一种用于骨组织修复的生物材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于骨组织修复的生物材料及其制备方法，属于生物材料领域。
【背景技术】
[0002] 随着材料科学和医学的迅速发展以及人们生活水平、医疗保健、康复水平的提高， 人们对人体器官及骨折缺损的修复和置換等方面的要求日益提高。据统计资料表明，近年 来关节炎等疾病患者逐年増加，在美国每年大约有50万人动手术将髋部、肩膀、手肘和膝 盖等部位置換成人エ关节。人工关节种类繁多，外观形状复杂，每个病人的关节尺寸都不 同，目前人工关节主要是成系列的生产。多数情况下，人工关节柄与骨髄腔不能形成紧密的 解剖匹配，从而使负荷传递、应カ分布高于或低于正常水平，身体容易产生排异反应，导致 手术后的并发症，并降低人工关节的使用寿命。这些缺点限制了人工关节在临床上的广泛 应用，而一般用来替换的人造骨的钛合金骨骼，制作时间长，往往耽误了最佳的更换时间。
[0003] 重建矿物骨骼硬组织结构和力学性能是ー个亟待解决的问题，在骨组织工程领域 具有重要的临床应用价值和较高的社会效益。新一代的医用骨组织材料要求具有高的生物 活性和机械性能，不容易与人体产生排异反应。羟基磷灰石[Caltl(PO4)6(OH)2]是生物骨基 质中的重要无机组元，主要存在于骨、牙齿和腕足类动物外壳等矿化结构中，一旦与有机成 分结合，骨基质就会具有很强的硬度，在生物体内起到支持功能，促进骨修复。
[0004] 当前，羟基磷灰石的应用方法是将可以生成羟基磷灰石的生物材料置于人体内， 通过体液的矿化生成羟基磷灰石，羟基磷灰石与人体骨骼组织在界面形成紧密的化学键结 合，从而诱导骨组织的生长。但是，目前用于在生物体内稳定生成羟基磷灰石的生物材料性 能不好，制备方法多较复杂，能耗高，产品成本较高，不利于推广应用。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术存在的问题，本发明提供ー种有良好的生物活性和机械强度、 制备方法简单、能耗较低的用于骨组织修复的生物材料及其制备方法。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于骨组织修复的生物材料， 化学式为Ca2Mg5(Si4O11)2F2D
[0007] 如上所述的用于骨组织修复的生物材料的制备方法，采用高温固相法，包括以下 步骤：
[0008] (1)以含有钙离子Ca2+的化合物、含镁离子Mg2+的化合物、含硅离子Si4+的化合 物、含氟离子r的化合物为原料，按化学式Ca2Mg5 (Si4O11) 2F2中对应元素的化学计量比称取 各原料，通过研磨使其混合均匀；
[0009] (2)将得到的混合物在空气气氛下预煅烧，预煅烧温度为200~750°C，预煅烧时 间为1~15小时，自然冷却后，研磨并混合均匀；
[0010] (3)将步骤（2)得到的混合物在空气气氛中煅烧，煅烧温度为750~950°C，煅烧 时间为8~15小时，自然冷却后，研磨混合均匀即得到粉末状生物材料。
[0011] 本发明高温固相法的技术方案中，含有钙离子Ca2+的化合物为草酸钙、碳酸钙、硫 酸钙、硝酸钙中的ー种；含镁离子Mg2+的化合物为碱式碳酸镁、氯化镁、硝酸镁中的ー种；含 有硅离子Si4+的化合物为二氧化硅；含有氟离子F-的化合物为氟化钙或氟化镁中的ー种。
[0012] 本发明高温固相法的一个优选方案是：步骤（2)的预煅烧温度为250°C~700°C， 预煅烧时间为2~14小时；步骤（3)的煅烧温度为800~950°C，煅烧时间为10~14小 时。
