一种新型磷酸钙生物活性陶瓷的制作方法

一种新型磷酸钙生物活性陶瓷的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种磷酸钙生物活性陶瓷，所述包括多孔磷酸钙陶瓷基体和纳米改性层，所述纳米改性层为纳米晶磷酸钙。所述多孔磷酸钙陶瓷基体表面通过改性处理自组装形成一层纳米磷酸钙，从而使材料表面/界面具有较大的比表面积，利于吸附成骨相关蛋白和细胞，材料植入体内后能快速释放钙、磷离子，促进新骨形成，进而使材料具有更好的生物活性和骨诱导性，同时该陶瓷具有更好的力学性能。
【专利说明】一种新型磷酸钙生物活性陶瓷
【技术领域】
[0001]本实用新型属于生物医学材料领域，具体涉及一种生物活性陶瓷。
【背景技术】
[0002]具有〃主动修复功能〃和〃可调控生物响应特性〃的生物活性材料正成为当前和未来硬组织修复的重要发展方向。生物活性的概念最早由Hench提出，1969年Hench在研究生物玻璃时发现:生物玻璃植入骨内后在界面上与骨形成了化学键性结合，即此提出材料生物活性的概念，次年这个概念在国际上得到公认。Hench定义生物活性材料是一类能在材料界面上诱导出特殊生物反应，这种反应导致组织和材料之间形成化学键接的生物材料。生物活性陶瓷就是指能与活体骨组织、活体软组织形成化学键合的陶瓷材料。典型的生物活性陶瓷主要包括生物活性玻璃和磷酸钙系生物活性陶瓷。随着现代医学、生物学和材料科学的发展，生物活性的概念得到不断延伸发展。当前临床应用中，人们不仅希望材料能与组织紧密结合形成骨键合，而且希望材料具有诱导周围组织细胞分化，促进组织生长的能力。对骨组织修复材料而言，不仅希望植入材料可以与骨形成骨键合，还希望植入材料具有快速诱导骨组织再生和修复的功能，即具有良好的生物活性和诱导骨生成能力。
[0003]具有良好生物活性的植入体可加快组织愈合和再生，实现缺损或病变骨组织的再生重建，从而达到永久康复。20世纪80年代中期，“组织工程”方法提出以材料为控释载体，外加生长因子和活体细胞体外培育形成活体器件，进而移植入体内，可实现生物材料诱导组织再生的生物学功能。然而组织工程学中涉及的细胞体外培养技术复杂，所需生长因子价格昂贵，患者个性化用药物剂量选择困难，以及储存、运输等系列问题极大地限制了其临床推广应用。因此，通过材料学优化设计，控制生物材料化学组成、仿生组织微观结构，进行材料生物特性/功能学研究，进而开发能够控制激活、调控机体成骨响应特性，诱导骨组织再生，“具有主动修复功能”的生物活性材料具有重要的市场价值和临床应用前景。
[0004]生物材料植入体内后首先是其表面/界面与生物环境接触，其生物学活性与其表面/界面直接相关。材料表面发生的化学反应对植入体与宿主骨之间的结合非常重要。研究显示，现有的两种典型的生物活性材料:生物活性玻璃和多孔磷酸钙陶瓷，其与骨的键合都是通过材料在体内发生的生物化学反应在表面形成类骨磷灰石层再与骨化学键性结合的，这说明生物材料的表面特性对于其生物活性起着至关重要的调控作用，材料的表面/界面及其行为与材料的骨诱导性直接相关。现有的磷酸钙生物陶瓷，由于具有和骨相似的化学成分，及可生物降解等性能，它一直是骨修复材料的重点选择对象，然而通过常规陶瓷烧结技术制作的微米晶粒陶瓷往往生物活性不足，不能有效调控机体成骨响应特性，快速诱导骨组织再生重建，影响了其临床应用效果。因此，为了赋予材料更好的生物活性及骨诱导性，近年来研究者提出通过材料自身的优化设计，如优化其孔结构和细化材料晶粒(纳米晶粒)等途径可改善材料的生物活性和骨诱导性。纳米材料所具有的独特“纳米效应”，如小尺寸效应、高比表面积、表面/界面效应等特性在组织工程领域的诱人应用前景。