可降解生物活性陶瓷/金属复合材料及其制备方法和应用

可降解生物活性陶瓷/金属复合材料及其制备方法和应用
【专利摘要】本发明公开一种可降解生物活性陶瓷/金属复合材料及其制备方法及应用，制备方法包括：将可降解生物活性陶瓷粉末、可降解金属粉末和添加剂溶液混合研磨，得到混合物；将混合物预制成型，得到陶瓷/金属复合坯体，于300～750℃无氧环境中处理30～240min，再于无氧环境中升温至650～1400℃烧结10～300min，得到可降解生物活性陶瓷/金属复合材料。本发明以生物活性陶瓷为基体，并添加可降解金属制备得到的可降解生物活性陶瓷/金属复合材料强度高、韧性和抗疲劳性能好、可完全降解、骨诱导和血管化效果好，用于制备支架等医用材料具有很好的应用前景。
【专利说明】
可降解生物活性陶瓷/金属复合材料及其制备方法和应用
技术领域
[0001]本发明属于医用材料技术领域，涉及一种可降解生物活性陶瓷/金属复合材料及其制备方法和应用。
技术背景
[0002]可降解生物活性陶瓷植入骨缺损后会和宿主骨组织形成良好的骨性键合，引导骨生长，随着时间的延长逐渐降解，最终被新生骨组织代替，是骨缺损修复的首选材料，主要包括磷酸钙陶瓷、硅酸盐陶瓷等。磷酸钙陶瓷主要包括羟基磷灰石、磷酸三钙、α-磷酸三钙、磷酸四钙、磷酸氢钙等，硅酸盐陶瓷主要包括硅酸钙、硅酸二钙、硅酸三钙、镁黄长石(Ca2MgSi2O7)、白硅钙石(Ca7MgSi4O16)、硅酸镁等。其中，磷酸钙陶瓷的成分和人体骨组织的无机成分类似，使其具有良好的生物相容性和骨传导性，在体液环境中可以逐渐降解，降解后产生的钙磷离子可以参与骨重建。而硅酸盐陶瓷浸泡在体液中可在材料表面迅速形成磷灰石，并和骨组织形成良好的骨性键合，此外，近几年来的研究表明，硅酸盐陶瓷在液体环境中释放的硅离子，会明显刺激骨生长，并有效促进血管化。
[0003]然而，和传统的陶瓷的一样，生物活性陶瓷也存在脆性大、韧性和抗疲劳性能较差的缺点，限制了其在临床的广泛应用。目前，国内外研究人员将生物活性陶瓷加入到可降解金属基体中，制成金属基的可降解金属/生物活性陶瓷复合物，从而调控金属的强度、降解速率和生物学性能，但控制降解速率始终是镁和铁及其合金生物材料的核心问题之一，此夕卜，作为骨修复和替代材料，金属基生物材料的生物活性和骨传导性仍显不足。

【发明内容】

[0004]针对上述现有技术的不足，本发明提供一种可降解生物活性陶瓷/金属复合材料及其制备方法和应用，本发明以生物活性陶瓷为基体，通过添加可降解金属制得的可降解生物活性陶瓷/金属复合材料具有强度高、韧性和抗疲劳性能好、可完全降解、孔隙率高、细胞响应、骨诱导和血管化效果好的优点，用于制备支架等医用元件可以保持生物活性陶瓷的良好骨传导性或刺激骨生长的能力，而可降解金属降解后释放的离子还可以进一步成骨和血管化，具有很好的应用前景。
[0005]本发明的目的通过以下技术方案实现:
[0006]—种可降解生物活性陶瓷/金属复合材料，由体积比为(0.01-0.99):1的可降解金属和可降解生物活性陶瓷制得。所述体积是由可降解金属或可降解生物活性陶瓷的质量与密度计算得到。
[0007]优选的，所述可降解生物活性陶瓷/金属复合材料的孔隙率为5%?80%，大孔率为5%?60%。所述孔隙率由压汞法测试得到，所述大孔率由计算机断层扫描(μ-CT)测得。
[0008]优选的，所述可降解生物活性陶瓷/金属复合材料的抗压强度在I?400MPa，断裂韧性在0.1?1MPa.m1/2。所述抗压强度及断裂韧性由万能材料试验机测得。
[0009 ] 优选的，所述体积比为(0.3-0.8): 1.
