可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料及其制備方法和應用
【專利摘要】本發(fā)明公開一種可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料及其制備方法及應用，制備方法包括：將可降解生物活性陶瓷粉末、可降解金屬粉末和添加劑溶液混合研磨，得到混合物；將混合物預制成型，得到陶瓷/金屬復合坯體，于300～750℃無氧環(huán)境中處理30～240min，再于無氧環(huán)境中升溫至650～1400℃燒結(jié)10～300min，得到可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料。本發(fā)明以生物活性陶瓷為基體，并添加可降解金屬制備得到的可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料強度高、韌性和抗疲勞性能好、可完全降解、骨誘導和血管化效果好，用于制備支架等醫(yī)用材料具有很好的應用前景。
【專利說明】
可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料及其制備方法和應用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料及其制備方法和應用。
技術(shù)背景
[0002]可降解生物活性陶瓷植入骨缺損后會和宿主骨組織形成良好的骨性鍵合，引導骨生長，隨著時間的延長逐漸降解，最終被新生骨組織代替，是骨缺損修復的首選材料，主要包括磷酸鈣陶瓷、硅酸鹽陶瓷等。磷酸鈣陶瓷主要包括羥基磷灰石、磷酸三鈣、α-磷酸三鈣、磷酸四鈣、磷酸氫鈣等，硅酸鹽陶瓷主要包括硅酸鈣、硅酸二鈣、硅酸三鈣、鎂黃長石(Ca2MgSi2O7)、白硅鈣石(Ca7MgSi4O16)、硅酸鎂等。其中，磷酸鈣陶瓷的成分和人體骨組織的無機成分類似，使其具有良好的生物相容性和骨傳導性，在體液環(huán)境中可以逐漸降解，降解后產(chǎn)生的鈣磷離子可以參與骨重建。而硅酸鹽陶瓷浸泡在體液中可在材料表面迅速形成磷灰石，并和骨組織形成良好的骨性鍵合，此外，近幾年來的研究表明，硅酸鹽陶瓷在液體環(huán)境中釋放的硅離子，會明顯刺激骨生長，并有效促進血管化。
[0003]然而，和傳統(tǒng)的陶瓷的一樣，生物活性陶瓷也存在脆性大、韌性和抗疲勞性能較差的缺點，限制了其在臨床的廣泛應用。目前，國內(nèi)外研究人員將生物活性陶瓷加入到可降解金屬基體中，制成金屬基的可降解金屬/生物活性陶瓷復合物，從而調(diào)控金屬的強度、降解速率和生物學性能，但控制降解速率始終是鎂和鐵及其合金生物材料的核心問題之一，此夕卜，作為骨修復和替代材料，金屬基生物材料的生物活性和骨傳導性仍顯不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料及其制備方法和應用，本發(fā)明以生物活性陶瓷為基體，通過添加可降解金屬制得的可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料具有強度高、韌性和抗疲勞性能好、可完全降解、孔隙率高、細胞響應、骨誘導和血管化效果好的優(yōu)點，用于制備支架等醫(yī)用元件可以保持生物活性陶瓷的良好骨傳導性或刺激骨生長的能力，而可降解金屬降解后釋放的離子還可以進一步成骨和血管化，具有很好的應用前景。
[0005]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]—種可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料，由體積比為(0.01-0.99):1的可降解金屬和可降解生物活性陶瓷制得。所述體積是由可降解金屬或可降解生物活性陶瓷的質(zhì)量與密度計算得到。
[0007]優(yōu)選的，所述可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料的孔隙率為5%?80%，大孔率為5%?60%。所述孔隙率由壓汞法測試得到，所述大孔率由計算機斷層掃描(μ-CT)測得。
[0008]優(yōu)選的，所述可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料的抗壓強度在I?400MPa，斷裂韌性在0.1?1MPa.m1/2。所述抗壓強度及斷裂韌性由萬能材料試驗機測得。
[0009 ] 優(yōu)選的，所述體積比為(0.3-0.8): 1.