然而，尽管目前已有众多关于合成、制备和评价磷酸钙纳米粒子、微粒的研究报道，其相关应用中，纳米磷酸钙材料大多以分散形式，如纳米颗粒、微粒，或者是以第二相的形式掺杂复合于其他基体材料(如高分子材料，胶原等)之中，而制备块体状的纳米晶磷酸钙生物活性陶瓷材料由于烧结工艺制约一直是其开发应用中的瓶颈。因此通过表面改性技术，在陶瓷表面复合、涂覆一层成分均一，结构稳定，性能优越的磷酸钙纳米生物活性陶瓷材料具有重要的开发应用价值。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是针对上述问题，提供了一种磷酸钙生物活性陶瓷，通过在多孔陶瓷基体表面改性处理，自组装形成一层纳米磷酸钙，从而使材料表面/界面具有较大的比表面积，利于吸附成骨相关蛋白和细胞，材料植入体内后能快速释放钙、磷离子，促进新骨形成，进而使材料具有更好的生物活性和骨诱导性，同时此种陶瓷具有更好的力学性倉泛。
[0006]本实用新型的目的通过下述技术方案来实现:
[0007]一种磷酸钙生物活性陶瓷，包括多孔磷酸钙陶瓷基体和纳米改性层。所述纳米改性层为纳米晶磷酸钙。
[0008]作为可选方式，所述纳米改性层均匀地覆盖在所述多孔磷酸钙陶瓷基体的内、夕卜表面，包括基体外表面及其内部孔结构的表面。
[0009]作为可选方式，所述纳米改性层为颗粒状或长针状纳米晶磷酸钙。
[0010]作为可选方式，所述为颗粒状纳米晶磷酸钙为直径30?500 nm的磷酸钙纳米晶体颗粒。
[0011]作为可选方式，所述长针状纳米晶磷酸钙是直径为30?1000 nm，长度为5?50μm的磷酸钙纳米晶须。
[0012]作为可选方式，所述磷酸钙生物活性陶瓷中，多孔磷酸钙陶瓷基体所占的质量百分比为99.0 %?70 wt%，所述纳米改性层所占的质量百分比为1.0?30 wt%。
[0013]作为可选方式，所述多孔磷酸钙陶瓷基体具有多级连通孔结构，大孔之间通过小孔和微孔连通，大孔孔壁上分布有大量微孔。
[0014]作为可选方式，所述多孔磷酸钙陶瓷基体的孔隙率为60%?95%、大孔孔径为200?500 μ m、互穿贯通微孔孔径为5?20 μ m。
[0015]作为优选方式，所述基体磷酸钙为:β相磷酸三钙(β -TCP)或双相磷酸钙陶瓷(BCP)。
[0016]作为可选方式，所述纳米改性层在多孔磷酸钙陶瓷基体及其内部孔结构的表面原位生长，基体层与纳米改性层结合牢固，两者间无明显界限。所述磷酸钙纳米晶粒或晶须能够夯填、桥接多孔陶瓷内部孔隙之中的结构缺陷，增强陶瓷材料的机械强度。
[0017]本实用新型所述的磷酸钙生物活性陶瓷的制备方法为:在酸性溶液中通过水热法对多孔磷酸钙陶瓷基体进行表面纳米化改性。
[0018]作为可选方式，上述方法具体包括以下工序步骤:
[0019]I)配置ρΗ=4.0-6.0的酸性溶液；
[0020]2)将干燥洁净的多孔磷酸钙陶瓷基体材料投入配置好的酸性溶液之中，使固体材料被全部淹没于酸性溶液中；[0021]3)在密闭的水热反应釜中，升温至120?200°C，反应0.5 h?12 h ;
[0022]4)自然冷却至室温，反应产物经水洗、醇洗、过滤、烘干得到表面纳米化改性磷酸钙生物活性陶瓷材料。
[0023]作为可选方式，所述多孔磷酸钙陶瓷基体材料与所述酸性溶液的配比为1:30 g/ml-1:10 g/ml。
[0024]作为可选方式，所述酸性溶液可以是无机酸也可以是有机酸，可以是羧酸也可以是磺酸，以能够提供氢离子，营造PH=4.0-6.0的酸性环境为准。优选无毒生物相容性好的酸。可以选择硝酸，或盐酸，或硫酸，或磷酸、醋酸、柠檬酸等中的任一种。
