一種多孔蜂窩狀生物陶瓷及專用模具和制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物陶瓷類組織工程材料的制備方法，具體涉及一種多孔蜂窩狀生物陶瓷的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]骨組織工程支架材料作為骨組織修復(fù)重建的組織工程載體，在骨修復(fù)中起到了框架作用，即為細(xì)胞吸附、增殖和分化提供初始的形成位點(diǎn)，以及為新組織提供支撐，具體要求具有良好的生物相容性，可控的生物降解性；具有適當(dāng)?shù)娜S聯(lián)通氣孔立體結(jié)構(gòu)；可塑性和機(jī)械強(qiáng)度；良好的材料表面。對于無機(jī)類硬組織修復(fù)材料而言，其主要限制在于制備支架的脆性、高孔徑率的可控支架結(jié)構(gòu)較難控制。如何解決這些問題，成為生物陶瓷類組織工程支架制備過程中的瓶頸所在。
[0003]β -TCP作為生物材料的研宄始于七十年代，當(dāng)時是將其制成多孔體，對動物骨骼進(jìn)行置換，實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常成功。二十多年來，隨著研宄的深入，各種形式的β-TCP已在臨床醫(yī)學(xué)中展現(xiàn)了其優(yōu)良的生物相容性以及生物降解性能，并得到廣泛應(yīng)用，如用作骨移植和骨填充材料的，但β-TCP陶瓷作為組織工程支架材料還有許多不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種多孔蜂窩狀生物陶瓷，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)和材料的不足。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供上述多孔蜂窩狀生物陶瓷的制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]一種多孔蜂窩狀生物陶瓷的專用模具，包括模套、模芯、出泥筒、壓板四部分；模套的下端固定有壓板，在模套與壓板之間形成一卡槽，模芯和出泥筒嵌于該卡槽內(nèi)；所述模芯分為上下兩層，上層是導(dǎo)泥孔層，該層均勻分布導(dǎo)泥孔，下層是出料槽層，出料槽層為均勻分布并固定在導(dǎo)泥孔層下方的凸柱，相鄰?fù)怪g形成相貫通的出料槽(呈井字形)，所述出料槽與導(dǎo)泥孔連通；所述出泥筒的上部設(shè)有凹槽，模芯的出料槽層嵌于該凹槽內(nèi)，出料槽層的周邊與凹槽側(cè)壁之間留有間隙，該間隙與導(dǎo)泥孔連通，模芯的導(dǎo)泥孔層與出泥筒的上部壓合固定；出泥筒的下部嵌入壓板的凹槽內(nèi)，出泥筒與壓板的中心形成出泥通道。
[0008]所述模具使用SKDll材料，模芯的導(dǎo)泥孔為圓形孔，圓形孔可以保證模具各部位進(jìn)料的均勻和平衡，又要使泥料進(jìn)入出料通道后擴(kuò)散穩(wěn)定和順利粘連。
[0009]所述模芯的導(dǎo)泥孔的中心線與出料槽的中心線重合。
[0010]一種多孔蜂窩狀生物陶瓷的制備方法，包括如下步驟:
[0011](I)將β-磷酸三鈣(β-TCP)研磨至無肉眼可見的團(tuán)聚物；
[0012](2)以水為溶劑，甘油作為保濕劑和潤滑劑，羥丙甲基纖維素作為膠黏劑，并輔以潤滑劑凡士林，將上述四種試劑混合，得到粘稠狀液體；
[0013](3)將步驟(2)的液體與步驟(I)研磨后的粉體混合煉泥30?90分鐘，得到具有可塑性的料球泥團(tuán)；
[0014](4)使用上述專用模具對步驟(3)合成的料球泥團(tuán)進(jìn)行擠出成型，具體是將料球置于模具中，使用油壓千斤頂在一定壓力下擠出，得到相應(yīng)白色蜂窩狀柱體，并干燥；
[0015](5)對步驟(4)中得到的干燥坯體進(jìn)行熱處理，冷卻后即得到多孔蜂窩狀生物陶
bL.ο
[0016]步驟(3)所述料球泥團(tuán)的配比為:
[0017]所述羥丙甲基纖維素加入質(zhì)量為β -磷酸三鈣粉料的質(zhì)量的I?5% ;
[0018]所述凡士林與β -磷酸三鈣粉料質(zhì)量比為0.1?0.2 ;
[0019]所述水的體積為β -磷酸三鈣粉料質(zhì)量的0.1?0.6ml/g ;
[0020]所述甘油的體積為β -磷酸三鈣粉料質(zhì)量的0.1?0.4ml/go
[0021]步驟(3)所述料球泥團(tuán)的配比為:
[0022]所述羥丙甲基纖維素加入質(zhì)量為β -磷酸三鈣粉料的質(zhì)量的2.5% ;
[0023]所述凡士林與β -磷酸三鈣粉料質(zhì)量比為0.143 ；
[0024]所述水的體積為β -磷酸三鈣粉料質(zhì)量的0.3ml/g ;
[0025]所述甘油的體積為β -磷酸三鈣粉料質(zhì)量的0.2ml/go
[0026]步驟(5)所述的熱處理為:在180°C及500°C下分別保溫兩小時，最后1100°C保溫三小時。
[0027]所述熱處理中的升溫速率控制在5°C /min以下。
