本技术属于医用材料技术领域，涉及一种高通孔隙磷酸镁骨水泥复合多孔支架的制备方法。
背景技术：
在全球范围内，骨缺损患者日益增多，生产交通等意外事故、人口老龄化的趋势均会造成骨折以及骨组织的损伤等疾病。随着科学的进步以及医疗技术的发展，在骨缺损治疗方面已经取得了一定的进步，但是骨治疗仍然是医学领域所面临的一个有待突破的难题。
骨水泥作为一种新兴的骨替代材料并因其优异的性能，引起了研究者的广泛关注。常用的骨水泥有聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥(pmma)、磷酸钙骨水泥(cpc)以及磷酸镁骨水泥(mpc)。聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥产热较高生物相容性差限制了其进一步的发展，磷酸钙骨水泥生物相容性较高但是降解速度很慢并且所得支架的强度较低，磷酸镁骨水泥具有良好的生物相容性，较快地降解性能以及相对较高的强度的特点，因此快速走进了研究者的视野。磷酸镁骨水泥支架作为一种骨替代材料，理想的多孔结构可以为骨细胞的长入以及营养物质的运输以及代谢物的排泄提供一个良好的通道，而传统的造孔方法在孔的尺寸范围以及连通方面很难达到理想的连通的高孔隙率的结构。冷冻干燥法通过控制冷冻参数可以控制孔隙的范围并且可以得到连通的孔隙以便细胞的生存以及长入。但是，形成多孔结构后的磷酸镁多孔支架的力学强度大幅下降。此外，目前各种磷酸镁骨水泥在人体内降解后都存在不同程度的毒性，这是因为磷酸镁骨水泥降解后释放出较多oh-，导致局部的ph值升高，影响支架的生物相容性，不利于骨愈合。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种高通孔隙磷酸镁骨水泥复合多孔支架的制备方法，解决的是现有技术中磷酸镁骨水泥支架通孔率不高、强度较低以及支架降解后生物相容性降低的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种高通孔隙磷酸镁骨水泥复合多孔支架的制备方法具体按照以下步骤实施：
步骤1、将粘结剂和分散剂依次溶于去离子水，得到氧化镁悬浮液的液相；
步骤2、将氧化镁粉进行煅烧，得到重烧氧化镁粉末；
步骤3、将步骤1所得氧化镁悬浮液的液相与步骤2所得重烧氧化镁粉末进行球磨混合，得到重烧氧化镁的悬浮液；
步骤4、将步骤3所得重烧氧化镁的悬浮液倒入冷冻干燥模具中，进行定向冷冻和真空干燥，烧结后得到孔壁为微孔结构、整体为层状定向直通孔结构的重烧氧化镁支架；
步骤5、将步骤4所得重烧氧化镁支架反复在磷酸二氢钾溶液浸渍反应、烘干，得到孔壁为微孔结构、整体为层状定向直通孔结构的磷酸镁骨水泥多孔支架；
步骤6、将步骤5所得磷酸镁骨水泥多孔支架反复酸性生物高分子溶液中浸渍、烘干，得到磷酸镁骨水泥复合多孔支架。
本发明的特点还在于：
粘结剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇等的一种；分散剂为柠檬酸、聚丙烯酸钠等的一种，粘结剂和分散剂为固相质量百分比的0.6％～1.2％。
步骤2中重烧氧化镁粉的煅烧温度为1550～1750℃，煅烧时间为14～18h。
氧化镁悬浮液的液相与重烧氧化镁粉末球磨的时间为12～24h。
重烧氧化镁的悬浮液中，固相的体积百分比为15％～30％，液相的体积百分比为70％～85％，以上各组分的体积百分比之和为100％。
定向冷冻的温度为-20～-40℃，时间为2～4h；真空干燥时间为24～36h，烧结温度为1450～1650℃，时间为4～8h。
