)8小時(shí)，可制得白硅鈣石陶瓷。
然后進(jìn)行力學(xué)性能，生物活性(在模擬體液中浸泡10天)和細(xì)胞相容性的評(píng)價(jià)，同發(fā)明內(nèi)容中的性能評(píng)價(jià)。
權(quán)利要求
1.白硅鈣石生物陶瓷，其化學(xué)式為Ca7MgSi4O16。
2.白硅鈣石生物陶瓷的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)采用正硅酸乙酯、水、六水合硝酸鎂或氯化鎂、四水合硝酸鈣或氯化鈣以溶膠凝膠法制備白硅鈣石干凝膠；(2)煅燒干凝膠制得白硅鈣石粉體；(3)白硅鈣石粉體經(jīng)球磨、造粒、成型、燒結(jié)制得白硅鈣石陶瓷。
3.按權(quán)利要求2所述的白硅鈣石生物陶瓷的制備方法，其特征在于步驟(2)的煅燒條件為1150-1300℃煅燒1-5小時(shí)。
4.按權(quán)利要求2所述的白硅鈣石生物陶瓷的制備方法 其特征在于步驟(3)的燒結(jié)條件為1350-1450℃燒結(jié)5-15小時(shí)。
5.按權(quán)利要求2所述的白硅鈣石生物陶瓷的制備方法，其特征在于步驟(1)包括采用正硅酸乙酯與水按1∶(5-8)的比例混合，并調(diào)節(jié)pH值為2-4，在室溫充分?jǐn)嚢瑁缓蠹尤肓舷跛徭V或氯化鎂和四水合硝酸鈣或氯化鈣，其Ca、Mg和Si的摩爾比為7∶1∶4，經(jīng)攪拌后陳化并干燥。
6.白硅鈣石生物陶瓷用作硬組織修復(fù)和植入材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及白硅鈣石生物陶瓷及其制備方法和用途，采用正硅酸乙酯、水、六水合硝酸鎂或氯化鎂、四水合硝酸鈣或氯化鈣為原材料，以溶膠－凝膠法合成白硅鈣石(Ca
文檔編號(hào)C04B35/624GK1623952SQ20041006761
公開(kāi)日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2004年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月28日
發(fā)明者常江, 吳成鐵 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所