[0010]優(yōu)選的，所述的可降解生物活性陶瓷為磷酸鈣陶瓷粉末和/或硅酸鹽陶瓷粉末。更優(yōu)選的，所述磷酸鈣陶瓷粉末為羥基磷灰石、磷酸鈣、α-磷酸三鈣、β-磷酸三鈣、磷酸四鈣、磷酸八鈣、磷酸氫鈣中的一種或幾種，所述的硅酸鹽陶瓷粉末為硅酸鈣、硅酸二鈣、硅酸三I丐、鎂黃長石(Ca2MgSi207)、白娃I丐石(Ca7MgSi40i6)、娃酸鎂中的一種或幾種。
[0011]優(yōu)選的，所述可降解金屬為粉末狀的鐵、鐵合金、鎂或鎂合金中的一種或幾種。更優(yōu)選的，所述鐵合金是鐵基的鐵錳合金或鐵鎢合金，所述鎂合金是鎂基的鎂鈣合金、鎂鈣鋅或鎂鈣鍶合金，所述鐵合金或鎂合金中，鐵、鎂以外的其他金屬含量沒有特殊限制，根據(jù)實際材料的應用要求進行調(diào)節(jié)。
[0012]本發(fā)明進一步提供上述可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0013]將可降解生物活性陶瓷、可降解金屬和添加劑溶液混合，研磨，得到混合物;將所述混合物預制成型，得到陶瓷/金屬復合坯體，將所得陶瓷/金屬復合坯體置于300?750°C無氧環(huán)境中處理30?240min，在無氧環(huán)境下再升溫至650?140CTC燒結(jié)10?300min，得到可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料。
[0014]優(yōu)選的，以可降解生物活性陶瓷、可降解金屬和添加劑的總質(zhì)量為100%計，所述添加劑的質(zhì)量百分數(shù)為0.1 %?15 %。
[0015]優(yōu)選的，所述添加劑為粘結(jié)劑或增塑劑，或粘結(jié)劑與增塑劑的混合物，所述粘結(jié)劑選自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素、聚乙二醇、甲基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛的一種或者幾種，更優(yōu)選羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素、甲基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛中的一種或幾種，所述增塑劑選自甘油、乙二醇、石蠟、凡士林、鄰苯二甲酸二丁酯、合成橡膠中的一種或幾種，更優(yōu)選石蠟、合成橡膠或甘油的一種或幾種。
[0016]優(yōu)選的，所述添加劑為粘結(jié)劑與增塑劑的混合物，粘結(jié)劑與增塑劑的質(zhì)量比為0.05 ?I。
[0017]更優(yōu)選的，所述添加劑溶液的質(zhì)量濃度為1%?40%。
[0018]所述添加劑溶液由添加劑溶解于溶劑得到，溶劑沒有特殊限制，可以在燒結(jié)過程中除去的都可以，對于不同的添加劑溶劑種類不同，當添加劑的溶解性能較低時，可以升溫促進溶解，溶劑具體可選自水、乙醇、甲醇、油酸、庚烷、甘油、丙酮、汽油、甲苯等。添加劑及溶劑在干燥、高溫處理及燒結(jié)過程中受熱除去。
[0019]所述制備方法中，預制成型得到陶瓷/金屬復合坯體的方法為模壓成型或三維打印成型，模壓成型的設(shè)備沒有特殊限制，一般采用壓片機來進行。優(yōu)選的，所述模壓成型具體是:將造孔劑與混合物混合，干燥后裝入模具，以5?60MPa壓力軸向施壓成型，然后在50?300MPa進行冷等靜壓處理30?300秒，得到陶瓷/金屬復合坯體。
[0020]優(yōu)選的，所述造孔劑的質(zhì)量為混合物質(zhì)量的5%?60%。
[0021]優(yōu)選的，所述模壓成型中，造孔劑包括聚苯乙烯顆粒、石蠟顆粒、碳酸氫銨顆粒、樟腦顆粒、崁烯顆粒的一種或幾種，所述造孔劑的粒徑為50?800μπι，造孔劑在燒結(jié)過程中受熱分解除去。
[0022]優(yōu)選的，所述三維打印成型是采用三維繪圖打印、噴墨打印、自動注漿成型或熔融沉積型打印，具體成型工藝及設(shè)備沒有特殊限制。
[0023]本發(fā)明進一步提供上述的可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料的應用，是用作骨缺損修復材料。所述可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料可以用作骨缺損修復材料，根據(jù)實際情況成型如制成支架，用于非承重部位如顱骨、松質(zhì)骨部位、頌面部等骨缺損的填充修復，以及部分承重部位如上下頌骨、尺骨、橈骨、脊柱、股骨等的骨缺損修復。
