CN108245707A - 一种用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料的制备方法 - Google Patents

一种用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料的制备方法，其特征在于，首先按摩尔比Ca/P＝1.67称取四水硝酸钙和磷酸氢二铵，先将四水硝酸钙溶解于水中，然后用浓氢氧化钠调节pH至碱性，然后加入称好的磷酸氢二铵，混合后搅拌，搅拌后经陈化、抽滤及烘干得到羟基磷灰石；然后按生物玻璃配方熔制玻璃液，然后对玻璃液进行水淬，将得到的玻璃烘干，研磨成粉，得到生物玻璃粉；最后将羟基磷灰石和生物玻璃粉混合后压制成型，然后进行煅烧即得到用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料。本发明制备的用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料强度较高、易于降解同时具有好的生物相容性。

Description

一种用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料的制备方法
技术领域
本发明涉及医用材料领域，具体涉及一种用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料的制备方法。
背景技术
生物医用材料有非常悠久的历史。进入21世纪，随着医学的进步，人类的平均寿命也在延长，器官衰竭和组织缺损成为阻碍进一步延长人类寿命的重要问题之一。因此对大部分患者只能采取其他治疗方法，如外科重建、药物治疗、合成假体和机械装置等。虽然这些方法不受制约，但不能长期代替衰竭的器官或组织的全部功能，从根本上解决病患。于是人工合成具有长期生物活性的组织代用品成为研究的一大热点。
羟基磷灰石，属于表面活性材料，是人体和动物体骨骼、牙齿的主要无机成分，具有良好的生物活性和生物相容性，被认为是一种最具潜力的人体硬组织替代材料，但其自身的力学性能差、强度低、脆性大，限制了它在医学临床上的应用。为了提高羟基磷灰石的力学性能，人们开展了致密羟基磷灰石的研究。研究得到的羟基磷灰石的机械性能得到了一定的提高，但表面的显气孔率较小，植入人体内后，只能在表面形成骨质，缺乏诱导骨形成的能力，仅可作为骨形成的支架，因此，人们广泛地用羟基磷灰石与其他材料进行复合，以期得到力学性能优良、生物活性好的生物医学复合材料。
无机类的某些陶瓷材料和生物玻璃具有较高的强度硬度以及抗生理腐蚀性和生物相容性，生物玻璃中非桥氧所链接的碱土金属离子能溶解到水溶液中，从而促进骨成长，其次，生物玻璃具有可控制的讲解速度。目前，主要的生物玻璃材料包括硅酸盐、硼酸盐和磷酸盐生物玻璃。
但仅靠单一材料，很难满足生物医用材料各项性能的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料的制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明制备用作骨修复的材料可有效地作为承受大负荷部位的制作材料。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按摩尔比Ca/P＝1.67称取四水硝酸钙和磷酸氢二铵，先将四水硝酸钙溶解于水中，然后用浓氢氧化钠调节pH至碱性，然后加入称好的磷酸氢二铵，混合后搅拌，搅拌后经陈化、抽滤及烘干得到羟基磷灰石；
步骤二：按生物玻璃配方熔制玻璃液，然后对玻璃液进行水淬，将得到的玻璃烘干，研磨成粉，得到生物玻璃粉；
步骤三：将羟基磷灰石和生物玻璃粉混合后压制成型，然后进行煅烧即得到用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料。
进一步地，步骤一中将四水硝酸钙和磷酸氢二铵混合溶液在80℃下磁力搅拌2h。
进一步地，步骤一中陈化温度为100℃，时间为12h。
进一步地，步骤一中调节pH至14。
进一步地，步骤二中生物玻璃为13-93生物玻璃。
进一步地，步骤三中羟基磷灰石和生物玻璃粉的质量比为(1-4)：(4-1)。
进一步地，步骤三中压制成型的压力为20MPa。
进一步地，步骤三中煅烧的温度为670℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明将强度更高的生物玻璃与强度较差的羟基磷灰石进行复合，玻璃在高温下变成玻璃态，可以将羟基磷灰石粉末粘接在一起使之强度提高，同时相比较于其他生物玻璃，13-93生物玻璃制作成强度较高，易于降解同时具有好的生物相容性的骨修复材料，控制玻璃的掺杂量，可以有效控制材料的孔隙率，使得其生物活性不受影响。
附图说明
图1为本发明实施例1、实施例2、实施例3和实施例4的XRD图谱；
图2为本发明实施例中制备的13-93生物玻璃的DSC谱线；
图3为本发明实施例的环境扫描电镜图；(a)为实施例1，(b)为实施例2，(c)为实施例3，(d)为实施例4；
图4为本发明实施例随玻璃掺入量的增加羟基磷灰石的密度，强度和摩尔体积变化。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
一种用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在实验室按摩尔比Ca/P＝1.67称取四水硝酸钙和磷酸氢二铵，先将四水硝酸钙溶解于水中，然后用浓氢氧化钠调节pH至14，然后加入称好的磷酸氢二铵，混合后在磁力搅拌器上80℃搅拌2个小时；然后在100℃下陈化12h后抽滤烘干得到羟基磷灰石；
(2)按生物玻璃配方用升降炉熔制玻璃液，然后对玻璃液进行水淬，将得到的玻璃烘干，研磨成粉，得到生物玻璃粉备用；所述生物玻璃为13-93生物玻璃；
(3)将羟基磷灰石和生物玻璃粉按(1-4)：(4-1)的质量比进行混合，在20MPa的压力下压制成型，然后经670℃进行煅烧，即得用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料，其中煅烧温度由生物玻璃样品的DSC曲线确定，煅烧温度在玻璃态转变温度到第一个析晶峰之间进行选择。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
(1)在实验室按摩尔比Ca/P＝1.67称取四水硝酸钙和磷酸氢二铵，先将四水硝酸钙溶解于水中，然后用浓氢氧化钠调节pH至14，然后加入称好的磷酸氢二铵，混合后搅拌，磁力搅拌器上80℃搅拌2个小时，然后在100℃下陈化12h后抽滤烘干得到羟基磷灰石；
(2)按13-93生物玻璃36B2O3-18SiO2-22CaO-6Na2O-MgO-8K2O-2P2O5用升降炉熔制玻璃液，然后对玻璃液进行水淬，将得到的玻璃烘干，研磨成粉，得到生物玻璃粉备用；
(3)将羟基磷灰石和生物玻璃粉按质量比1:4共称取2g进行混料，在20MPa压力下压制成型，样品经670℃进行煅烧，即得用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料。
实施例2
(1)在实验室按摩尔比Ca/P＝1.67称取四水硝酸钙和磷酸氢二铵，先将四水硝酸钙溶解于水中，然后用浓氢氧化钠调节pH至14，然后加入称好的磷酸氢二铵，混合后搅拌，磁力搅拌器上80℃搅拌2个小时，然后在100℃下陈化12h后抽滤烘干得到羟基磷灰石；
(2)按13-93生物玻璃36B2O3-18SiO2-22CaO-6Na2O-MgO-8K2O-2P2O5用升降炉熔制玻璃液，然后对玻璃液进行水淬，将得到的玻璃烘干，研磨成粉，得到生物玻璃粉备用；
(3)将羟基磷灰石和生物玻璃粉按质量比2:3共称取2g进行混料，在20MPa压力下压制成型，样品经670℃进行煅烧，即得用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料。
实施例3
(1)在实验室按摩尔比Ca/P＝1.67称取四水硝酸钙和磷酸氢二铵，先将四水硝酸钙溶解于水中，然后用浓氢氧化钠调节pH至14，然后加入称好的磷酸氢二铵，混合后搅拌，磁力搅拌器上80℃搅拌2个小时，然后在100℃下陈化12h后抽滤烘干得到羟基磷灰石；
(2)按13-93生物玻璃36B2O3-18SiO2-22CaO-6Na2O-MgO-8K2O-2P2O5用升降炉熔制玻璃液，然后对玻璃液进行水淬，将得到的玻璃烘干，研磨成粉，得到生物玻璃粉备用；
(3)将羟基磷灰石和生物玻璃粉按质量比3:2共称取2g进行混料，在20MPa压力下压制成型，样品经670℃进行煅烧，即得用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料。
实施例4
(1)在实验室按摩尔比Ca/P＝1.67称取四水硝酸钙和磷酸氢二铵，先将四水硝酸钙溶解于水中，然后用浓氢氧化钠调节pH至14，然后加入称好的磷酸氢二铵，混合后搅拌，磁力搅拌器上80℃搅拌2个小时，然后在100℃下陈化12h后抽滤烘干得到羟基磷灰石；
(2)按13-93生物玻璃36B2O3-18SiO2-22CaO-6Na2O-MgO-8K2O-2P2O5用升降炉熔制玻璃液，然后对玻璃液进行水淬，将得到的玻璃烘干，研磨成粉，得到生物玻璃粉备用；
(3)将羟基磷灰石和生物玻璃粉按质量比4:1共称取2g进行混料，在20MPa压力下压制成型，样品经670℃进行煅烧，即得用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料。
如图1的XRD所示，随着玻璃掺入量的增加，出现无定型峰，由于控制了烧结温度，玻璃并没有析晶，没有出现其他晶相；图3说明玻璃在加热重新变为玻璃液后可以填充羟基磷灰石粉末间的空隙，这也是使得羟基磷灰石强度得以提高的原因；图4为羟基磷灰石在玻璃掺入后其密度、强度、摩尔体积随玻璃掺入增加的变化，证明了玻璃的加入可以明显提高羟基磷灰石的力学强度。