[0010]优选的，所述的可降解生物活性陶瓷为磷酸钙陶瓷粉末和/或硅酸盐陶瓷粉末。更优选的，所述磷酸钙陶瓷粉末为羟基磷灰石、磷酸钙、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、磷酸四钙、磷酸八钙、磷酸氢钙中的一种或几种，所述的硅酸盐陶瓷粉末为硅酸钙、硅酸二钙、硅酸三I丐、镁黄长石(Ca2MgSi207)、白娃I丐石(Ca7MgSi40i6)、娃酸镁中的一种或几种。
[0011]优选的，所述可降解金属为粉末状的铁、铁合金、镁或镁合金中的一种或几种。更优选的，所述铁合金是铁基的铁锰合金或铁钨合金，所述镁合金是镁基的镁钙合金、镁钙锌或镁钙锶合金，所述铁合金或镁合金中，铁、镁以外的其他金属含量没有特殊限制，根据实际材料的应用要求进行调节。
[0012]本发明进一步提供上述可降解生物活性陶瓷/金属复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0013]将可降解生物活性陶瓷、可降解金属和添加剂溶液混合，研磨，得到混合物;将所述混合物预制成型，得到陶瓷/金属复合坯体，将所得陶瓷/金属复合坯体置于300?750°C无氧环境中处理30?240min，在无氧环境下再升温至650?140CTC烧结10?300min，得到可降解生物活性陶瓷/金属复合材料。
[0014]优选的，以可降解生物活性陶瓷、可降解金属和添加剂的总质量为100%计，所述添加剂的质量百分数为0.1 %?15 %。
[0015]优选的，所述添加剂为粘结剂或增塑剂，或粘结剂与增塑剂的混合物，所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙二醇、甲基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛的一种或者几种，更优选羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、甲基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或几种，所述增塑剂选自甘油、乙二醇、石蜡、凡士林、邻苯二甲酸二丁酯、合成橡胶中的一种或几种，更优选石蜡、合成橡胶或甘油的一种或几种。
[0016]优选的，所述添加剂为粘结剂与增塑剂的混合物，粘结剂与增塑剂的质量比为0.05 ?I。
[0017]更优选的，所述添加剂溶液的质量浓度为1%?40%。
[0018]所述添加剂溶液由添加剂溶解于溶剂得到，溶剂没有特殊限制，可以在烧结过程中除去的都可以，对于不同的添加剂溶剂种类不同，当添加剂的溶解性能较低时，可以升温促进溶解，溶剂具体可选自水、乙醇、甲醇、油酸、庚烷、甘油、丙酮、汽油、甲苯等。添加剂及溶剂在干燥、高温处理及烧结过程中受热除去。
[0019]所述制备方法中，预制成型得到陶瓷/金属复合坯体的方法为模压成型或三维打印成型，模压成型的设备没有特殊限制，一般采用压片机来进行。优选的，所述模压成型具体是:将造孔剂与混合物混合，干燥后装入模具，以5?60MPa压力轴向施压成型，然后在50?300MPa进行冷等静压处理30?300秒，得到陶瓷/金属复合坯体。
[0020]优选的，所述造孔剂的质量为混合物质量的5%?60%。
[0021]优选的，所述模压成型中，造孔剂包括聚苯乙烯颗粒、石蜡颗粒、碳酸氢铵颗粒、樟脑颗粒、崁烯颗粒的一种或几种，所述造孔剂的粒径为50?800μπι，造孔剂在烧结过程中受热分解除去。
[0022]优选的，所述三维打印成型是采用三维绘图打印、喷墨打印、自动注浆成型或熔融沉积型打印，具体成型工艺及设备没有特殊限制。
[0023]本发明进一步提供上述的可降解生物活性陶瓷/金属复合材料的应用，是用作骨缺损修复材料。所述可降解生物活性陶瓷/金属复合材料可以用作骨缺损修复材料，根据实际情况成型如制成支架，用于非承重部位如颅骨、松质骨部位、颂面部等骨缺损的填充修复，以及部分承重部位如上下颂骨、尺骨、桡骨、脊柱、股骨等的骨缺损修复。