[0024]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和效果:
[0025](I)本發(fā)明以具有優(yōu)良的骨傳導性和生物活性的磷酸鈣和硅酸鹽為基體，引入具有優(yōu)異機械性能的可降解金屬，成型后進行燒結(jié)，制備得到高強度和高韌性的陶瓷基可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料，該材料的孔隙率為5%?80%，大孔率5%?60%，抗壓強度在I?400MPa，斷裂韌性在0.1?1MPa.m1/2，不僅可以用于非承重部位的骨缺損修復，還可以用于部分承重部位的骨缺損修復。
[0026](2)本發(fā)明所制備的可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料的生物活性陶瓷成分和可降解金屬成分的降解速率不同，可以通過改變組分，調(diào)控材料的降解速率。
[0027](3)本發(fā)明的可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料含有的可降解金屬降解后會釋放出鐵、鋅和鎂離子，利于成骨和血管化，同時可通過改變組分、結(jié)構(gòu)和燒結(jié)工藝，調(diào)控離子的釋放規(guī)律，使可降解金屬降解后釋放的痕量元素離子和生物活性陶瓷釋放的離子起協(xié)同作用，提高材料的促成骨和血管化能力。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明可通過如下的實施例進一步的說明，但實施例不是對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0029]實施例1
[0030]β-磷酸三鈣/鐵復合支架的制備方法為:
[0031]將石蠟溶于庚烷，配得15wt%石蠟溶液，將磷酸三鈣和鐵粉加入石蠟溶液中，用球磨機(QM-WX)以360rpm的轉(zhuǎn)速球磨2h (球料比為2:1)，得到均勻的混合物，鐵粉和β_磷酸三鈣的體積比為20: 80，以β-磷酸三鈣、鐵粉、石蠟總質(zhì)量為100%計，石蠟的質(zhì)量分數(shù)為5%；
[0032]將粒徑為100?500μπι的碳酸氫銨造孔劑按照20wt%的比例加入混合物中，混合均勻后，在85°C干燥6h，裝入模具，以20MPa的壓力軸向施壓，脫模后，用等冷靜壓機(769YP-24B)在200MPa進行等靜壓處理1208，獲得0-磷酸三鈣/鐵復合坯體；
[0033]將陶瓷/金屬復合坯體放入排膠爐中，在抽真空條件下緩慢升溫至420°C保溫120min，然后放入氣氛爐中，在抽真空條件下緩慢升溫至1100°C恒溫燒結(jié)120min，自然降溫，得到磷酸三鈣/鐵復合支架；
[0034]由壓汞儀測試β_磷酸三鈣/鐵復合支架的孔隙率為32%，用計算機斷層掃描術(shù)(μ_CT)測得大孔率為30%，用萬能材料試驗機測得抗壓強度約為35MPa，斷裂韌性約為2MPa.m1/2;用電感耦合等離子光譜發(fā)生儀(ICP)測得鐵離子的釋放周期在24個月左右，具體測試方法參照Andreas Reindl et al.,Degradat1n behav1r of novel Fe/β-TCPcomposites produced by powder inject1n molding for cortical bonereplacement J Mater Sci(2014)49:8234-8243，將材料植入新西蘭大白兔的股骨臨界性骨缺損后，測得復合支架的降解時間約24個月，復合支架植入體內(nèi)3周后即形成良好的新骨和血管長入D
[0035]實施例2
[0036]硅酸二鈣/鎂鍶合金復合支架的制備方法為:
[0037]將羧甲基纖維素溶于去離子水，配得12wt%的羧甲基纖維素溶液，將硅酸二鈣和鎂鍶合金(鎂鍶的質(zhì)量比為8:2)粉加入羧甲基纖維素溶液中，用球磨機(QM)以150rpm的轉(zhuǎn)速球磨4h，球料比為2.1:1，球磨后得到均勻的混合物，鎂鍶合金和硅酸二鈣的體積比為10:90，以硅酸二鈣、鎂鍶合金、羧甲基纖維素總質(zhì)量為100%計，羧甲基纖維素的質(zhì)量百分數(shù)為2% ；
