由納米孔活性玻璃包覆的多孔生物陶瓷及其制備方法與流程

本發(fā)明涉及一種多孔生物陶瓷及其制備方法，更具體涉及一種表面由具有納米孔的生物活性玻璃包覆的多孔磷酸鈣陶瓷，以及該陶瓷的構(gòu)成方法，屬于多孔生物陶瓷領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

把磷酸鈣陶瓷加工成多孔結(jié)構(gòu)以賦予和提高磷酸鈣陶瓷生物學(xué)功能一直成為硬組織缺損修復(fù)用材料的研究課題。為此，到目前為止已有不同孔徑和孔隙結(jié)構(gòu)的多孔磷酸鈣陶瓷以及對(duì)應(yīng)的制備方法被公開。盡管如此，基于當(dāng)前方法制備的多孔磷酸鈣陶瓷還存在諸多問題。例如，當(dāng)前制備的多孔磷酸鈣陶瓷，因?yàn)槭怯闪姿徕}顆粒構(gòu)成，在植入宿主后，表面層的磷酸鈣顆粒容易脫落，從而容易引發(fā)炎癥，甚至導(dǎo)致其它副作用。另外，由當(dāng)前研制的多孔磷酸鈣陶瓷的生物學(xué)性能還有待提高。例如當(dāng)前的多孔磷酸鈣陶瓷的孔徑在100納米以上，缺乏100納米以下的納米孔。而直徑在100納米以下的納米孔具有多重功能，例如可以裝載和釋放藥物，提高磷酸鈣陶瓷的生物活性等。

納米孔生物活性玻璃，由于具有豐富的、直徑小于100納米的納米孔，其不但具有高的生物活性，而且其孔隙可以很好的用于藥物控釋，因此納米孔生物活性玻璃可以成為藥械組合產(chǎn)品用于硬組織修復(fù)。因?yàn)榫哂性撔阅?，目前已?jīng)有不同的制備納米孔活性玻璃的方法被公開，例如專利號(hào)為cn201210501511.2的專利公開了具有磷灰石納米晶的介孔生物活性玻璃材料及其制備方法，專利號(hào)為cn201210382838.2的專利公開了一種新型的多功能介孔生物活性玻璃支架及其制備方法和用途。盡管如此，納米孔活性玻璃一個(gè)最大的缺陷是其的力學(xué)性能低，很難用于要求具有一定力學(xué)強(qiáng)度的硬組織缺陷修復(fù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)當(dāng)前磷酸鈣多孔陶瓷和生物活性玻璃存在的缺陷和不足，本發(fā)明提出把納米孔生物活性玻璃與多孔磷酸鈣相結(jié)合，構(gòu)建一種表面由納米孔生物活性玻璃包覆的磷酸鈣多孔陶瓷及其制備方法。

本發(fā)明所述的技術(shù)方案為：一種由納米孔生物活性玻璃包覆的多孔磷酸鈣陶瓷，其包含:多孔磷酸鈣陶瓷和納米孔活性玻璃，其中，所述納米孔活性玻璃包覆在多孔磷酸鈣陶瓷的孔隙表面，所述的多孔磷酸鈣陶瓷的孔隙至少一個(gè)孔隙未被納米孔活性玻璃堵塞。

進(jìn)一步地，所述的納米孔生物活性玻璃，其孔隙直徑為1-100納米。

進(jìn)一步地，所述的生物活性玻璃的組分包括sio2，cao和p2o5。

進(jìn)一步地，所述的納米孔生物活性玻璃在多孔磷酸鈣陶瓷孔表面的包覆厚度為0.001-500微米。

進(jìn)一步地，所述的多孔磷酸鈣陶瓷的組分是羥基磷灰石、磷酸三鈣或者它們的組合物。

進(jìn)一步地，所述的多孔磷酸鈣陶瓷的孔隙直徑為0.1-800微米。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是采用以下措施構(gòu)成的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明所述的由納米孔活性玻璃包覆的多孔磷酸鈣陶瓷，按照如下步驟制備：

a)活性玻璃溶膠h制備：把無水乙醇、水、酸、含硅化合物、含磷化合物、含鈣化合物和表面活性劑按照重量比為(5-30):(1-4):(0.1-1):(2-20):(0.1-2):(0.5-3):(0.1-3)混合并攪拌不低于1小時(shí)形成活性玻璃溶膠h；