Claims (8)

1.一种用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按摩尔比Ca/P＝1.67称取四水硝酸钙和磷酸氢二铵，先将四水硝酸钙溶解于水中，然后用浓氢氧化钠调节pH至碱性，然后加入称好的磷酸氢二铵，混合后搅拌，搅拌后经陈化、抽滤及烘干得到羟基磷灰石；
步骤二：按生物玻璃配方熔制玻璃液，然后对玻璃液进行水淬，将得到的玻璃烘干，研磨成粉，得到生物玻璃粉；
步骤三：将羟基磷灰石和生物玻璃粉混合后压制成型，然后进行煅烧即得到用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料。
2.根据权利要求1所述的一种用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料的制备方法，其特征在于，步骤一中将四水硝酸钙和磷酸氢二铵混合溶液在80℃下磁力搅拌2h。
3.根据权利要求1所述的一种用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料的制备方法，其特征在于，步骤一中陈化温度为100℃，时间为12h。
4.根据权利要求1所述的一种用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料的制备方法，其特征在于，步骤一中调节pH至14。
5.根据权利要求1所述的一种用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料的制备方法，其特征在于，步骤二中生物玻璃为13-93生物玻璃。
6.根据权利要求1所述的一种用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料的制备方法，其特征在于，步骤三中羟基磷灰石和生物玻璃粉的质量比为(1-4)：(4-1)。
7.根据权利要求1所述的一种用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料的制备方法，其特征在于，步骤三中压制成型的压力为20MPa。
8.根据权利要求1所述的一种用作骨修复的羟基磷灰石/生物玻璃材料的制备方法，其特征在于，步骤三中煅烧的温度为670℃。
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