[0025]作为可选方式，所述反应釜为聚四氟乙烯为衬底的水热反应釜。
[0026]作为可选方式，所述步骤3)中升温速率为5 V /min，通过控制升温速率可有效控制反应的程度，避免晶粒过分长大。
[0027]所述纳米改性层的厚度可以通过控制反应的PH值、反应温度、时间等参数来灵活调整，最极端是可以将整个基体完全纳米化，作为优选，可将所述纳米改性层的厚度控制在材料整体厚度的1_30%。
[0028]作为可选方式，所述多孔磷酸钙陶瓷基体材料的制备可采用如下步骤:
[0029]I)粉体制备；
[0030]2)孔结构制作；
[0031]3)陶瓷烧结。
[0032]作为可选方式，上述粉体制备步骤可以通过“湿法化学反应”合成磷酸钙陶瓷前驱粉体，此粉体经反应控制合成为β -TCP粉体或BCP粉体；烘干并经气流粉碎,筛选直径为80?160 μ m的干粉，作为制备多孔陶瓷胚体的前驱粉料。
[0033]作为可选方式，上述多孔结构的制作步骤可以采用双氧水发泡法(中国专利:CN1903384)，或微球占位法(中国专利:CN 1268583C)，或注浆法(美国专利:N0.3090094)制备基体磷酸钙陶瓷的微孔结构。
[0034]作为可选方式，上述烧结步骤为将多孔陶瓷胚体放入马弗炉中烧结，从室温升温至1000?1200°C保温I?3h烧结，然后随炉冷却，得到多孔磷酸钙陶瓷基体材料。
[0035]作为可选方式，所述烧结步骤中升温速率为5 0C /min。通过控制升温速率可减少陶瓷的结构缺陷。
[0036]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0037]本实用新型的有益效果:
[0038]1、本实用新型所述的经表面纳米化改性处理后的磷酸钙陶瓷具有纳米形貌表面，使得材料表面/界面具有较大的比表面积，利于吸附成骨相关蛋白和细胞，材料易于在生物体内快速释放钙、磷离子，促进新骨生成，提升材料的生物活性。
[0039]2、本实用新型所述的经表面纳米化改性处理后的磷酸钙陶瓷具有很好的骨诱导生成能力，增强骨连接和愈合功能，快速修复和重建受损骨组织。
[0040]3、本实用新型所述的表面纳米化改性形成的磷酸钙纳米晶粒、晶须夯填、桥接了多孔陶瓷内部孔隙之中的结构缺陷，增强了陶瓷材料的机械强度。
[0041]4、本实用新型所述陶瓷植入体内后释放的纳米磷酸钙颗粒、微粒具有一定抑制骨肿瘤细胞生长的作用。可应用于因肿瘤切除缺损骨组织的病灶修复重建。
【专利附图】

【附图说明】
[0042]图1为本实用新型所述磷酸钙生物活性陶瓷的微观构造的局部示意图，图中I为多孔磷酸钙陶瓷基体，2为纳米改性层。
[0043]图2为本实用新型所述磷酸钙生物活性陶瓷扫描电镜(SEM)照片，其中(a)为多孔磷酸钙生物陶瓷表面改性处理前材料的孔结构SEM图，(b)为多孔磷酸钙生物陶瓷表面改性处理前材料的显微晶粒SEM图，(c)为多孔磷酸钙生物陶瓷表面改性处理后颗粒状纳米晶粒形貌SEM图，(d)为多孔磷酸钙生物陶瓷表面改性处理后长针状纳米晶须形貌SEM图，(e)为多孔磷酸钙生物陶瓷表面改性处理后长针状纳米晶须形貌高倍SEM图。
[0044]图3为X射线衍射图谱，其中(a)为表面纳米化改性磷酸钙生物活性陶瓷相成分鉴定XRD图，(b)为HA晶体标准XRD图谱，(c)为β -TCP晶体标准XRD图谱。
[0045]图4为表面纳米化改性磷酸钙生物活性陶瓷的力学性能测试图。
[0046]图5为HE染色组织切片图，其中(a)为未表面改性磷酸钙陶瓷植入兔子背部肌肉3个月HE染色组织切片图；(b)表面纳米化改性磷酸钙陶瓷植入兔子背部肌肉3个月HE染色组织切片图(图中放大倍数均为200倍)。