[0024]和现有技术相比，本发明具有以下优点和效果:
[0025](I)本发明以具有优良的骨传导性和生物活性的磷酸钙和硅酸盐为基体，引入具有优异机械性能的可降解金属，成型后进行烧结，制备得到高强度和高韧性的陶瓷基可降解生物活性陶瓷/金属复合材料，该材料的孔隙率为5%?80%，大孔率5%?60%，抗压强度在I?400MPa，断裂韧性在0.1?1MPa.m1/2，不仅可以用于非承重部位的骨缺损修复，还可以用于部分承重部位的骨缺损修复。
[0026](2)本发明所制备的可降解生物活性陶瓷/金属复合材料的生物活性陶瓷成分和可降解金属成分的降解速率不同，可以通过改变组分，调控材料的降解速率。
[0027](3)本发明的可降解生物活性陶瓷/金属复合材料含有的可降解金属降解后会释放出铁、锌和镁离子，利于成骨和血管化，同时可通过改变组分、结构和烧结工艺，调控离子的释放规律，使可降解金属降解后释放的痕量元素离子和生物活性陶瓷释放的离子起协同作用，提高材料的促成骨和血管化能力。
【具体实施方式】
[0028]本发明可通过如下的实施例进一步的说明，但实施例不是对本发明保护范围的限制。
[0029]实施例1
[0030]β-磷酸三钙/铁复合支架的制备方法为:
[0031]将石蜡溶于庚烷，配得15wt%石蜡溶液，将磷酸三钙和铁粉加入石蜡溶液中，用球磨机(QM-WX)以360rpm的转速球磨2h (球料比为2:1)，得到均匀的混合物，铁粉和β_磷酸三钙的体积比为20: 80，以β-磷酸三钙、铁粉、石蜡总质量为100%计，石蜡的质量分数为5%；
[0032]将粒径为100?500μπι的碳酸氢铵造孔剂按照20wt%的比例加入混合物中，混合均匀后，在85°C干燥6h，装入模具，以20MPa的压力轴向施压，脱模后，用等冷静压机(769YP-24B)在200MPa进行等静压处理1208，获得0-磷酸三钙/铁复合坯体；
[0033]将陶瓷/金属复合坯体放入排胶炉中，在抽真空条件下缓慢升温至420°C保温120min，然后放入气氛炉中，在抽真空条件下缓慢升温至1100°C恒温烧结120min，自然降温，得到磷酸三钙/铁复合支架；
[0034]由压汞仪测试β_磷酸三钙/铁复合支架的孔隙率为32%，用计算机断层扫描术(μ_CT)测得大孔率为30%，用万能材料试验机测得抗压强度约为35MPa，断裂韧性约为2MPa.m1/2;用电感耦合等离子光谱发生仪(ICP)测得铁离子的释放周期在24个月左右，具体测试方法参照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，将材料植入新西兰大白兔的股骨临界性骨缺损后，测得复合支架的降解时间约24个月，复合支架植入体内3周后即形成良好的新骨和血管长入D
[0035]实施例2
[0036]硅酸二钙/镁锶合金复合支架的制备方法为:
[0037]将羧甲基纤维素溶于去离子水，配得12wt%的羧甲基纤维素溶液，将硅酸二钙和镁锶合金(镁锶的质量比为8:2)粉加入羧甲基纤维素溶液中，用球磨机(QM)以150rpm的转速球磨4h，球料比为2.1:1，球磨后得到均匀的混合物，镁锶合金和硅酸二钙的体积比为10:90，以硅酸二钙、镁锶合金、羧甲基纤维素总质量为100%计，羧甲基纤维素的质量百分数为2% ；
[0038]将混合物装入自动注楽成型机(3-DInks, Stillwater)的楽料腔中，根据设计的支架三维结构的程序，打印得到硅酸二钙/镁锶合金复合坯体；
[0039]将硅酸二钙/镁合金复合坯体放入排胶炉中，在抽真空条件下缓慢升温至600°C保温120min，然后放入氮气气氛烧结炉中，在抽真空条件下缓慢升温至800°C恒温烧结60min，自然降温，得到硅酸二钙/镁锶合金复合支架。