[0028]步驟⑷所述的干燥為37°C下干燥12h。
[0029]步驟(2)中使用β -磷酸三鈣中位徑約為1.835 μ m。
[0030]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0031](I)本發(fā)明制備的多孔蜂窩狀生物陶瓷是通過特定模具采用擠出成型方法制備，具有定向孔徑結(jié)構(gòu)。
[0032](2)本發(fā)明制備的多孔蜂窩狀生物陶瓷孔徑率為70%，泥料壓縮60%平均所需應(yīng)力為5.43N。該蜂窩狀生物陶瓷具有比表面積大，孔結(jié)構(gòu)充足，比剛度高等特點(diǎn)，正好符合作為組織工程支架材料所需的條件。將β-TCP陶瓷制成蜂窩狀結(jié)構(gòu)會有很好的效果。
[0033](3)本發(fā)明制備的生物陶瓷具備一定的強(qiáng)度，以及較好的細(xì)胞相容性和生物相容性，可用于醫(yī)療領(lǐng)域中作為骨損傷的修復(fù)，其制備工藝簡單，設(shè)備簡易，原料價廉易得，成型工藝簡單，成本低，有利于大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明模具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2為本發(fā)明模具的裝配示意圖；
[0036]圖3為本發(fā)明模具的模芯結(jié)構(gòu)圖；
[0037]圖4為圖3的A-A剖視圖；
[0038]圖5是實(shí)施例1中制備多孔蜂窩狀生物陶瓷使用的β -TCP的XRD譜圖；
[0039]圖6是實(shí)施例1中制備多孔蜂窩狀生物陶瓷使用的β -TCP的顆粒粒徑分布圖；
[0040]圖7是實(shí)施例1中制備多孔蜂窩狀生物陶瓷使用的β -TCP的紅外光譜圖；
[0041]圖8為實(shí)施例1擠出成型后得到的多孔蜂窩狀坯體實(shí)物圖；
[0042]圖9為實(shí)施例1中熱處理曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，對于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。
[0044]實(shí)施例1
[0045]多孔蜂窩狀生物陶瓷的專用模具，如圖1所示，包括模套1、模芯2、出泥筒3、壓板4四部分；模套I的下端固定有壓板4，在模套I與壓板4之間形成一卡槽，模芯2和出泥筒3嵌于該卡槽內(nèi)；如圖3、4所示，所述模芯2分為上下兩層，上層是導(dǎo)泥孔層，該層均勻分布導(dǎo)泥孔21，導(dǎo)泥孔21為圓形孔，下層是出料槽層，出料槽層為均勻分布并固定在導(dǎo)泥孔層下方的凸柱22，相鄰?fù)怪?2之間形成相貫通的出料槽23，所述出料槽23與導(dǎo)泥孔21連通，導(dǎo)泥孔21的中心線與出料槽23的中心線重合；如圖2所示，所述出泥筒3的上部設(shè)有凹槽，模芯2的出料槽層嵌于該凹槽內(nèi)，出料槽層的周邊與凹槽側(cè)壁之間留有間隙5，該間隙5與導(dǎo)泥孔連通，模芯2的導(dǎo)泥孔層與出泥筒3的上部壓合固定；出泥筒3的下部嵌入壓板4的凹槽內(nèi)，出泥筒3與壓板4的中心形成出泥通道6。
[0046]多孔蜂窩狀生物陶瓷的制備方法，包括如下步驟:
[0047](I)在1ml去離子水中加入7ml甘油，0.85g羧丙甲基纖維素，5g凡士林，攪拌使之形成半透明粘稠狀液體；
[0048](2)取中位徑約為1.835 μ m，高純的β -磷酸三鈣(β -TCP)粉體35g，瑪瑙研缽研磨；
[0049](3)將步驟⑴得到的半透明粘稠狀液體與步驟(2)得到的β -TCP粉體混合，并在研缽中煉泥60分鐘，得到具有一定可塑性的料球泥團(tuán)。
[0050](4)將步驟(3)得到的料球泥團(tuán)使用專利涉及模具進(jìn)行擠出成型，得到多孔蜂窩狀還體。
[0051](6)將步驟(4)中得到的多孔蜂窩狀坯體在37°C下干燥12h。
[0052](7)對步驟(5)中得到的干燥坯體進(jìn)行熱處理。在180°C及500°C下分別保溫兩小時，使甘油及凡士林蒸發(fā)，最后1100°c保溫三小時得到成品。升溫速率控制在5°C /min以下。隨爐冷卻，得到多孔蜂窩狀生物陶瓷。
[0053]圖5是本實(shí)施例制備的多孔蜂窩狀生物陶瓷使用的β-TCP的XRD譜圖；圖6是多孔蜂窩狀生物陶瓷使用的β -TCP的顆粒粒徑分布圖；圖7是多孔蜂窩狀生物陶瓷使用的β -TCP的紅外光譜圖；圖8為擠出成型后得到的多孔蜂窩狀坯體實(shí)物圖。圖9為實(shí)施例中熱處理曲線圖。
[0054]采用MASTERSIZER 2000激光粒度儀測試實(shí)施例中使用的β -TCP的顆粒粒徑分布。
[0055]采用X 射線衍射儀(X，Pert Pro，Panlytical, The Netherlands)測試實(shí)施例中使用的β -TCP物相組成，X射線衍射儀采用Cu靶，管壓為40kV，掃描角度為10°到80°。
[0056]采用傅立葉變換紅外光譜儀(Avatar 360，Nicolet, U.S.A)輔助分析實(shí)施例中使用的β -TCP物相組成，粉