[0038]將混合物裝入自動注楽成型機(3-DInks, Stillwater)的楽料腔中，根據(jù)設(shè)計的支架三維結(jié)構(gòu)的程序，打印得到硅酸二鈣/鎂鍶合金復合坯體；
[0039]將硅酸二鈣/鎂合金復合坯體放入排膠爐中，在抽真空條件下緩慢升溫至600°C保溫120min，然后放入氮氣氣氛燒結(jié)爐中，在抽真空條件下緩慢升溫至800°C恒溫燒結(jié)60min，自然降溫，得到硅酸二鈣/鎂鍶合金復合支架。
[0040]用壓汞法測試磷酸二鈣/鎂鍶合金復合支架的孔隙率為37%，用μ-CT測得大孔率約為35%，用萬能材料試驗機測得抗壓強度約為35MPa，斷裂韌性約為0.4MPa.mV2，ICP測得鎂和硅離子的釋放周期在12個月左右，將材料植入新西蘭大白兔的股骨臨界性骨缺損后，測得復合支架的降解時間約12個月，復合支架植入體內(nèi)3周后即形成良好的新骨和血管長入。
[0041 ] 實施例3
[0042]硅酸鈣/鐵錳合金復合支架的制備方法為:
[0043]將聚乙烯醇縮丁醛溶于乙醇，配得Swt %的聚乙烯醇縮丁醛溶液，將硅酸鈣和鐵錳合金(鐵錳的質(zhì)量比為7:3)粉加入聚乙烯醇縮丁醛溶液中，用球磨機(QM-WX)以300rpm的轉(zhuǎn)速球磨1.5h，球料比為5:1，得到均勻的混合物，鐵錳合金粉和硅酸鈣的體積比為30:70，以硅酸鈣、鐵錳合金粉、聚乙烯醇縮丁醛總質(zhì)量為100%計，聚乙烯醇縮丁醛的質(zhì)量百分數(shù)為3%；
[0044]將80?600μπι造孔劑石蠟以50wt%的比例加入混合物中，混合均勻后，于85°C干燥9h，裝入模具，以20MPa的壓力軸向施壓，脫模后用等冷靜壓機(769YP-24B)在250MPa進行等靜壓處理60s，得到硅酸鈣/鐵錳合金復合坯體；
[0045]將硅酸二鈣/鐵錳合金復合坯體放入排膠爐中，在抽真空條件下緩慢升溫至650°C保溫90min，然后放入管式爐中，在氬氣氣氛中緩慢升溫至1150°C恒溫燒結(jié)90min，自然降溫，得到硅酸鈣/鐵錳合金復合支架。
[0046]用壓汞法測試硅酸鈣/鐵錳合金復合支架的孔隙率約為63%,μ-CT測得大孔率約為60%，萬能材料試驗機測得抗壓強度約為4MPa，斷裂韌性約為0.3MPa.mV2，ICP測得鐵離子的釋放周期在24個月左右，復合支架的降解時間約24個月。將材料植入新西蘭大白兔的股骨臨界性骨缺損后，測得復合支架植入體內(nèi)4周后即形成良好的新骨和血管長入。
[0047]實施例4
[0048]β-磷酸三鈣/鐵復合支架的制備方法如下:
[0049]將石蠟溶于庚烷，配得8wt%的石蠟溶液，將β_磷酸三鈣和鐵粉加入石蠟溶液中，用球磨機(QM)以360rpm的轉(zhuǎn)速球磨Ih，球料比為3:1，得到均勾的混合物，鐵粉和磷酸三鈣的體積比為25: 75，以β-磷酸三鈣、鐵粉、石蠟總質(zhì)量為100%計，石蠟的質(zhì)量百分數(shù)為 6%；
[OOM]將混合物裝入自動注楽機(3-D Inks ,Stillwater)的楽料腔中，根據(jù)設(shè)計的支架三維結(jié)構(gòu)的程序，打印得到磷酸三鈣/鐵復合坯體；
[0051]將磷酸三鈣/鐵復合坯體放入排膠爐中，在抽真空條件下緩慢升溫至415°C保溫90min，然后放入管式爐中，在抽真空條件下緩慢升溫至1350°C恒溫燒結(jié)180min，自然降溫，得到β-磷酸三鈣/鐵復合支架。
[0052]用壓汞法測得β-磷酸三鈣/鐵復合支架的孔隙率約為45%，用μ-CT測得大孔率約為40%，用萬能材料試驗機測得抗壓強度約為160MPa，斷裂韌性約為3.5MPa.mV2，ICP測得鐵離子的釋放周期在24個月左右，將材料植入新西蘭大白兔的股骨臨界性骨缺損后，測得復合支架的降解時間約24個月。復合支架植入體內(nèi)4周后即形成良好的新骨和血管長入。
[0053]實施例5
[0054]鎂黃長石/鎂復合支架的制備方法如下:
[0055]將合成橡膠溶于丙酮，配得8^%的合成橡膠溶液，將鎂黃長石(Ca2MgSi2O7)和鎂粉加入合成橡膠溶液中，用球磨機(QM-WX)以150rpm的轉(zhuǎn)速球磨6h，球料比為2:1，得到均勻的混合物，鎂粉和鎂黃長石(Ca2MgSi2O7)的體積比為40:60，以鎂黃長石(Ca2MgSi2O7)、鎂粉、合成橡膠總質(zhì)量為100%計，合成橡膠的質(zhì)量百分數(shù)為7% ;
[0056]將混合物裝入三維繪圖機(Regenovo 3D B1printer)的楽料腔中，根據(jù)設(shè)計的支架三維結(jié)構(gòu)的程序，打印得到鎂黃長石/鎂復合坯體；