[0040]用压汞法测试磷酸二钙/镁锶合金复合支架的孔隙率为37%，用μ-CT测得大孔率约为35%，用万能材料试验机测得抗压强度约为35MPa，断裂韧性约为0.4MPa.mV2，ICP测得镁和硅离子的释放周期在12个月左右，将材料植入新西兰大白兔的股骨临界性骨缺损后，测得复合支架的降解时间约12个月，复合支架植入体内3周后即形成良好的新骨和血管长入。
[0041 ] 实施例3
[0042]硅酸钙/铁锰合金复合支架的制备方法为:
[0043]将聚乙烯醇缩丁醛溶于乙醇，配得Swt %的聚乙烯醇缩丁醛溶液，将硅酸钙和铁锰合金(铁锰的质量比为7:3)粉加入聚乙烯醇缩丁醛溶液中，用球磨机(QM-WX)以300rpm的转速球磨1.5h，球料比为5:1，得到均匀的混合物，铁锰合金粉和硅酸钙的体积比为30:70，以硅酸钙、铁锰合金粉、聚乙烯醇缩丁醛总质量为100%计，聚乙烯醇缩丁醛的质量百分数为3%；
[0044]将80?600μπι造孔剂石蜡以50wt%的比例加入混合物中，混合均匀后，于85°C干燥9h，装入模具，以20MPa的压力轴向施压，脱模后用等冷静压机(769YP-24B)在250MPa进行等静压处理60s，得到硅酸钙/铁锰合金复合坯体；
[0045]将硅酸二钙/铁锰合金复合坯体放入排胶炉中，在抽真空条件下缓慢升温至650°C保温90min，然后放入管式炉中，在氩气气氛中缓慢升温至1150°C恒温烧结90min，自然降温，得到硅酸钙/铁锰合金复合支架。
[0046]用压汞法测试硅酸钙/铁锰合金复合支架的孔隙率约为63%,μ-CT测得大孔率约为60%，万能材料试验机测得抗压强度约为4MPa，断裂韧性约为0.3MPa.mV2，ICP测得铁离子的释放周期在24个月左右，复合支架的降解时间约24个月。将材料植入新西兰大白兔的股骨临界性骨缺损后，测得复合支架植入体内4周后即形成良好的新骨和血管长入。
[0047]实施例4
[0048]β-磷酸三钙/铁复合支架的制备方法如下:
[0049]将石蜡溶于庚烷，配得8wt%的石蜡溶液，将β_磷酸三钙和铁粉加入石蜡溶液中，用球磨机(QM)以360rpm的转速球磨Ih，球料比为3:1，得到均勾的混合物，铁粉和磷酸三钙的体积比为25: 75，以β-磷酸三钙、铁粉、石蜡总质量为100%计，石蜡的质量百分数为 6%；
[OOM]将混合物装入自动注楽机(3-D Inks ,Stillwater)的楽料腔中，根据设计的支架三维结构的程序，打印得到磷酸三钙/铁复合坯体；
[0051]将磷酸三钙/铁复合坯体放入排胶炉中，在抽真空条件下缓慢升温至415°C保温90min，然后放入管式炉中，在抽真空条件下缓慢升温至1350°C恒温烧结180min，自然降温，得到β-磷酸三钙/铁复合支架。
[0052]用压汞法测得β-磷酸三钙/铁复合支架的孔隙率约为45%，用μ-CT测得大孔率约为40%，用万能材料试验机测得抗压强度约为160MPa，断裂韧性约为3.5MPa.mV2，ICP测得铁离子的释放周期在24个月左右，将材料植入新西兰大白兔的股骨临界性骨缺损后，测得复合支架的降解时间约24个月。复合支架植入体内4周后即形成良好的新骨和血管长入。
[0053]实施例5
[0054]镁黄长石/镁复合支架的制备方法如下:
[0055]将合成橡胶溶于丙酮，配得8^%的合成橡胶溶液，将镁黄长石(Ca2MgSi2O7)和镁粉加入合成橡胶溶液中，用球磨机(QM-WX)以150rpm的转速球磨6h，球料比为2:1，得到均匀的混合物，镁粉和镁黄长石(Ca2MgSi2O7)的体积比为40:60，以镁黄长石(Ca2MgSi2O7)、镁粉、合成橡胶总质量为100%计，合成橡胶的质量百分数为7% ;
[0056]将混合物装入三维绘图机(Regenovo 3D B1printer)的楽料腔中，根据设计的支架三维结构的程序，打印得到镁黄长石/镁复合坯体；
[0057]将镁黄长石/镁复合坯体放入排胶炉中，在抽真空条件下缓慢升温至550°C保温90min，然后放入管式炉中，在氩气气氛中缓慢升温至850°C烧结120min，自然降温，得到镁黄长石/镁复合支架。