b)納米孔活性玻璃對(duì)多孔磷酸鈣陶瓷孔隙的包覆：把多孔磷酸鈣陶瓷浸泡到含有活性玻璃溶膠h的可抽真空容器中，然后對(duì)可抽真空容器抽真空減壓以便排出多孔磷酸鈣陶瓷孔隙內(nèi)的空氣。待多孔磷酸鈣陶瓷孔隙內(nèi)的空氣完全排除后，把多孔磷酸鈣陶瓷從可抽真空容器中取出并干燥，獲得孔隙表面由活性玻璃前驅(qū)體包覆的多孔磷酸鈣陶瓷預(yù)制體y；

c)有機(jī)成分除去工藝：把孔隙表面由活性玻璃前驅(qū)體包覆的多孔磷酸鈣陶瓷預(yù)制體y置于溫度為20-100度水溶液浸泡，或者置于高溫?zé)Y(jié)爐加熱至400-1200℃除去有機(jī)組分，獲得由納米孔活性玻璃包覆的多孔磷酸鈣陶瓷。

上述方案中，所述的含硅化合物為正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯，或者它們的混合物。

上述方案中，所述的含磷化合物是磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯，或者它們的混合物。

上述方案中，所述的含鈣化合物為硝酸鈣、氯化鈣、乙酸鈣、或者它們的混合物。

上述方案中，所述的表面活性劑，其化學(xué)式為cnh2n+1x，n=10-20,r為-ch3或-c2h5，x為cl^-或br^-，或者是聚環(huán)氧乙烯作為親水嵌段、長(zhǎng)鏈烷烴作為疏水基的非離子型表面活性劑，或者是peo作為親水嵌段，聚環(huán)氧丙烯或聚環(huán)氧丁烯作為疏水嵌段，其分子式為eonpomeon,n=10-140,m=5-100;或eonbomeon,n=10-200,m=10-100;或eonbom,n=10-100，m=5-60，或者是這些表面活性劑的組合物。

本發(fā)明具有以下特點(diǎn)及有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明的納米孔生物活性玻璃包覆的多孔磷酸鈣陶瓷，由于孔隙表面被納米孔活性玻璃包覆，多孔磷酸鈣陶瓷孔隙表面的磷酸鈣顆粒很難從陶瓷表面脫落，從而可以避免因多孔陶瓷植入宿主后表面磷酸鈣顆粒脫落導(dǎo)致的局部炎癥及可能產(chǎn)生的其他副作用。

由于多孔磷酸鈣陶瓷孔隙表面包覆了納米孔活性玻璃層，包覆的納米孔活性玻璃可以很好的彌補(bǔ)磷酸鈣顆粒間不緊密連點(diǎn)，所以極大的提高了多孔磷酸鈣陶瓷的力學(xué)強(qiáng)度，如圖4所示，表面包覆了100納米厚度的納米孔活性玻璃的多孔磷酸鈣陶瓷較未納米孔活性玻璃包覆的多孔磷酸鈣陶瓷的力學(xué)強(qiáng)度提高了21.7%。

另外，因?yàn)槎嗫琢姿徕}陶瓷孔隙表面包覆的活性玻璃具有豐富的納米孔隙，從而多孔磷酸鈣陶瓷表面的活性玻璃的納米孔隙可以裝載和釋放藥物，從而可以成為藥械組合產(chǎn)品應(yīng)用于臨床硬組織修復(fù)。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所使用的多孔磷酸鈣陶瓷的sem照片；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2所使用的多孔磷酸鈣陶瓷的sem照片；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1構(gòu)成的包覆在多孔磷酸鈣陶瓷孔隙中的納米孔活性玻璃的局部sem照片；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例1所使用的多孔磷酸鈣陶瓷在納米孔活性玻璃包覆前后的力學(xué)強(qiáng)度的比較。

具體實(shí)施方式

下面用具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不應(yīng)理解為是對(duì)本發(fā)明保護(hù)內(nèi)容的任何限定。

實(shí)施例1

a)活性玻璃溶膠h制備

把20克無水乙醇、2克水、0.5克鹽酸、4克正硅酸乙酯、0.5克磷酸三乙酯、1.7克四水合硝酸鈣和1克表面活性劑p123（eo20po70eo20，ma=5800）按照重量比為20:2:0.5:4:0.5:1.7:1混合并攪拌24小時(shí)形成活性玻璃溶膠；

b)納米孔活性玻璃對(duì)多孔磷酸鈣陶瓷孔隙的包覆

如圖1和圖4，把力學(xué)強(qiáng)度為1.52±0.22mpa,孔徑為300微米的多孔三磷酸鈣陶瓷浸泡到含有活性玻璃溶膠的可抽真空容器中，然后對(duì)可抽真空容器抽真空減壓以便排出多孔磷酸鈣陶瓷孔隙內(nèi)的空氣。待多孔磷酸鈣陶瓷孔隙內(nèi)的空氣完全排除后，把多孔三磷酸鈣陶瓷從可抽真空容器中取出并置于120℃干燥箱中干燥，獲得孔隙表面由活性玻璃前驅(qū)體包覆的多孔磷酸鈣陶瓷預(yù)制體；