[0057]將鎂黃長石/鎂復合坯體放入排膠爐中，在抽真空條件下緩慢升溫至550°C保溫90min，然后放入管式爐中，在氬氣氣氛中緩慢升溫至850°C燒結(jié)120min，自然降溫，得到鎂黃長石/鎂復合支架。
[0058]用壓汞法鎂黃長石/鎂復合支架的孔隙率約為55%，用μ-CT大孔率約為50%，用萬能材料試驗機測得抗壓強度約為45MPa，斷裂韌性約為IMPa.m1/2，用ICP測得鎂和硅離子的釋放周期在12個月左右，將材料植入新西蘭大白兔的股骨臨界性骨缺損后，測得復合支架的降解時間約12個月。復合支架植入體內(nèi)3周后即形成良好的新骨和血管長入。
[0059]實施例6
[0060]β-磷酸鈣/硅酸鈣/鐵復合支架的制備方法如下:
[0061 ] 將石蠟溶于丙酮配得9wt %的石蠟溶液，將磷酸鈣、硅酸鈣和鐵粉加入石蠟溶液中，在球磨機(QM-WX)以240rpm的轉(zhuǎn)速球磨2小時，球料比為2:1，得到混合物，β-磷酸鈣、硅酸鈣和鐵粉的體積比為35:50:15,以β-磷酸鈣、硅酸鈣、鐵粉、石蠟總質(zhì)量為100%計，石蠟的質(zhì)量百分數(shù)為3% ；
[0062]將混合物裝入自動注漿機(3-DInkS，Stilhrater，OK)的漿料筒中，根據(jù)設(shè)計的支架三維結(jié)構(gòu)的程序，打印得到β-磷酸鈣/硅酸鈣/鐵復合坯體；
[0063]將β-磷酸鈣/硅酸鈣/鐵復合坯體放入排膠爐中，在抽真空條件下緩慢升溫至385°C保溫180min，再放入管式爐中，在氫氣氣氛下升溫至1150°C燒結(jié)240min，自然降溫，即得到β-磷酸鈣/硅酸鈣/鐵復合支架。
[0064]用壓汞法測得β-磷酸鈣/硅酸鈣/鐵復合支架的孔隙率約為63%，用μ-CT測得大孔率約為60%，用萬能材料試驗機測得抗壓強度約為63MPa，斷裂韌性約為1.2MPa.mV2，用ICP測得鐵和硅離子的釋放周期在20個月左右，將材料植入新西蘭大白兔的股骨臨界性骨缺損后，測得復合支架的降解時間約20個月。復合支架植入體內(nèi)3周后即形成良好的新骨和血管長入。
[0065]實施例7
[0066]羥基磷灰石/β-磷酸三鈣/硅酸鈣/鎂黃長石/鐵復合支架的制備方法如下:
[0067]將甲基纖維素和甘油溶于去離子水中，配得甲基纖維素/甘油溶液，該溶液中甲基纖維素的質(zhì)量分數(shù)為2%，甘油的質(zhì)量分數(shù)為30% ;將羥基磷灰石、β-磷酸三鈣、硅酸鈣、鎂黃長石、鐵粉加入甲基纖維素/甘油溶液中，在球磨機(QM-WX)中以240rpm的轉(zhuǎn)速球磨Ih，球料比為5:1得到混合物，羥基磷灰石、磷酸三鈣、硅酸鈣、鎂黃長石和鎂粉的體積比為25:25:20:15:15,以羥基磷灰石、β_磷酸三鈣、硅酸鈣、鎂黃長石、鎂粉、甲基纖維素與甘油總質(zhì)量為100%計，甲基纖維素與甘油的質(zhì)量之和為13% ；
[0068]將混合物裝入三維繪圖機(Regenovo 3D B1printer)的將料筒中，根據(jù)設(shè)計的支架結(jié)構(gòu)的程序，打印得到羥基磷灰石/β-磷酸三鈣/硅酸鈣/鎂黃長石/鐵復合坯體；
[0069]將羥基磷灰石/β-磷酸三鈣/硅酸鈣/鎂黃長石/鐵復合坯體放入排膠爐中，在抽真空條件下緩慢升溫至630°C保溫120min，再放入管式爐中，在氮氣氣氛下緩慢升溫至1180°C恒溫燒結(jié)150min，自然降溫，得到羥基磷灰石/β-磷酸三鈣/硅酸鈣/鎂黃長石/鐵復合支架。
[0070]用壓汞法測得羥基磷灰石/β-磷酸三鈣/硅酸鈣/鎂黃長石/鐵復合支架的孔隙率約為43 %，用μ-CT測得大孔率約為40 %，用萬能材料試驗機測得抗壓強度約為68MPa，斷裂韌性約為2MPa.m1/2，用ICP測得鐵和硅離子的釋放周期在20個月左右，將材料植入新西蘭大白兔的股骨臨界性骨缺損后，測得復合支架的降解時間約20個月。復合支架植入體內(nèi)3周后即形成良好的新骨和血管長入。
[0071 ] 實施例8
[0072]硅酸鈣/鎂黃長石/鐵鎢合金復合支架的制備方法如下:
[0073]將聚乙烯醇溶于水中，配得6?丨％的聚乙烯醇溶液，將硅酸鈣、鎂黃長石和鐵鎢合金(鐵和鎢的質(zhì)量比為8: 2)加入聚乙烯醇溶液中，在球磨機(QM)以180rpm的轉(zhuǎn)速球磨3小時，球料質(zhì)量比為2.5:1，得到混合物，硅酸鈣、鎂黃長石的體積之和與鐵鎢合金的體積比為50:30: 25，以硅酸鈣、鎂黃長石、鐵鎢合金和聚乙烯醇的質(zhì)量為100%計，聚乙烯醇的質(zhì)量分數(shù)為1.5% ；