[0058]用压汞法镁黄长石/镁复合支架的孔隙率约为55%，用μ-CT大孔率约为50%，用万能材料试验机测得抗压强度约为45MPa，断裂韧性约为IMPa.m1/2，用ICP测得镁和硅离子的释放周期在12个月左右，将材料植入新西兰大白兔的股骨临界性骨缺损后，测得复合支架的降解时间约12个月。复合支架植入体内3周后即形成良好的新骨和血管长入。
[0059]实施例6
[0060]β-磷酸钙/硅酸钙/铁复合支架的制备方法如下:
[0061 ] 将石蜡溶于丙酮配得9wt %的石蜡溶液，将磷酸钙、硅酸钙和铁粉加入石蜡溶液中，在球磨机(QM-WX)以240rpm的转速球磨2小时，球料比为2:1，得到混合物，β-磷酸钙、硅酸钙和铁粉的体积比为35:50:15,以β-磷酸钙、硅酸钙、铁粉、石蜡总质量为100%计，石蜡的质量百分数为3% ；
[0062]将混合物装入自动注浆机(3-DInkS，Stilhrater，OK)的浆料筒中，根据设计的支架三维结构的程序，打印得到β-磷酸钙/硅酸钙/铁复合坯体；
[0063]将β-磷酸钙/硅酸钙/铁复合坯体放入排胶炉中，在抽真空条件下缓慢升温至385°C保温180min，再放入管式炉中，在氢气气氛下升温至1150°C烧结240min，自然降温，即得到β-磷酸钙/硅酸钙/铁复合支架。
[0064]用压汞法测得β-磷酸钙/硅酸钙/铁复合支架的孔隙率约为63%，用μ-CT测得大孔率约为60%，用万能材料试验机测得抗压强度约为63MPa，断裂韧性约为1.2MPa.mV2，用ICP测得铁和硅离子的释放周期在20个月左右，将材料植入新西兰大白兔的股骨临界性骨缺损后，测得复合支架的降解时间约20个月。复合支架植入体内3周后即形成良好的新骨和血管长入。
[0065]实施例7
[0066]羟基磷灰石/β-磷酸三钙/硅酸钙/镁黄长石/铁复合支架的制备方法如下:
[0067]将甲基纤维素和甘油溶于去离子水中，配得甲基纤维素/甘油溶液，该溶液中甲基纤维素的质量分数为2%，甘油的质量分数为30% ;将羟基磷灰石、β-磷酸三钙、硅酸钙、镁黄长石、铁粉加入甲基纤维素/甘油溶液中，在球磨机(QM-WX)中以240rpm的转速球磨Ih，球料比为5:1得到混合物，羟基磷灰石、磷酸三钙、硅酸钙、镁黄长石和镁粉的体积比为25:25:20:15:15,以羟基磷灰石、β_磷酸三钙、硅酸钙、镁黄长石、镁粉、甲基纤维素与甘油总质量为100%计，甲基纤维素与甘油的质量之和为13% ；
[0068]将混合物装入三维绘图机(Regenovo 3D B1printer)的将料筒中，根据设计的支架结构的程序，打印得到羟基磷灰石/β-磷酸三钙/硅酸钙/镁黄长石/铁复合坯体；
[0069]将羟基磷灰石/β-磷酸三钙/硅酸钙/镁黄长石/铁复合坯体放入排胶炉中，在抽真空条件下缓慢升温至630°C保温120min，再放入管式炉中，在氮气气氛下缓慢升温至1180°C恒温烧结150min，自然降温，得到羟基磷灰石/β-磷酸三钙/硅酸钙/镁黄长石/铁复合支架。
[0070]用压汞法测得羟基磷灰石/β-磷酸三钙/硅酸钙/镁黄长石/铁复合支架的孔隙率约为43 %，用μ-CT测得大孔率约为40 %，用万能材料试验机测得抗压强度约为68MPa，断裂韧性约为2MPa.m1/2，用ICP测得铁和硅离子的释放周期在20个月左右，将材料植入新西兰大白兔的股骨临界性骨缺损后，测得复合支架的降解时间约20个月。复合支架植入体内3周后即形成良好的新骨和血管长入。
[0071 ] 实施例8
[0072]硅酸钙/镁黄长石/铁钨合金复合支架的制备方法如下:
[0073]将聚乙烯醇溶于水中，配得6?丨％的聚乙烯醇溶液，将硅酸钙、镁黄长石和铁钨合金(铁和钨的质量比为8: 2)加入聚乙烯醇溶液中，在球磨机(QM)以180rpm的转速球磨3小时，球料质量比为2.5:1，得到混合物，硅酸钙、镁黄长石的体积之和与铁钨合金的体积比为50:30: 25，以硅酸钙、镁黄长石、铁钨合金和聚乙烯醇的质量为100%计，聚乙烯醇的质量分数为1.5% ；
