介孔hap/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷及其制备方法

文档序号:10605517阅读:640来源:国知局
介孔hap/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷,由如下重量份数的组分制备而成:四水硝酸钙、磷酸二氢铵、氧化锆、氧化锂、焦磷酸钙份、硼酸铝晶须、氧化钐、滑石粉、四氟化锡、二水磷酸氢镁、聚乙烯醇、海藻酸纳、阿拉伯胶、苯乙烯?二乙烯基苯共聚物、水。本发明制备陶瓷材料的最大抗压强度约为72.4?127.2MPa,抗弯强度为83.6?101.6MPa,弹性模量为8.1?8.5GPa,与人体骨强度相当,同时材料的力学性能可根据组分比例及工艺条件做相应的调整。在模拟体液降解试验中,制备的人工骨陶瓷材料在短期和长期降解速度适中,可匹配骨生长速率,同时无副作用,具有良好的应用前景。
【专利说明】
介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于生物陶瓷材料领域,具体涉及一种介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来,常用的骨骼替代品是金属、塑料以及陶瓷等,其中应用最广的是钛和钛合金材料,然而金属材料是生物惰性的,其与骨组织以机械锁合的方式结合,会产生磨损和成分扩散的问题。因此,在骨骼替代品以及软硬组织修复和重建方面,对植入材料的性能提出了更高的要求,不仅要求材料具有良好的稳定性,同时也要有生物活性,能诱导组织、器官的修复和再生。
[0003]人工骨材料,包括磷酸钙陶瓷、骨水泥以及高分子聚合物,在临床上的应用越来越广泛;其中,磷酸钙陶瓷包括羟基磷灰石(HAP)、β相磷酸三钙(β-TCP)以及两者的混合物。磷酸钙陶瓷与人体骨骼无机盐成分相似,具有良好的生物相容性,体内植入后骨结合能力良好;另外,多孔磷酸钙陶瓷还具有较好的骨传导能力。然而,纯相β-TCP人工骨支架在人体内降解速度较快,几个月至几年即可完全降解,而纯相HA人工骨支架降解速度过慢,甚至几年仍无法降解,这两种支架材料都难以与新骨再生速度相匹配。
[0004]由此,为了匹配新骨再生速度,适应更好的临床应用需求,有必要提供一种降解速度适当的人工骨陶瓷材料。

【发明内容】

[0005]本发明所要解决的现有技术问题的上述不足,提供一种介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷及其制备方法。
[0006]为了解决上述技术问题,本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明公开了一种介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷,由如下重量份数的组分制备而成:四水硝酸钙23-40份、磷酸二氢铵11-28份、氧化锆10-18份、氧化锂9-16份、焦磷酸钙
5-13份、硼酸铝晶须2-8份、氧化钐1-5份、滑石粉4-13份、四氟化锡2.5-7份、二水磷酸氢镁8-19份、聚乙烯醇2-10份、海藻酸纳2-14份、阿拉伯胶2-8份、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物1.2-4份、水65-100份。
[0007]优选的,所述四水硝酸I丐和磷酸二氢钱的重量份比为1:1-2:1。
[0008]所述介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷,由如下重量份数的组分制备而成:四水硝酸钙26-40份、磷酸二氢铵15-28份、氧化锆12-18份、氧化锂11-16份、焦磷酸钙7-13份、硼酸铝晶须4-8份、氧化钐2-5份、滑石粉4-10份、四氟化锡3-7份、二水磷酸氢镁8-16份、聚乙烯醇4-10份、海藻酸纳6-14份、阿拉伯胶5-8份、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物1.2-3份、水73-100 份。
[0009]所述介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷,由如下重量份数的组分制备而成:四水硝酸钙32份、磷酸二氢铵20份、氧化锆15份、氧化锂13份、焦磷酸钙9份、硼酸铝晶须5份、氧化钐3份、滑石粉5份、四氟化锡4份、二水磷酸氢镁8份、聚乙烯醇6份、海藻酸纳8份、阿拉伯胶6份、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物1.8份、水80份。