[0013] 在本发明技术方案中，将高温固相法步骤（3)得到的粉末状生物材料在压カ为 8Mpa~IOMpa的条件下干压成型，再进行烧结，烧结温度为800~950°C，烧结时间为2~ 15小时，得到用于骨组织修复的块状生物材料。
[0014] 如上所述的用于骨组织修复的生物材料的制备方法，还可以采用化学溶液法，包 括以下步骤：
[0015] (1)以含有钙离子Ca2+的化合物、含镁离子Mg2+的化合物、含硅离子Si4+的化合物、 含氟离子r的化合物为原料，按化学式Ca2Mg5 (Si4O11) 2F2中对应元素的化学计量比称取，将 含有钙离子Ca2+的化合物、含镁离子Mg2+的化合物、含氟离子F-的化合物分别溶解于稀硝 酸溶液中，用去离子水进行稀释，不断进行撹拌，再按各原料质量的〇. 5~2.Owt%分别添 加络合剂，得到各原料的混合液；在含硅离子Si4+的化合物中加入等量体积的こ醇和5倍体 积的硝酸溶液，用去离子水进行稀释，进行撹拌处理，待完全溶解后，将上述各种溶液进行 混合，所述的络合剂为柠檬酸或草酸；
[0016] (2)将各原料的混合液緩慢混合，在40~KKTC的撹拌温度下撹拌1~3小时，静 置、烘干，得到蓬松的前驱体；
[0017] (3)将前驱体置于坩埚中，在马弗炉中煅烧，煅烧温度为500~800°C，煅烧时间 2~12小时，冷却后研磨均匀，得到粉末状生物材料。
[0018] 本发明化学溶液法的技术方案中，含有钙离子Ca2+的化合物为氧化钙、氢氧化钙、 草酸钙中的ー种；含有镁离子Mg2+的化合物为氧化镁、碱式碳酸镁、氯化镁、硝酸镁中的一 种；含有硅离子Si4+的化合物为正硅酸こ酯；含有氟离子!^的化合物为氟化钙或氟化镁中 的ー种。
[0019] 本发明化学溶液法的一个优选方案是：步骤（2)的撹拌温度为50~90°C，搅拌时 间为2~3小时；步骤⑶的煅烧温度为600~800°C，煅烧时间为2~10小时。
[0020] 在本发明技术方案中，将化学溶液法步骤（3)得到的粉末状生物材料在压カ为 8Mpa~IOMpa的条件下干压成型，再进行烧结，烧结温度为750~900°C，烧结时间为2~ 14小时，得到用于骨组织修复的块状生物材料。
[0021] 本发明技术方案的优点在于：
[0022] 1、本发明制备的Ca2Mg5(Si4O11)2F2生物材料具有良好的生物活性和机械性能，力 学性能接近人体皮质骨，该材料没有污染，不含有对于生物体有害的元素，是ー种理想的生 物和医用材料，能作为非承重骨部位的修复材料使用。
[0023] 2、本发明制备的Ca2Mg5 (Si4O11)2F2生物材料中含有丰富的Mg2+存在，在成骨和促进 生物学相容方面起到良好的促进作用。
[0024] 3、本发明的Ca2Mg5(Si4O11)2F2生物材料的制备方法选用的原料来源丰富，方法可 以灵活选用高温固相法和化学溶液法，制备エ艺简单，易子操作，产物易收集，能源消耗和 产品成本低。
[0025] 4、本发明的制备方法无污染、无废水废气排放，环境友好，适合连续化生产。
【附图说明】
[0026] 图1为按实施例1技术方案制备的Ca2Mg5 (Si4O11)2F2粉体的XRD图谱；
[0027] 图2为按实施例1技术方案制备的Ca2Mg5 (Si4O11) 2F2粉体矿化1天后的XRD图谱；
[0028] 图3为按实施例1技术方案制备的Ca2Mg5 (Si4O11) 2F2粉体矿化5天后的XRD图谱；
[0029] 图4为按实施例1技术方案制备的Ca2Mg5 (Si4O11)2F2粉体矿化10天后的XRD图 谱；
[0030] 图5为按实例1技术方案制备的Ca2Mg5 (Si4O11) 2F2粉体矿化前的表面形貌照片；
[0031] 图