[0074]將50?600μηι造孔劑碳酸氫錢按照30%的質(zhì)量比加入混合物中，混合均勾，置于65°C干燥12h，然后裝入模具，以30MPa的壓力軸向施壓，脫模后，用等冷靜壓機(769ΥΡ-24Β)在150MPa進行等靜壓處理240s，獲得硅酸鈣/鎂黃長石/鐵鎢合金復合坯體；
[0075]將硅酸鈣/鎂黃長石/鐵鎢合金復合坯體放入排膠爐中，在氬氣氣氛下緩慢升溫至600°C保溫120min，再放入管式爐中，在氬氣氣氛中緩慢升溫至1150°C保溫燒結(jié)150min，自然降溫，得到硅酸鈣/鎂黃長石/鐵鎢合金復合支架。
[0076]用壓汞法測得硅酸鈣/鎂黃長石/鐵鎢合金復合支架的孔隙率約為48%，用μ-CT測得大孔率約為40%，用萬能材料試壓機測得抗壓強度約為35MPa，斷裂韌性約為0.95MPa.m1/2，用ICP測得鐵、鎢和硅離子的釋放周期在24個月左右，將材料植入新西蘭大白兔的股骨臨界性骨缺損后，測得復合支架的降解時間約24個月。復合支架植入體內(nèi)3周后即形成良好的新骨和血管長入。
[0077]實施例9
[0078]α-磷酸三鈣/白硅鈣石/鎂鋅鈣合金復合支架的制備方法如下:
[0079]將羥丙基纖維素溶液溶于水中，配得9wt%羥丙基纖維素溶液，將α-磷酸三鈣、白硅鈣石和鎂鋅鈣合金(鎂、鋅、鈣的質(zhì)量比為7:1:2)加入羥丙基纖維素溶液中，在球磨機(QM)中以120rpm的轉(zhuǎn)速球磨6小時，球料質(zhì)量比為2:1，得到混合物，α-磷酸三鈣、白硅鈣石和鎂鋅鈣合金的體積比為50:20:30，以α-磷酸三鈣、白硅鈣石、鎂鋅鈣合金和羥丙基纖維素的質(zhì)量為100%計，羥丙基纖維素的質(zhì)量為5% ；
[0080]將100?500μπι造孔劑莰烯以20wt %的比例加入混合物中，混合均勻，在60 °C干燥6h后裝入模具，以20MPa的壓力軸向施壓，脫模后，用等冷靜壓機(769YP-24B)在200MPa進行等靜壓處理300s，獲得α-磷酸三鈣/白硅鈣石/鎂鋅鈣合金復合坯體；
[0081 ]將α-磷酸三鈣/白硅鈣石/鎂鋅鈣合金復合坯體放入排膠爐中，在抽真空條件下緩慢升溫至500°C保溫120min，再放入管式爐中，在氬氣氣氛中緩慢升溫至800°C保溫燒結(jié)90min，自然降溫，得到α-磷酸三鈣/白硅鈣石/鎂鋅鈣合金復合支架。
[0082]用壓汞法測得α-磷酸三鈣/白硅鈣石/鎂鋅鈣合金復合支架的孔隙率約為32%，用μ-CT測得大孔率約為30%，用萬能材料試驗機測得抗壓強度約為38MPa，斷裂韌性約為0.23MPa.m1/2，用ICP測得鎂、鋅和硅離子的釋放周期在12個月左右，將材料植入新西蘭大白兔的股骨臨界性骨缺損后，測得復合支架的降解時間約12個月。復合支架植入體內(nèi)3周后即形成良好的新骨和血管長入。
[0083]實施例10
[0084]α-磷酸三鈣/硅酸鈣/鐵復合支架的制備方法如下:
[0085]將羥丙基甲基纖維素、乙二醇溶于水中，配得羥丙基甲基纖維素/乙二醇溶液，該溶液中羥丙基甲基纖維素溶液的質(zhì)量分數(shù)為6%，乙二醇的質(zhì)量分數(shù)為10%，將α-磷酸三鈣、硅酸鈣和純鐵加入羥丙基甲基纖維素/乙二醇溶液中，在球磨機(QM)中以150rpm的轉(zhuǎn)速球磨3小時，球料質(zhì)量比為3:1，得到均勻的混合物，α-磷酸三鈣、硅酸鈣和鐵的體積比為50:30:20，羥丙基纖維素的含量占以α-磷酸三鈣、硅酸鈣、鐵、羥丙基甲基纖維素、乙二醇質(zhì)量為100%計，羥丙基甲基纖維素與乙二醇的質(zhì)量之和為7% ;
[0086]將混合物裝入噴墨打印機(Zprinter310plus)的楽料筒中，根設(shè)計的支架結(jié)構(gòu)的程序，打印得到α-磷酸三鈣/硅酸鈣/鐵復合坯體；
[0087]將α-磷酸三鈣/硅酸鈣/鐵復合坯體放入排膠爐中，在氮氣下緩慢升溫至680°C保溫120min，將羥丙基纖維素和乙二醇除去，再放入管式爐中，在抽真空條件下緩慢升溫至1150°C保溫燒結(jié)135min，自然降溫，得到α-磷酸三鈣/硅酸鈣/鐵復合支架。
[0088]用壓汞法測得α-磷酸三鈣/硅酸鈣/鐵復合支架的孔隙率約為37%，用μ-CT測得大孔率約為35%，用萬能材料試驗機測得抗壓強度約為58MPa，斷裂韌性約為1.8MPa.m1氣用ICP測得鐵和硅離子的釋放周期在24個月左右，將材料植入新西蘭大白兔的股骨臨界性骨缺損后，測得復合支架的降解時間約24個月。復合支架植入體內(nèi)3周后即形成良好的新骨和血管長入。