[0010]本发明还提供所述介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷的制备方法,包括如下制备步骤:
(1)按上述重量份称重;
(2)将四水硝酸钙加入一半重量份的水中,搅拌溶解,然后边加入磷酸二氢铵边搅拌,调整溶液pH值至9-11,得到混合液A;
(3)将氧化锆、氧化锂、二水磷酸氢镁、焦磷酸钙、氧化钐、硼酸铝晶须、滑石粉、四氟化锡加入另一半水中,搅拌均勾,再加入海藻酸纳、阿拉伯胶、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物和聚乙烯醇搅拌均匀,得到混合液B;
(4)将混合液B加入混合液A中,搅拌混合均匀,调整溶液pH值至9-11,搅拌15min后静置8小时;
(5)将步骤(4)的静置后的混合液过滤、洗涤后置于鼓风干燥箱中,于60-80°C下干燥8-12h,再经研细后置于烧结炉烧结;
(6)将上述烧结后的粉体磨细后置于磨具中压制成型,在于1180-1400°C下高温烧结,即得所述介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷。
[0011]优选的,所述步骤(5)中烧结炉的烧结温度为350-600°C,升温速度为5-15°C/min,保温时间为2-4小时。
[0012]所述步骤(6)中高温烧结温度为1250°C,升温速度为10-20°C/min,保温时间为2-5小时。
[0013]由于采用了以上技术方案,本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
本发明制备的人工骨陶瓷材料以介孔羟基磷灰石为主料,辅以氧化锂、氧化锆、硼酸铝晶须和四氟化锡制备而成,材料的最大抗压强度约为72.4-127.2MPa,抗弯强度为83.6-101.6MPa,弹性模量为8.1-8.5GPa,与人体骨强度相当,同时材料的力学性能可根据组分比例及工艺条件做相应的调整。在模拟体液降解试验中,制备的人工骨陶瓷材料在I周后降解率为2.6-3.2%,18周降解率达81-84%,短期和长期降解速度适中,可匹配骨生长速率,同时无副作用,具有良好的应用前景。
【具体实施方式】
[0014]下面结合具体实施例,对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
[0015]实施例1
本实施例一种介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷,由如下重量份数的组分制备而成:四水硝酸钙23份、磷酸二氢铵11份、氧化锆10份、氧化锂9份、焦磷酸钙5份、硼酸铝晶须2份、氧化钐I份、滑石粉4份、四氟化锡2.5份、二水磷酸氢镁8份、聚乙烯醇2份、海藻酸纳2份、阿拉伯胶2份、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物1.2份、水65份。
[0016]本实施例所述介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷的制备方法,包括如下制备步骤:
(I)按上述重量份称重; (2)将四水硝酸钙加入一半重量份的水中,搅拌溶解,然后边加入磷酸二氢铵边搅拌,调整溶液PH值至9,得到混合液A;
(3)将氧化锆、氧化锂、二水磷酸氢镁、焦磷酸钙、氧化钐、硼酸铝晶须、滑石粉、四氟化锡加入另一半水中,搅拌均勾,再加入海藻酸纳、阿拉伯胶、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物和聚乙烯醇搅拌均匀,得到混合液B;
(4)将混合液B加入混合液A中,搅拌混合均匀,调整溶液pH值至9,搅拌15min后静置8小时;
(5)将步骤(4)的静置后的混合液过滤、洗涤后置于鼓风干燥箱中,于60°C下干燥8h,再经研细后置于烧结炉烧结,其中烧结温度为350°C,升温速度为15°C/min,保温时间为2-4小时;
(6)将上述烧结后的粉体磨细后置于磨具中压制成型,在于1180°C下高温烧结,即得所述介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷,其中高温烧结的升温速度为10°C/min,保温时间为2小时。
[0017]对所制备的人工骨陶瓷进行性能测试:最大抗压强度72.4MPa,抗弯强度为83.6MPa,弹性模量8.lGPa。将制备的人工骨陶瓷在模拟体液中进行降解试验,I周后降解率为3.2%,18周后人工骨陶瓷材料的降解率达84%。