[0074]将50?600μηι造孔剂碳酸氢钱按照30%的质量比加入混合物中，混合均勾，置于65°C干燥12h，然后装入模具，以30MPa的压力轴向施压，脱模后，用等冷静压机(769ΥΡ-24Β)在150MPa进行等静压处理240s，获得硅酸钙/镁黄长石/铁钨合金复合坯体；
[0075]将硅酸钙/镁黄长石/铁钨合金复合坯体放入排胶炉中，在氩气气氛下缓慢升温至600°C保温120min，再放入管式炉中，在氩气气氛中缓慢升温至1150°C保温烧结150min，自然降温，得到硅酸钙/镁黄长石/铁钨合金复合支架。
[0076]用压汞法测得硅酸钙/镁黄长石/铁钨合金复合支架的孔隙率约为48%，用μ-CT测得大孔率约为40%，用万能材料试压机测得抗压强度约为35MPa，断裂韧性约为0.95MPa.m1/2，用ICP测得铁、钨和硅离子的释放周期在24个月左右，将材料植入新西兰大白兔的股骨临界性骨缺损后，测得复合支架的降解时间约24个月。复合支架植入体内3周后即形成良好的新骨和血管长入。
[0077]实施例9
[0078]α-磷酸三钙/白硅钙石/镁锌钙合金复合支架的制备方法如下:
[0079]将羟丙基纤维素溶液溶于水中，配得9wt%羟丙基纤维素溶液，将α-磷酸三钙、白硅钙石和镁锌钙合金(镁、锌、钙的质量比为7:1:2)加入羟丙基纤维素溶液中，在球磨机(QM)中以120rpm的转速球磨6小时，球料质量比为2:1，得到混合物，α-磷酸三钙、白硅钙石和镁锌钙合金的体积比为50:20:30，以α-磷酸三钙、白硅钙石、镁锌钙合金和羟丙基纤维素的质量为100%计，羟丙基纤维素的质量为5% ；
[0080]将100?500μπι造孔剂莰烯以20wt %的比例加入混合物中，混合均匀，在60 °C干燥6h后装入模具，以20MPa的压力轴向施压，脱模后，用等冷静压机(769YP-24B)在200MPa进行等静压处理300s，获得α-磷酸三钙/白硅钙石/镁锌钙合金复合坯体；
[0081 ]将α-磷酸三钙/白硅钙石/镁锌钙合金复合坯体放入排胶炉中，在抽真空条件下缓慢升温至500°C保温120min，再放入管式炉中，在氩气气氛中缓慢升温至800°C保温烧结90min，自然降温，得到α-磷酸三钙/白硅钙石/镁锌钙合金复合支架。
[0082]用压汞法测得α-磷酸三钙/白硅钙石/镁锌钙合金复合支架的孔隙率约为32%，用μ-CT测得大孔率约为30%，用万能材料试验机测得抗压强度约为38MPa，断裂韧性约为0.23MPa.m1/2，用ICP测得镁、锌和硅离子的释放周期在12个月左右，将材料植入新西兰大白兔的股骨临界性骨缺损后，测得复合支架的降解时间约12个月。复合支架植入体内3周后即形成良好的新骨和血管长入。
[0083]实施例10
[0084]α-磷酸三钙/硅酸钙/铁复合支架的制备方法如下:
[0085]将羟丙基甲基纤维素、乙二醇溶于水中，配得羟丙基甲基纤维素/乙二醇溶液，该溶液中羟丙基甲基纤维素溶液的质量分数为6%，乙二醇的质量分数为10%，将α-磷酸三钙、硅酸钙和纯铁加入羟丙基甲基纤维素/乙二醇溶液中，在球磨机(QM)中以150rpm的转速球磨3小时，球料质量比为3:1，得到均匀的混合物，α-磷酸三钙、硅酸钙和铁的体积比为50:30:20，羟丙基纤维素的含量占以α-磷酸三钙、硅酸钙、铁、羟丙基甲基纤维素、乙二醇质量为100%计，羟丙基甲基纤维素与乙二醇的质量之和为7% ;
[0086]将混合物装入喷墨打印机(Zprinter310plus)的楽料筒中，根设计的支架结构的程序，打印得到α-磷酸三钙/硅酸钙/铁复合坯体；
[0087]将α-磷酸三钙/硅酸钙/铁复合坯体放入排胶炉中，在氮气下缓慢升温至680°C保温120min，将羟丙基纤维素和乙二醇除去，再放入管式炉中，在抽真空条件下缓慢升温至1150°C保温烧结135min，自然降温，得到α-磷酸三钙/硅酸钙/铁复合支架。