[0089]實施例11
[0090]羥基磷灰石/硅酸鎂/鐵鎢合金復合支架的制備方法如下:
[0091]將羥丙基甲基纖維素和甘油溶于水中，配得羥丙基甲基纖維素/甘油溶液，該溶液中羥丙基甲基纖維素的質(zhì)量分數(shù)為5%，甘油的質(zhì)量分數(shù)為8%，將羥基磷灰石、硅酸鎂和鐵鎢合金(鐵和鎢的質(zhì)量比為85:15)加入羥丙基甲基纖維素/甘油溶液中，用球磨機(QM-WX)以150rpm的轉(zhuǎn)速球磨2小時，球料質(zhì)量比為3:1，得到混合物，羥基磷灰石、硅酸鎂和鐵鎢合金的體積比為45:15:40，以羥基磷灰石、硅酸鎂、鐵鎢合金和羥丙基甲基纖維素、甘油的質(zhì)量為100%計，羥丙基甲基纖維素、甘油的質(zhì)量之和為4.5% ；
[0092]將混合物裝入三維繪圖機(Regenovo 3D B1printer)的楽料筒中，根據(jù)設(shè)計的支架結(jié)構(gòu)的程序，打印得到羥基磷灰石/硅酸鎂/鐵鎢合金復合坯體；
[0093]將羥基磷灰石/硅酸鎂/鐵鎢合金復合坯體放入排膠爐中，在氫氣氣氛下緩慢升溫至600 °C保溫120min，再放入管式爐中，在抽真空條件下緩慢升溫至1200 °C保溫燒結(jié)ISOmin，自然降溫，即得到羥基磷灰石/硅酸鎂/鐵鎢合金復合支架。
[0094]用壓汞法測得羥基磷灰石/硅酸鎂/鐵鎢合金復合支架的孔隙率約為39%，用μ-CT測得大孔率約為36%，用萬能材料試驗機測得抗壓強度約為275MPa，斷裂韌性約為
8.5MPa.m1/2，用ICP測得鎢、鐵和硅離子的釋放周期在56個月左右，將材料植入新西蘭大白兔的股骨臨界性骨缺損后，測得復合支架的降解時間約56個月。復合支架植入體內(nèi)4周后即形成良好的新骨和血管長入。
[0095]實施例12
[0096]羥基磷灰石/鐵錳合金復合支架的制備方法如下:
[0097]將石蠟溶于丙酮中，配得5?〖％石蠟溶液，將羥基磷灰石和鐵錳合金(鐵和錳的質(zhì)量比為85:15)加入石蠟溶液中，用球磨機(QM)以120rpm的轉(zhuǎn)速球磨5小時，球料質(zhì)量比為2:1，得到混合物，鐵錳合金粉和羥基磷灰石的體積比為40:60，以羥基磷灰石、鐵錳合金、石蠟質(zhì)量為100%計，石蠟的質(zhì)量為2% ；
[0098]將50?800μπι的造孔劑聚苯乙烯以5wt%的比例加入混合物中，均勻混合，然后置于50°C干燥8h，裝入模具，以5MPa的壓力軸向施壓，脫模后用等冷靜壓機(769YP-24B)在200MPa進行等靜壓處理180s，獲得羥基磷灰石/鐵錳合金復合坯體；
[0099]將羥基磷灰石/鐵錳合金復合坯體放入排膠爐中，在抽真空條件下緩慢升溫至385°C保溫150min，再放入管式爐中，在氮氣氣氛中緩慢升溫至1200°C保溫燒結(jié)180min，自然降溫，即得到羥基磷灰石/鐵錳合金復合支架。
[0100]用壓汞法測得羥基磷灰石/鐵錳合金復合支架的孔隙率約為10%，用μ-CT測得大孔率約為8%，用萬能材料試驗機測得抗壓強度約為150MPa，斷裂韌性約為6MPa.mV2，用ICP測得鐵離子的釋放周期在42個月左右，將材料植入新西蘭大白兔的股骨臨界性骨缺損后，測得復合支架的降解時間約42個月。復合支架植入體內(nèi)5周后即形成良好的新骨和血管長入。
[0101]實施例13
[0102]β-磷酸三鈣/硅酸鈣/鐵復合支架的制備方法如下:
[0103]將石蠟和合成橡膠溶于丙酮中，配得石蠟和合成橡膠溶液，該溶液中石蠟的質(zhì)量分數(shù)為5%，合成橡膠的質(zhì)量分數(shù)為5% ;將β-磷酸三鈣、硅酸鈣和鐵粉加入到溶液中，在球磨機(QM)以150rpm的轉(zhuǎn)速(QM-WX)球磨8h，球料比為2:1，得到混合物，β-磷酸三鈣、硅酸鈣和鐵粉的體積比為40:35: 25，以β-磷酸三鈣、硅酸鈣、鐵粉、石蠟、合成橡膠質(zhì)量為100%計，合成橡膠和石蠟的質(zhì)量之和為4.5% ；
[0104]將混合物裝入自動注楽機(3-DInks ,Stillwater)的楽料筒中，根設(shè)計的支架結(jié)構(gòu)的程序，打印得到β-磷酸三鈣/硅酸鈣/鐵復合坯體；
[0105]將β-磷酸三鈣/硅酸鈣/鐵復合坯體放入排膠爐中，在真空條件下緩慢升溫至600°C保溫120min，再放入管式爐中，在氫氣氣氛下緩慢升溫至1100°C保溫燒結(jié)240min，自然降溫，即得到磷酸三鈣/硅酸鈣/鐵復合支架。
