一种具有贯通孔结构的仿生生物陶瓷及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于仿生生物陶瓷技术领域，具体涉及一种具有贯通孔结构的仿生生物陶瓷及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]骨折、骨病和骨囊肿等导致的骨缺损一直是骨科领域的难题之一。骨修复材料主要为自体骨，异体骨和人工骨，而多孔生物活性陶瓷人工骨以其良好的生物相容性和可降解性成为理想的骨组织替代和修复材料。
[0003]对于多孔生物陶瓷，已有多种制备方法和应用:
[0004]专利CN 101690828 A公开了一种梯度多孔生物陶瓷支架的制备方法，通过制造三维壳体、浇注生物陶瓷浆料、冷冻干燥和烧结步骤，制备出了外部相对致密、内部具有定向排布的层状多孔结构的多孔生物陶瓷支架。但该发明所述的生物陶瓷支架的孔与孔之间的连通性不明确，所以不能保证糊精、聚乙烯醇等粘结剂全部烧除。
[0005]专利CN 101524555 A公开了一种组合式多孔生物陶瓷支架的制备方法，通过制造生物陶瓷球形颗粒、制造三维壳体、组装等步骤，制造出了具有外部相对致密、内部疏松多孔的梯度孔隙多孔生物陶瓷支架。
[0006]专利CN 101011602 A公开了一种多孔生物陶瓷支架的制备方法，采用聚乙烯醇水溶液作粘结剂，与生物陶瓷粉体混合均匀，经过孔板挤压、切断和滚圆，制造球形颗粒；再取聚乙烯醇水溶液与上述颗粒混匀，在模具中模压成型，放入烧结炉烧结。
[0007]专利CN 101352583 A公开了一种多孔聚磷酸钙生物陶瓷，将CPP粉末加入水和黄原胶配成浆料，然后加入壳聚糖微球至石膏模具干燥，最后烧结得到多孔聚磷酸钙生物陶
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[0008]专利CN 1927769 A公开了一种纳米多孔生物陶瓷的制备方法和装置:其特点是将合成具有纳米结构的浆料经离心分离后所得稠浆加入发泡剂成多孔初胚体，经300?800°C排塑；将初胚体进行微波烧结，获得了具有纳米结构的生物陶瓷产品。
[0009]专利CN 102515849 A公开了一种表面层由磷酸钙纳米棒构成的多孔生物陶瓷及其构成方法。该方法是采用水热法构成表面层具有磷酸钙纳米棒的多孔生物陶瓷，该磷酸钙纳米棒是在具有相同或相似的化学组成的磷酸钙多孔陶瓷基底表面外延性生长形成。
[0010]专利CN 1793057 A公开了一种层状多孔磷酸钙生物陶瓷的制备方法及其应用，采用超声波法得到牛血清白蛋白与磷酸钙的复合胶态溶液，然后放置、陈化，得到浆糊状沉淀物；将浆糊状沉淀物置入容器中成型，冷冻后进行冷冻干燥得到具有层状结构的前驱体；最后在600?1000°C焙烧I小时，去除白蛋白模板，而形成多孔磷酸钙生物陶瓷。
[0011]专利CN 102276291 A公开了一种制备多孔磷酸钙生物陶瓷材料的方法，将羟基磷灰石前相加入压铸模具中，压实并保持一定时间，将胚体升温到200?500°C进行烧结，在该温度下保温0.5?2.0h，然后加热到可以确保羟基磷灰石前相发生相变的温度，达到该可以确保发生相变的温度即停止加热，让胚体在烧结设备中自然冷却至室温，即得到多孔磷酸钙生物陶瓷材料。
[0012]专利CN 101766843 A公开了一种多孔叠层结构和通道的人工骨，由磷酸钙基生物陶瓷材料的密实层和多孔层交替叠层成型，并在与叠层成设定角度的方向上设置有输送细胞、体液的通道。将羟基磷灰石、磷酸钙等粉末以去离子水为介质混合制得浆料。采用三维凝胶叠层成型系统，制备由密实层、多孔层和通道组成的陶瓷胚体，再经高温烧结，制备人工骨。该申请虽然提到在与叠层成设定角度的方向上设置有输送细胞、体液的通道，但是其多孔部分采用发泡剂技术制作，多孔连通性不可控。