[0088]用压汞法测得α-磷酸三钙/硅酸钙/铁复合支架的孔隙率约为37%，用μ-CT测得大孔率约为35%，用万能材料试验机测得抗压强度约为58MPa，断裂韧性约为1.8MPa.m1气用ICP测得铁和硅离子的释放周期在24个月左右，将材料植入新西兰大白兔的股骨临界性骨缺损后，测得复合支架的降解时间约24个月。复合支架植入体内3周后即形成良好的新骨和血管长入。
[0089]实施例11
[0090]羟基磷灰石/硅酸镁/铁钨合金复合支架的制备方法如下:
[0091]将羟丙基甲基纤维素和甘油溶于水中，配得羟丙基甲基纤维素/甘油溶液，该溶液中羟丙基甲基纤维素的质量分数为5%，甘油的质量分数为8%，将羟基磷灰石、硅酸镁和铁钨合金(铁和钨的质量比为85:15)加入羟丙基甲基纤维素/甘油溶液中，用球磨机(QM-WX)以150rpm的转速球磨2小时，球料质量比为3:1，得到混合物，羟基磷灰石、硅酸镁和铁钨合金的体积比为45:15:40，以羟基磷灰石、硅酸镁、铁钨合金和羟丙基甲基纤维素、甘油的质量为100%计，羟丙基甲基纤维素、甘油的质量之和为4.5% ；
[0092]将混合物装入三维绘图机(Regenovo 3D B1printer)的楽料筒中，根据设计的支架结构的程序，打印得到羟基磷灰石/硅酸镁/铁钨合金复合坯体；
[0093]将羟基磷灰石/硅酸镁/铁钨合金复合坯体放入排胶炉中，在氢气气氛下缓慢升温至600 °C保温120min，再放入管式炉中，在抽真空条件下缓慢升温至1200 °C保温烧结ISOmin，自然降温，即得到羟基磷灰石/硅酸镁/铁钨合金复合支架。
[0094]用压汞法测得羟基磷灰石/硅酸镁/铁钨合金复合支架的孔隙率约为39%，用μ-CT测得大孔率约为36%，用万能材料试验机测得抗压强度约为275MPa，断裂韧性约为
8.5MPa.m1/2，用ICP测得钨、铁和硅离子的释放周期在56个月左右，将材料植入新西兰大白兔的股骨临界性骨缺损后，测得复合支架的降解时间约56个月。复合支架植入体内4周后即形成良好的新骨和血管长入。
[0095]实施例12
[0096]羟基磷灰石/铁锰合金复合支架的制备方法如下:
[0097]将石蜡溶于丙酮中，配得5?〖％石蜡溶液，将羟基磷灰石和铁锰合金(铁和锰的质量比为85:15)加入石蜡溶液中，用球磨机(QM)以120rpm的转速球磨5小时，球料质量比为2:1，得到混合物，铁锰合金粉和羟基磷灰石的体积比为40:60，以羟基磷灰石、铁锰合金、石蜡质量为100%计，石蜡的质量为2% ；
[0098]将50?800μπι的造孔剂聚苯乙烯以5wt%的比例加入混合物中，均匀混合，然后置于50°C干燥8h，装入模具，以5MPa的压力轴向施压，脱模后用等冷静压机(769YP-24B)在200MPa进行等静压处理180s，获得羟基磷灰石/铁锰合金复合坯体；
[0099]将羟基磷灰石/铁锰合金复合坯体放入排胶炉中，在抽真空条件下缓慢升温至385°C保温150min，再放入管式炉中，在氮气气氛中缓慢升温至1200°C保温烧结180min，自然降温，即得到羟基磷灰石/铁锰合金复合支架。
[0100]用压汞法测得羟基磷灰石/铁锰合金复合支架的孔隙率约为10%，用μ-CT测得大孔率约为8%，用万能材料试验机测得抗压强度约为150MPa，断裂韧性约为6MPa.mV2，用ICP测得铁离子的释放周期在42个月左右，将材料植入新西兰大白兔的股骨临界性骨缺损后，测得复合支架的降解时间约42个月。复合支架植入体内5周后即形成良好的新骨和血管长入。
[0101]实施例13
[0102]β-磷酸三钙/硅酸钙/铁复合支架的制备方法如下:
[0103]将石蜡和合成橡胶溶于丙酮中，配得石蜡和合成橡胶溶液，该溶液中石蜡的质量分数为5%，合成橡胶的质量分数为5% ;将β-磷酸三钙、硅酸钙和铁粉加入到溶液中，在球磨机(QM)以150rpm的转速(QM-WX)球磨8h，球料比为2:1，得到混合物，β-磷酸三钙、硅酸钙和铁粉的体积比为40:35: 25，以β-磷酸三钙、硅酸钙、铁粉、石蜡、合成橡胶质量为100%计，合成橡胶和石蜡的质量之和为4.5% ；