[0106]用壓汞法測得β-磷酸三鈣/硅酸鈣/鐵復合支架的孔隙率約為49%，用μ-CT測得大孔率約為45 %，用萬能材料試驗機測得抗壓強度約為65MPa，斷裂韌性約為2.8MPa.m1/2，用ICP測得鐵和硅離子的釋放周期在30個月左右，將材料植入新西蘭大白兔的股骨臨界性骨缺損后，測得復合支架的降解時間約30個月。復合支架植入體內(nèi)4周后即形成良好的新骨和血管長入。
[0107]最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明保護范圍的限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行若干推演或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實質(zhì)和范圍。
【主權(quán)項】
1.一種可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料，由體積比為(0.0I?0.99):1的可降解金屬粉末和可降解生物活性陶瓷粉末制得。2.如權(quán)利要求1所述的可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料，其特征在于，所述的生物活性陶瓷粉末為磷酸鈣陶瓷粉末和/或硅酸鹽陶瓷粉末。3.如權(quán)利要求1所述的可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料，其特征在于，所述可降解金屬為鐵、鐵合金、鎂、鎂合金中的一種或幾種。4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料，其特征在于，所述可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料的孔隙率為5%?80%，大孔率為5%?60%。5.如權(quán)利要求1-3任一項所述的可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料，其特征在于，所述可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料的抗壓強度為I?400MPa，斷裂韌性為0.1?1MPa.m1/2。6.如權(quán)利要求1-3任一項所述的可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料的制備方法，包括以下步驟: 將可降解生物活性陶瓷粉末、可降解金屬粉末與添加劑溶液混合研磨，得到混合物;將所述混合物預制成型，得到陶瓷/金屬復合坯體，將所得陶瓷/金屬復合坯體置于300?750°〇無氧環(huán)境中處理30?240min，除去有機物質(zhì)，在無氧環(huán)境中再升溫至650?1400 °C燒結(jié)10?300min，得到可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料。7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述添加劑為粘結(jié)劑或增塑劑，或粘結(jié)劑和增塑劑的混合物，所述粘結(jié)劑選自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素、聚乙二醇、甲基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛中的一種或者幾種，所述增塑劑選自甘油、石蠟、凡士林、鄰苯二甲酸二丁酯、乙二醇、合成橡膠中的一種或幾種。8.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，以可降解生物活性陶瓷粉末、可降解金屬粉末和添加劑的總質(zhì)量為100 %計，所述添加劑的質(zhì)量百分數(shù)為0.1 %?15 %。9.如權(quán)利要求1-3任一項所述的可降解生物活性陶瓷/金屬復合材料的應用，是用作骨缺損修復材料。
【文檔編號】A61L27/42GK105879122SQ201610273661
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】何福坡, 任偉瑋, 唐梓敏, 潘東偉, 伍尚華, 鄧欣, 王勝彬
【申請人】廣東工業(yè)大學