【具体实施方式】
[0047]以下通过实施例对本实用新型进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本实用新型进行进一步说明，但不能理解为对本实用新型保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本实用新型的内容对本实用新型作出一些非本质性的改进和调整。
[0048]结构表征与性能测试:
[0049]1、磷酸钙生物活性陶瓷的孔结构由压汞仪测试表征。
[0050]结果表明:材料的孔结构为相互贯通多孔结构，测试陶瓷总体孔隙率为60%?95%，大孔孔径为200?500 μ m、互穿贯通微孔孔径为5?20 μ m。
[0051]2、磷酸钙生物活性陶瓷显微结构由SEM测试。
[0052]结果详见图2(a)?(d)所示。
[0053]结果表明:陶瓷显示出丰富的微孔结构，其大孔孔径为200?500 ym，微孔间相互贯通，互穿贯通微孔孔径为5?20 μ m，微孔壁有丰富毛细微孔，其孔径为I?5 μπι。
[0054]3、表面纳米磷酸钙晶体成分由XRD鉴定表征。
[0055]结果详见图3(a)?(C)所示。
[0056]结果表明:陶瓷的表面纳米改性层为结晶不完整的纳米磷酸钙颗粒或晶须状物相，陶瓷的表面纳米改性层主要物相组成为羟基磷灰石相。
[0057]4、材料力学性能经动态力学测试(Dynamic mechanical analysis, DMA)。
[0058]结果详见图4所示。
[0059]结果表明:经表面纳米化改性处理后的磷酸钙陶瓷材料的力学性能得到了一定改善，其最大抗压强度由改性前的0.5?2.2 MPa增强至3.0?5.0 MPa。
[0060]5、材料的生物活性及骨诱导性通过动物实验验证，选择在兔子背部肌肉植入。[0061]结果详见图5(a)?(b)所示。
[0062]结果表明:经表面纳米化改性处理后的磷酸钙陶瓷具有良好的生物活性，能够有效诱导和促进新生骨组织的形成和生长。
[0063]实施例1:
[0064]I)通过“湿法化学反应”(具体步骤参考Biomaterials 2004;25:659-67.)合成β相磷酸三钙(β -TCP)粉体，烘干并经气流粉碎，筛选直径为80?160 μ m的干粉，作为制备多孔陶瓷胚体的前驱粉料；
[0065]2)采用“双氧水发泡法”制备基体磷酸钙陶瓷的微孔结构，以5 wt%的聚乙烯醇，加双氧水调制陶瓷浆料至稀泥状，搅拌均匀后通过微波炉加热分解双氧水产生气体以发泡陶瓷浆料，将含有丰富泡沫的陶瓷浆料放置于80X30X30 mm (长X宽X高)的模具中烘干制得多孔陶瓷胚体；
[0066]3)将多孔陶瓷胚体放入马弗炉中烧结，以5 V /min的速率从室温升温至1100 V保温2 h烧结，然后随炉冷却，得到多孔磷酸钙陶瓷材料；
[0067]4)表面纳米化改性。配置pH=4.0的硝酸稀溶液，选取配比为1:30 g/ml的多孔磷酸钙陶瓷材料浸没于硝酸稀溶液中，在聚四氟乙烯为衬底的水热反应釜中，以5 V /min的速度升温至150 °C，反应2 h，自然冷却至室温，反应产物经水洗、醇洗、过滤、烘干得到表面纳米化改性磷酸钙生物活性陶瓷材料试样；
[0068]陶瓷表面纳米化改性前的孔结构及显微晶粒SEM如图2-(a)、(b)所示，所得的磷酸钙活性陶瓷材料的孔结构为:孔隙率75%、大孔孔径150?300 μ m、互穿贯通微孔孔径为?10 μπι，显微晶粒:2-10 μ m;陶瓷表面纳米化改性后的表面形貌及晶粒如图2-(d)、(e)所示；从SEM图可以看到，多孔磷酸钙陶瓷经表面纳米化改性处理后材料表面可见明显的微纳米晶须生成，该微纳米晶须长20-40 μ m,直径约300 nm。