[0018]实施例2
本实施例一种介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷,由如下重量份数的组分制备而成:四水硝酸钙40份、磷酸二氢铵28份、氧化锆18份、氧化锂16份、焦磷酸钙13份、硼酸铝晶须8份、氧化钐5份、滑石粉13份、四氟化锡7份、二水磷酸氢镁19份、聚乙烯醇10份、海藻酸纳14份、阿拉伯胶8份、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物4份、水100份。
[0019]本实施例所述介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷的制备方法,包括如下制备步骤:
(1)按上述重量份称重;
(2)将四水硝酸钙加入一半重量份的水中,搅拌溶解,然后边加入磷酸二氢铵边搅拌,调整溶液PH值至11,得到混合液A;
(3)将氧化锆、氧化锂、二水磷酸氢镁、焦磷酸钙、氧化钐、硼酸铝晶须、滑石粉、四氟化锡加入另一半水中,搅拌均勾,再加入海藻酸纳、阿拉伯胶、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物和聚乙烯醇搅拌均匀,得到混合液B;
(4)将混合液B加入混合液A中,搅拌混合均匀,调整溶液pH值至11,搅拌15min后静置8小时;
(5)将步骤(4)的静置后的混合液过滤、洗涤后置于鼓风干燥箱中,于80°C下干燥12h,再经研细后置于烧结炉烧结,其中烧结温度为600°C,升温速度为5°C/min,保温时间为4小时;
(6)将上述烧结后的粉体磨细后置于磨具中压制成型,在于1400°C下高温烧结,即得所述介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷,其中高温烧结的升温速度为20°C/min,保温时间为5小时。
[0020]对所制备的人工骨陶瓷进行性能测试:最大抗压强度104.6MPa,抗弯强度为98.2MPa,弹性模量7.9GPa。将制备的人工骨陶瓷在模拟体液中进行降解试验,I周后降解率为2.8%,18周后人工骨陶瓷材料的降解率达83%。
[0021]实施例3
本实施例一种介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷,由如下重量份数的组分制备而成:四水硝酸钙31份、磷酸二氢铵20份、氧化锆14份、氧化锂12份、焦磷酸钙9份、硼酸铝晶须5份、氧化钐3份、滑石粉8份、四氟化锡5份、二水磷酸氢镁13份、聚乙烯醇6份、海藻酸纳8份、阿拉伯胶5份、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物2.6份、水82份。
[0022]本实施例所述介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷的制备方法,包括如下制备步骤:
(1)按上述重量份称重;
(2)将四水硝酸钙加入一半重量份的水中,搅拌溶解,然后边加入磷酸二氢铵边搅拌,调整溶液PH值至1,得到混合液A;
(3)将氧化锆、氧化锂、二水磷酸氢镁、焦磷酸钙、氧化钐、硼酸铝晶须、滑石粉、四氟化锡加入另一半水中,搅拌均勾,再加入海藻酸纳、阿拉伯胶、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物和聚乙烯醇搅拌均匀,得到混合液B;
(4)将混合液B加入混合液A中,搅拌混合均匀,调整溶液pH值至10,搅拌15min后静置8小时;
(5)将步骤(4)的静置后的混合液过滤、洗涤后置于鼓风干燥箱中,于70°C下干燥10h,再经研细后置于烧结炉烧结,其中烧结温度为470°C,升温速度为10°C/min,保温时间为3小时;
(6)将上述烧结后的粉体磨细后置于磨具中压制成型,在于1290°C下高温烧结,即得所述介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷,其中高温烧结的升温速度为15°C/min,保温时间为3.5小时。
[0023]对所制备的人工骨陶瓷进行性能测试:最大抗压强度96.7MPa,抗弯强度为91.5MPa,弹性模量7.4GPa。将制备的人工骨陶瓷在模拟体液中进行降解试验,I周后降解率为2.7%,18周后人工骨陶瓷材料的降解率达81 %。
[0024]实施例4