c)有機(jī)成分除去工藝

把孔隙表面由活性玻璃前驅(qū)體包覆的多孔磷酸鈣陶瓷預(yù)制體y置于高溫?zé)Y(jié)爐加熱至700℃，并保溫8小時(shí)除去有機(jī)組分，獲得由納米孔活性玻璃包覆的多孔三磷酸鈣陶瓷，其中，如圖3所示，活性玻璃的孔隙為6.1納米，納米孔活性玻璃的包覆厚度為50納米；納米孔活性玻璃包覆后的多孔三磷酸鈣陶瓷的力學(xué)強(qiáng)度，如圖4所示為1.85±0.25mpa。

實(shí)施例2

使用如圖2所示的孔徑為1.3微米的多孔磷酸三鈣陶瓷，其他制備條件和實(shí)施例1相同，獲得由納米孔活性玻璃包覆的多孔三磷酸鈣陶瓷，其中孔隙表面活性玻璃包覆層的孔隙為5.2納米。

實(shí)施例3

使用孔徑為300微米的多孔羥基磷灰石陶瓷，其他制備條件和實(shí)施例1相同，獲得由納米孔活性玻璃包覆的多孔羥基磷灰石陶瓷，其中孔隙表面活性玻璃包覆層的孔隙為5.2納米。

實(shí)施例4

使用10克正硅酸乙酯，其他制備條件和實(shí)施例1相同，獲得由納米孔活性玻璃包覆的多孔三磷酸鈣陶瓷，其中納米孔活性玻璃包覆層厚度為130納米。

實(shí)施例5

使用10克正硅酸甲酯，其他制備條件和實(shí)施例1相同，獲得由納米孔活性玻璃包覆的多孔三磷酸鈣陶瓷，其中納米孔活性玻璃包覆層厚度為135納米。

實(shí)施例6

使用10克正硅酸丙酯，其他制備條件和實(shí)施例1相同，獲得由納米孔活性玻璃包覆的多孔三磷酸鈣陶瓷，其中納米孔活性玻璃包覆層厚度為120納米。

實(shí)施例7

使用0.5克磷酸三甲酯作為含磷化合物，其他制備條件和實(shí)施例1相同，獲得由納米孔活性玻璃包覆的多孔三磷酸鈣陶瓷，其中，活性玻璃的孔隙為6.2納米；納米孔活性玻璃的包覆厚度為50納米。

實(shí)施例8

使用1克的十六烷基三甲基溴化銨作為表面活性劑，其他制備條件和實(shí)施例1相同，獲得由納米孔活性玻璃包覆的多孔三磷酸鈣陶瓷，其中，活性玻璃的孔隙為2.5納米；納米孔活性玻璃的包覆厚度為50納米。

實(shí)施例9

使用1克表面活性劑f127（eo106po70eo106，聚合度11-18）作為表面活性劑，其他制備條件和實(shí)施例1相同，獲得由納米孔活性玻璃包覆的多孔三磷酸鈣陶瓷，其中，活性玻璃的孔隙為4.5納米；納米孔活性玻璃的包覆厚度為50納米。

實(shí)施例10

使用1.7克的乙酸鈣作為含鈣化合物，其他制備條件和實(shí)施例1相同，獲得由納米孔活性玻璃包覆的多孔三磷酸鈣陶瓷，其中，活性玻璃的孔隙為6.1納米；納米孔活性玻璃的包覆厚度為50納米。

實(shí)施例11

使用1.7克的乙酸鈣作為含鈣化合物，其他制備條件和實(shí)施例1相同，獲得由納米孔活性玻璃包覆的多孔三磷酸鈣陶瓷，其中，活性玻璃的孔隙為6.1納米；納米孔活性玻璃的包覆厚度為50納米。

實(shí)施例12

在步驟c)有機(jī)成分除去工藝中，把孔隙表面由活性玻璃前驅(qū)體包覆的多孔磷酸鈣陶瓷預(yù)制體y置于溫度為20-100度水溶液浸泡24小時(shí)，其他制備條件和實(shí)施例1相同，獲得由納米孔活性玻璃包覆的多孔三磷酸鈣陶瓷，其中，活性玻璃的孔隙為6.8納米；納米孔活性玻璃的包覆厚度為54納米。