[0069]实施例2:
[0070]以双相磷酸钙陶瓷(BCP)为基体进行表面纳米化改性处理，其产品制备工艺及步骤与实施例1相同，不同之处在于步骤I)中通过“湿法化学反应”合成的陶瓷粉体为双相磷酸钙粉体，在此基础上进行多孔陶瓷胚体制作并烧结成瓷，再对此种双相磷酸钙陶瓷进行表面纳米化改性处理，所得的磷酸钙活性生物陶瓷材料的孔结构为:孔隙率75%、大孔孔径150?300 μ m、互穿贯通微孔孔径为?10 μ m，显微晶粒:2_10 μ m ;陶瓷表面呈微纳米晶须状，该微纳米晶须长10-20 μπι，直径约150 nm，所得晶须密度较实施例1浓密，但形貌更纤细。此说明磷酸钙陶瓷表面的纳米化处理是通过一种溶解-再沉积机制控制，磷酸钙陶瓷中的β -TCP相由于溶解性好，因而易于溶解-再沉积进而自组装结晶的进行，从而使得纯β相磷酸三钙陶瓷表面的纳米晶须粗大。
[0071]实施例3:
[0072]以纯β相磷酸三钙陶瓷为基体进行表面纳米化改性处理，其产品制备步骤及过程与实施例1相同，不同之处在于步骤4)中表面处理改性溶液的配置选取为磷酸调制ρΗ=5.0，将配比为1:30 g/ml的β-TCP陶瓷材料浸没于磷酸稀溶液中，在聚四氟乙烯衬底的水热反应釜中以5°C /min的速度升温至150°C，反应2 h，自然冷却至室温得到表面纳米化磷酸钙生物活性陶瓷。所得的磷酸钙活性生物陶瓷材料的孔结构为:孔隙率75%、大孔孔径150?300 μ m、互穿贯通微孔孔径为?10 μ m，显微晶粒:2_10 μ m ;陶瓷表面呈微纳米晶须状，该微纳米晶须长8-15 μL?，直径约120 nm，所得晶须密度比实施例1及实施例2中的产品形貌更为纤细。此说明磷酸钙陶瓷表面的纳米化处理是通过一种溶解-再沉积机制控制，调控pH值升高不利于磷酸钙陶瓷中的钙、磷离子溶解，因而不利于纳米磷酸钙晶须的长大，故而所得表面改性的陶瓷晶须纤细。
[0073]实施例4:
[0074]以双相磷酸钙陶瓷为基体进行表面纳米化改性处理，其产品制备步骤及过程与实施例2相同，不同之处在于步骤4)中表面处理改性溶液的配置选取为磷酸调制pH=6.0，将配比为1:10 g/ml的β-TCP陶瓷材料浸没于磷酸稀溶液中，在聚四氟乙烯衬底的水热反应釜中以5°C /min的速度升温至120°C，反应0.5 h，自然冷却至室温得到表面纳米化磷酸钙生物活性陶瓷。所得的磷酸钙活性生物陶瓷材料的孔结构为:孔隙率75%、大孔孔径150~300 μ m、互穿贯通微孔孔径为~10 μ m，显微晶粒:2-10 μ m ;陶瓷表面形成一层微纳米晶粒(如图2-c所示)，该微粒直径约80-100 nm，所得的陶瓷表面形貌较实施例1_3中的产品大为不同，为表面呈纳米微粒状的磷酸钙生物活性陶瓷。
[0075]实施例5:
[0076]以双相磷酸钙陶瓷为基体进行表面纳米化改性处理，其产品制备步骤及过程与实施例2相同，不同之处在于步骤4)中表面处理改性溶液的配置选取为磷酸调制pH=5.5，将配比为l:15g/ml的β-TCP陶瓷材料浸没于磷酸稀溶液中，在聚四氟乙烯衬底的水热反应釜中以5°C /min的速度升 温至140°C，反应I h，自然冷却至室温得到表面纳米化磷酸钙生物活性陶瓷。所得的磷酸钙活性生物陶瓷材料的表面微纳米晶须长8-12 μπι，直径约100nm。
[0077]实施例6:
[0078]以双相磷酸钙陶瓷为基体进行表面纳米化改性处理，其产品制备步骤及过程与实施例2相同，不同之处在于步骤4)中表面处理改性溶液的配置选取为磷酸调制pH=4.5，将配比为1:20 g/ml的β -TCP陶瓷材料浸没于磷酸稀溶液中，在聚四氟乙烯衬底的水热反应釜中以5°C /min的速度升温至150°C，反应4 h，自然冷却至室温得到表面纳米化磷酸钙生物活性陶瓷。所得的磷酸钙活性生物陶瓷材料的表面微纳米晶须长30-40 μ m，直径约500nm。
[0079]实施例4-6说明磷酸钙陶瓷表面的纳米化处理是通过一种溶解-再沉积机制控制，陶瓷表面微纳米粒子/晶须的形成是一个晶体生长的过程，调控表面处理的工艺参数，如延长处理时间，提高处理温度，下调调处理介质pH值，可促进纳米磷酸钙晶体的生长，故而所得产品的表面微纳米晶须形貌逐渐变得粗大。
[0080]实施例7:
[0081]以双相磷酸钙陶瓷(BCP)为基体进行表面纳米化改性处理，其产品制备工艺及步骤与实施例1相同，不同之处在于步骤2中陶瓷胚体的多孔结构采用“微球占位法”，由粒径为300~500 μ m的聚氨酯微球混合搅拌于陶瓷胚体浆料中，再浇注入模具烘干烧结成瓷，所得的陶瓷材料孔结构为:孔隙率60%、大孔孔径250~400 μ m、互穿贯通微孔孔径为~8μ m，显微晶粒:5-10 μπι。经表面纳米化改性后陶瓷表面呈微纳米晶须状，该微纳米晶须长10-20 μπι，直径约150nm。此说明本专利提供的磷酸钙陶瓷表面微纳米化处理技术对陶瓷多孔结构的“内外表面”均进行了有效的纳米化处理，此工艺不受陶瓷孔结构的限制，不同于一般表面改性技术，如喷涂、涂覆等改性技术仅针对材料的几何外表面改性，因而更有利于宿主骨组织的长入和嵌合，提升陶瓷的生物活性和骨诱导性。
[0082]实施例8:
[0083]以双相磷酸钙陶瓷(BCP)为基体进行表面纳米化改性处理，其产品制备工艺及步骤与实施例1相同，不同之处在于调控步骤4中的改性处理时间，使其陶瓷表面微纳米层的含量约为整个材料的5.0%，采用动态力学测试测得其最大抗压强度为3.02 MPa，较未表面微纳米化改性处理前双相磷酸钙陶瓷抗压强度的1.82 MPa提升约1.66倍(如图4所示)。
[0084]实施例9:
[0085]以双相磷酸钙陶瓷(BCP)为基体进行表面纳米化改性处理，其产品制备工艺及步骤与实施例1相同，不同之处在于调控步骤4中的改性处理时间，使其陶瓷表面微纳米层的含量约为整个材料的7.0%，采用动态力学测试测得其最大抗压强度为3.48 MPa，较未表面微纳米化改性处理前双相磷酸钙陶瓷抗压强度的1.82 MPa提升约1.91倍(如图4所示)。
[0086]实施例10:
[0087]以双相磷酸钙陶瓷(BCP)为基体进行表面纳米化改性处理，其产品制备工艺及步骤与实施例1相同，不同之处在于调控步骤4中的改性处理时间，使其陶瓷表面微纳米层的含量约为整个材料的10.0%，采用动态力学测试测得其最大抗压强度为4.23 MPa，较未表面微纳米化改性处理前双相磷酸钙陶瓷抗压强度的1.82 MPa提升约2.32倍(如图4所示)。实施例8-10说明，磷酸钙陶瓷经表面纳米化改性处理后，材料的机械性能得到了不同程度的改善。
[0088]实施例10:
[0089]选择市售的商品磷酸钙陶瓷作为基体材料，选取了 β相磷酸三钙陶瓷(β -TCP)、双相磷酸钙陶瓷(BCP)等一系列商品磷酸钙陶瓷，其孔隙率在60%?95%范围内、大孔孔径在200?500 μπι范围内、互穿贯通微孔孔径在5?20 μ m范围内，通过本实用新型所述水热反应方法都成功地实现了多孔陶瓷基体材料内外表面的纳米化改性，获得了纳米晶磷酸钙质量百分含量占1.0?30 wt%的一系列表面纳米化改性的磷酸钙生物活性陶瓷，其中具有长针状磷酸钙纳米晶须作为改性层的，其晶须直径为30?1000 nm，长度为5?50 μ m。具有磷酸钙纳米晶体颗粒作为改性层的，其颗粒直径为30?500 nm不等。此外，实验中还发现:由于羟基磷灰石(HA)的溶解性较差，因而在其表面难以进行有效的纳米改性处理，因此本方法选取的磷酸钙陶瓷基体为β相磷酸三钙和双相磷酸钙等系列生物陶瓷。