本实施例一种介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷,由如下重量份数的组分制备而成:四水硝酸钙32份、磷酸二氢铵20份、氧化锆15份、氧化锂13份、焦磷酸钙9份、硼酸铝晶须5份、氧化钐3份、滑石粉5份、四氟化锡4份、二水磷酸氢镁8份、聚乙烯醇6份、海藻酸纳8份、阿拉伯胶6份、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物1.8份、水80份。
[0025]本实施例所述介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷的制备方法,包括如下制备步骤:
(1)按上述重量份称重;
(2)将四水硝酸钙加入一半重量份的水中,搅拌溶解,然后边加入磷酸二氢铵边搅拌,调整溶液pH值至10.2,得到混合液A;
(3)将氧化锆、氧化锂、二水磷酸氢镁、焦磷酸钙、氧化钐、硼酸铝晶须、滑石粉、四氟化锡加入另一半水中,搅拌均勾,再加入海藻酸纳、阿拉伯胶、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物和聚乙烯醇搅拌均匀,得到混合液B;
(4)将混合液B加入混合液A中,搅拌混合均匀,调整溶液pH值至10.5,搅拌15min后静置8小时;
(5)将步骤(4)的静置后的混合液过滤、洗涤后置于鼓风干燥箱中,于68°C下干燥12h,再经研细后置于烧结炉烧结,其中烧结温度为400°C,升温速度为8°C/min,保温时间为3小时;
(6)将上述烧结后的粉体磨细后置于磨具中压制成型,在于1240°C下高温烧结,即得所述介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷,其中高温烧结的升温速度为12°C/min,保温时间为3小时。
[0026]对所制备的人工骨陶瓷进行性能测试:最大抗压强度127.2MPa,抗弯强度为101.6MPa,弹性模量8.5GPa。将制备的人工骨陶瓷在模拟体液中进行降解试验,I周后降解率为2.6%,18周后人工骨陶瓷材料的降解率达82%。
[0027]实施例5
本实施例一种介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷,由如下重量份数的组分制备而成:四水硝酸钙26份、磷酸二氢铵15份、氧化锆12份、氧化锂11份、焦磷酸钙7份、硼酸铝晶须4份、氧化钐2份、滑石粉10份、四氟化锡3份、二水磷酸氢镁16份、聚乙烯醇4份、海藻酸纳6份、阿拉伯胶5份、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物3份、水73份。
[0028]本实施例所述介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷的制备方法,包括如下制备步骤:
(1)按上述重量份称重;
(2)将四水硝酸钙加入一半重量份的水中,搅拌溶解,然后边加入磷酸二氢铵边搅拌,调整溶液PH值至9.5,得到混合液A;
(3)将氧化锆、氧化锂、二水磷酸氢镁、焦磷酸钙、氧化钐、硼酸铝晶须、滑石粉、四氟化锡加入另一半水中,搅拌均勾,再加入海藻酸纳、阿拉伯胶、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物和聚乙烯醇搅拌均匀,得到混合液B;
(4)将混合液B加入混合液A中,搅拌混合均匀,调整溶液pH值至10,搅拌15min后静置8小时;
(5)将步骤(4)的静置后的混合液过滤、洗涤后置于鼓风干燥箱中,于68°C下干燥8-12h,再经研细后置于烧结炉烧结,其中烧结温度为380°C,升温速度为10°C/min,保温时间为23小时;
(6)将上述烧结后的粉体磨细后置于磨具中压制成型,在于1320°C下高温烧结,即得所述介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷,其中高温烧结的升温速度为15°C/min,保温时间为2小时。
[0029]对所制备的人工骨陶瓷进行性能测试:最大抗压强度115.4MPa,抗弯强度为97.2MPa,弹性模量7.9GPa。将制备的人工骨陶瓷在模拟体液中进行降解试验,I周后降解率为2.8%,18周后人工骨陶瓷材料的降解率达83%。
[0030]对比例I
本对比例与实施例1不同之处在于:不含氧化锆、硼酸铝晶须和四氟化锡,其他组分不变。
[0031]参照实施例1的制备方法制备人工骨陶瓷材料,并对其性能进行测试:最大抗压强度68.2MPa,抗弯强度为69.7MPa,弹性模量7.5GPa。将制备的人工骨陶瓷在模拟体液中进行降解试验,I周后降解率为3.9%,18周后人工骨陶瓷材料的降解率达89%。
[0032]对比例2
本对比例与实施例1不同之处在于:不含氧化锂和氧化钐,其他组分不变。