[0104]将混合物装入自动注楽机(3-DInks ,Stillwater)的楽料筒中，根设计的支架结构的程序，打印得到β-磷酸三钙/硅酸钙/铁复合坯体；
[0105]将β-磷酸三钙/硅酸钙/铁复合坯体放入排胶炉中，在真空条件下缓慢升温至600°C保温120min，再放入管式炉中，在氢气气氛下缓慢升温至1100°C保温烧结240min，自然降温，即得到磷酸三钙/硅酸钙/铁复合支架。
[0106]用压汞法测得β-磷酸三钙/硅酸钙/铁复合支架的孔隙率约为49%，用μ-CT测得大孔率约为45 %，用万能材料试验机测得抗压强度约为65MPa，断裂韧性约为2.8MPa.m1/2，用ICP测得铁和硅离子的释放周期在30个月左右，将材料植入新西兰大白兔的股骨临界性骨缺损后，测得复合支架的降解时间约30个月。复合支架植入体内4周后即形成良好的新骨和血管长入。
[0107]最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制。本领域的技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行若干推演或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
【主权项】
1.一种可降解生物活性陶瓷/金属复合材料，由体积比为(0.0I?0.99):1的可降解金属粉末和可降解生物活性陶瓷粉末制得。2.如权利要求1所述的可降解生物活性陶瓷/金属复合材料，其特征在于，所述的生物活性陶瓷粉末为磷酸钙陶瓷粉末和/或硅酸盐陶瓷粉末。3.如权利要求1所述的可降解生物活性陶瓷/金属复合材料，其特征在于，所述可降解金属为铁、铁合金、镁、镁合金中的一种或几种。4.如权利要求1-3任一项所述的可降解生物活性陶瓷/金属复合材料，其特征在于，所述可降解生物活性陶瓷/金属复合材料的孔隙率为5%?80%，大孔率为5%?60%。5.如权利要求1-3任一项所述的可降解生物活性陶瓷/金属复合材料，其特征在于，所述可降解生物活性陶瓷/金属复合材料的抗压强度为I?400MPa，断裂韧性为0.1?1MPa.m1/2。6.如权利要求1-3任一项所述的可降解生物活性陶瓷/金属复合材料的制备方法，包括以下步骤: 将可降解生物活性陶瓷粉末、可降解金属粉末与添加剂溶液混合研磨，得到混合物;将所述混合物预制成型，得到陶瓷/金属复合坯体，将所得陶瓷/金属复合坯体置于300?750°〇无氧环境中处理30?240min，除去有机物质，在无氧环境中再升温至650?1400 °C烧结10?300min，得到可降解生物活性陶瓷/金属复合材料。7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂为粘结剂或增塑剂，或粘结剂和增塑剂的混合物，所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙二醇、甲基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或者几种，所述增塑剂选自甘油、石蜡、凡士林、邻苯二甲酸二丁酯、乙二醇、合成橡胶中的一种或几种。8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，以可降解生物活性陶瓷粉末、可降解金属粉末和添加剂的总质量为100 %计，所述添加剂的质量百分数为0.1 %?15 %。9.如权利要求1-3任一项所述的可降解生物活性陶瓷/金属复合材料的应用，是用作骨缺损修复材料。
【文档编号】A61L27/42GK105879122SQ201610273661
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】何福坡, 任伟玮, 唐梓敏, 潘东伟, 伍尚华, 邓欣, 王胜彬
【申请人】广东工业大学