[0090]本实施例分别在采用硝酸，盐酸或硫酸，磷酸，醋酸，柠檬酸配置的酸性溶液均成功的实现了对品磷酸钙陶瓷的纳米化改性。
[0091]实验中发现:当所述酸性溶液PH值偏高，反应时间偏短时易形成颗粒状纳米改性层，反之，则易形成长针状磷酸钙纳米晶须。
[0092]通过本实施例还证实，采用本实用新型所述方法可以在各种尺寸规格的多孔陶瓷基体表面进行纳米化改性，改性后材料的外观形状和孔隙率都没有显著变化。
[0093]应用实例1:
[0094]以实施例2中制备的表面纳米化改性磷酸钙生物活性陶瓷材料植入兔子背部肌肉1.5个月，取样进行脱钙、HE染色以观察材料中生长的新生组织形态。实验结果显示，经表面纳米化改性处理后的磷酸钙生物活性陶瓷在植入兔子异位骨部位1.5个月后，兔子植入部位无明显的炎性反应，材料表面形成一层类骨磷灰石层，陶瓷孔结构中长入大量新生组织，呈结缔组织形态，有类似血管化现象发生，相比未经过表面纳米化改性的磷酸钙生物陶瓷表面的类骨磷灰石及新生组织的形成状况要好。这说明表面纳米化改性处理有利于提升材料的生物活性。
[0095]应用实例2:
[0096]以实施例2中制备的表面纳米化改性磷酸钙生物活性陶瓷材料植入兔子背部肌肉3个月，取样进行脱钙、HE染色以观察材料中生长的新生组织形态。实验结果显示，陶瓷植入3个月后，兔子植入部位无任何炎性反应，陶瓷内部孔结构中可见大量新生骨组织形成，成骨区域明显，伴随有血管化现象发生，相比未经过表面纳米化改性的磷酸钙生物陶瓷内部新生骨组织的生长及形成区域状况更好(如图5所示)。这说明表面纳米化改性处理有利于改善磷酸钙陶瓷材料的骨诱导性。
[0097]以上所述仅为本实用新型的优选实施例，对本实用新型而言仅是说明性的，而非限制性的；本领域普通技术人员理解，在本实用新型所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变更，但都将落入本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种磷酸钙生物活性陶瓷，其特征在于，由多孔磷酸钙陶瓷基体和纳米改性层构成，所述纳米改性层为纳米晶磷酸钙，所述纳米改性层均匀地覆盖在所述多孔磷酸钙陶瓷基体的内、外表面，包括基体外表面及其内部孔结构的表面，基体层与纳米改性层结合牢固，所述纳米改性层中的磷酸钙纳米晶粒或晶须夯填、桥接到所述多孔磷酸钙陶瓷基体内部孔隙之中的结构缺陷处。
2.根据权利要求1所述的磷酸钙生物活性陶瓷，其特征在于，所述纳米改性层的厚度占材料整体厚度的1_30%。
3.根据权利要求1所述的磷酸钙生物活性陶瓷，其特征在于，所述多孔磷酸钙陶瓷基体具有多级连通孔结构。
4.根据权利要求3所述的磷酸钙生物活性陶瓷，其特征在于，所述多孔磷酸钙陶瓷基体的孔隙率为60%?95%、大孔孔径为200?500 μ m。
5.根据权利要求1所述的磷酸钙生物活性陶瓷，其特征在于，所述基体磷酸钙为:β相磷酸三钙(β-TCP)或双相磷酸钙陶瓷(BCP)。
【文档编号】A61L27/32GK203777373SQ201320792152
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】周长春, 叶兴江, 樊渝江, 肖占文, 肖玉梅, 谭言飞, 张兴栋 申请人:四川大学