[0033]参照实施例1的制备方法制备人工骨陶瓷材料,并对其性能进行测试:最大抗压强度70.3MPa,抗弯强度为71.4MPa,弹性模量7.9GPa。将制备的人工骨陶瓷在模拟体液中进行降解试验,I周后降解率为4.2%,18周后人工骨陶瓷材料的降解率达87%。
【主权项】
1.介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷,其特征在于,由如下重量份数的组分制备而成:四水硝酸钙23-40份、磷酸二氢铵11-28份、氧化锆10-18份、氧化锂9-16份、焦磷酸钙5-13份、硼酸铝晶须2-8份、氧化钐1-5份、滑石粉4-13份、四氟化锡2.5-7份、二水磷酸氢镁8-19份、聚乙烯醇2-10份、海藻酸纳2-14份、阿拉伯胶2-8份、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物1.2-4份、水65-100份。2.根据权利要求1所述的介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷,其特征在于,所述四水硝酸1丐和磷酸二氢钱的重量份比为1:1-2:1。3.根据权利要求1所述的介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷,其特征在于,由如下重量份数的组分制备而成:四水硝酸钙26-40份、磷酸二氢铵15-28份、氧化锆12_18份、氧化锂11-16份、焦磷酸钙7-13份、硼酸铝晶须4-8份、氧化钐2-5份、滑石粉4-10份、四氟化锡3-7份、二水磷酸氢镁8-16份、聚乙烯醇4-10份、海藻酸纳6-14份、阿拉伯胶5-8份、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物1.2-3份、水73-100份。4.根据权利要求1所述的介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷,其特征在于,由如下重量份数的组分制备而成:四水硝酸钙32份、磷酸二氢铵20份、氧化锆15份、氧化锂13份、焦磷酸钙9份、硼酸铝晶须5份、氧化钐3份、滑石粉5份、四氟化锡4份、二水磷酸氢镁8份、聚乙烯醇6份、海藻酸纳8份、阿拉伯胶6份、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物1.8份、水80份。5.如权利要求1-4任一项所述的介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷的制备方法,其特征在于,包括如下制备步骤: (1)按上述重量份称重; (2)将四水硝酸钙加入一半重量份的水中,搅拌溶解,然后边加入磷酸二氢铵边搅拌,调整溶液pH值至9-11,得到混合液A; (3)将氧化锆、氧化锂、二水磷酸氢镁、焦磷酸钙、氧化钐、硼酸铝晶须、滑石粉、四氟化锡加入另一半水中,搅拌均勾,再加入海藻酸纳、阿拉伯胶、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物和聚乙烯醇搅拌均匀,得到混合液B; (4)将混合液B加入混合液A中,搅拌混合均匀,调整溶液pH值至9-11,搅拌15min后静置8小时; (5)将步骤(4)的静置后的混合液过滤、洗涤后置于鼓风干燥箱中,于60-80°C下干燥8-12h,再经研细后置于烧结炉烧结; (6)将上述烧结后的粉体磨细后置于磨具中压制成型,在于1180-1400°C下高温烧结,即得所述介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷。6.根据权利要求5所述的介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷的制备方法,其特征在于,所述步骤(5 )中烧结炉的烧结温度为350-600 0C,升温速度为5-15 V Mn,保温时间为2-4小时。7.根据权利要求5所述的介孔HAP/氧化锆/氧化锂人工骨陶瓷的制备方法,其特征在于,所述步骤(6)中高温烧结温度为1250 0C,升温速度为10-20 °C /min,保温时间为2_5小时。
【文档编号】A61L27/50GK105967726SQ201610298329
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】王泽陆
【申请人】王泽陆
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