[0013]专利CN 102512267 A公开了一种复合多孔结构骨修复体及其制备方法，所述制备方法将直接金属快速成型技术与冷冻干燥技术相结合，先通过结构设计与直接金属快速成型技术制造处多孔金属支架，再将混合均匀的聚合物/生物陶瓷混合溶液浇注到多孔金属支架内，并进行冷冻处理，从而获得复合多孔结构骨修复体。
[0014]专利CN 103182099 A公开了一种多孔活性人工骨，以磷酸钙基生物陶瓷材料为基体，包括小孔、密实部分和定向孔通道，并螯合双膦酸盐。该申请虽然提到定向孔道的概念，但是并不能做到孔间和定向孔道的连通性。
[0015]专利CN 1850293 A公开了一种医用增强型多孔生物陶瓷、制备方法及其应用。该生物陶瓷含有多孔和致密部分，致密部分主要起到增加力学强度作用，多孔部分主要使细胞和组织长入到陶瓷之中，使新生的组织形成相应的功能。
[0016]专利CN 103113129 A公开了一种多级孔生物活性陶瓷及其制备方法与应用。本发明通过将粘结剂、增塑剂、造孔剂和溶剂混合，得到造孔剂粘稠液；再将生物活性粉末加入到造孔剂粘稠液中混炼，得到高可塑性泥团；将泥团用于挤出成型，烧结后得到蜂窝状多级孔生物活性陶瓷。
[0017]Μ.Descamps 等(Μ.Descamps et.al.在 Synthesis of macroporous β -tricalciumphosphate with controlled porous architectural)通过PMMA颗粒作为致孔剂通过热恪粘合在一起成为支架，再将生物陶瓷颗粒配成浆液注入支架中，烧结成多孔生物陶瓷。该方法制得的多孔陶瓷虽然多孔性良好，但是内部材料结构过于复杂缺乏材料内部的贯通性。目前也有学者采用筋膜瓣包裹该生物陶瓷，改善其血供问题，但是干细胞还是只能在外周富集生长，不能分布于陶瓷体内部，大大影响了修复效果。
[0018]以上专利和文献中制得的多孔陶瓷大都存在内部连接不可控、沟通率低或贯通性差的问题，由于生物活性陶瓷作为体内植入性材料，孔与孔之间的连通性和沟通率对于细胞爬行、材料的降解和血管生成具有重要意义；生物陶瓷内部贯通性差，导致骨髓干细胞在材料外周富集，不能在内部均匀分布，特别是对于非承重的骨缺损部位，髓腔拥塞影响修复效果。尤其对于需加入生物不相容性的致孔剂制备的生物陶瓷，陶瓷内部需要完全连通才能保证在烧结过程中致孔剂完全排出陶瓷胚外。
【发明内容】
[0019]为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种具有贯通孔结构的仿生生物陶瓷的制备方法。
[0020]本发明的另一目的在于提供一种由上述制备方法制备得到的具有贯通孔结构的仿生生物陶瓷。
[0021]本发明的再一目的在于提供上述具有贯通孔结构的仿生生物陶瓷的应用。
[0022]本发明目的通过以下技术方案实现:
[0023]一种具有贯通孔结构的仿生生物陶瓷的制备方法，包括以下操作步骤:
[0024](I)模具的制备:选取长、宽或直径范围为5mm?40mm，高为9mm?80mm上下端开口的中空模具主体，模具主体上下端开口处分别设置顶盖和底板，模具主体的制备材料为氧化锆陶瓷或者氧化铝陶瓷，顶盖和底板的制备材料为300°C下可气化的材料，模具主体、顶盖和底板三者围成模具腔，模具主体与底板能实现密封连接，选用直径为300?500 μ m的硬质贯通丝状物，将贯通丝状物一端固定于底板上，另一端在模具腔内延伸至顶盖，贯通丝状物彼此间隔700 μ m?1_ ;
[0025](2)塑料多孔支架的制备:将直径为100 μπι?500 μm的有机塑料颗粒从模具主体上端开口处填入到设置有贯通丝状物的模具腔内，加入有机溶剂或加热使