磷酸二氢钾溶液的浓度是0.1～0.25g/ml，浸渍磷酸二氢钾溶液的时间为5～30min，重复次数为3～12次，烘干温度为50～70℃。
酸性生物高分子溶液的溶质为聚谷氨酸(pga)、透明质酸(ha)或聚乳酸(pla)，酸性生物高分子溶液的溶剂为蒸馏水、二氯甲烷等的一种，酸性生物高分子溶液的浓度为4.5～12g/100ml。
步骤6的浸渍提拉速度为180～240μm/s，共重复3～5次，烘干温度为60～80℃。
本发明的有益效果是：
1、本发明将重烧氧化镁粉末的悬浮液通过定向冷冻干燥技术制备成具有层状直通孔结构的重烧氧化镁多孔支架，获得高的通孔率。同时，通过调控重烧氧化镁粉末的粒径以及定向冷冻工艺，使得重烧氧化镁多孔支架的孔壁为微孔结构，有利于后续在磷酸二氢钾溶液中发生水化反应生成磷酸镁骨水泥，也有利于酸性高分子进入形成复合支架。
2、本发明将水化反应得到的磷酸镁骨水泥多孔支架反复在酸性生物高分子溶液中浸渍、烘干，可以得到磷酸镁骨水泥复合多孔支架，酸性生物高分子填充了磷酸镁骨水泥多孔支架孔壁上的微孔，可以有效的提高多孔支架的力学性能。
3、本发明在降解时，酸性生物高分子降解后的产物可以与磷酸镁骨水泥降解产物发生中和反应，使得支架周围环境维持在近中性，从而获得良好的生物相容性，在促进骨修复以及愈合方面有良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种高通孔隙磷酸镁骨水泥复合多孔支架的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、将粘结剂和分散剂依次溶于去离子水，得到氧化镁悬浮液的液相；
粘结剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇等的一种；分散剂为柠檬酸、聚丙烯酸钠等的一种，粘结剂和分散剂为固相质量百分比的0.6％～1.2％。
步骤2、将氧化镁粉进行煅烧，得到重烧氧化镁粉末；
步骤2中重烧氧化镁粉的煅烧温度为1550～1750℃，煅烧时间为14～18h。
步骤3、将步骤1所得氧化镁悬浮液的液相与步骤2所得重烧氧化镁粉末进行球磨混合，得到重烧氧化镁的悬浮液；
氧化镁悬浮液的液相与重烧氧化镁粉末球磨的时间为12～24h。
重烧氧化镁的悬浮液中，固相的体积百分比为15％～30％，液相的体积百分比为70％～85％，以上各组分的体积百分比之和为100％。
步骤4、将步骤3所得重烧氧化镁的悬浮液倒入冷冻干燥模具中，进行定向冷冻和真空干燥，烧结后得到孔壁为微孔结构、整体为层状定向直通孔结构的重烧氧化镁支架；
定向冷冻的温度为-20～-40℃，时间为2～4h；真空干燥时间为24～36h，烧结温度为1450～1650℃，时间为4～8h。
步骤5、将步骤4所得重烧氧化镁支架反复在磷酸二氢钾溶液浸渍反应、烘干，得到孔壁为微孔结构、整体为层状定向直通孔结构的磷酸镁骨水泥多孔支架；
磷酸二氢钾溶液的浓度是0.1～0.25g/ml，浸渍磷酸二氢钾溶液的时间为5～30min，重复次数为3～12次，烘干温度为50～70℃。
步骤6、将步骤5所得磷酸镁骨水泥多孔支架反复酸性生物高分子溶液中浸渍、烘干，得到磷酸镁骨水泥复合多孔支架。
酸性生物高分子溶液的溶质为聚谷氨酸(pga)、透明质酸(ha)或聚乳酸(pla)其中一种，酸性生物高分子溶液的溶剂为蒸馏水、二氯甲烷等的一种，酸性生物高分子溶液的浓度为4.5～12g/100ml。
步骤6的浸渍提拉速度为180～240μm/s，共重复3～5次，烘干温度为60～80℃。
实施例1
步骤1：配置氧化镁悬浮液的液相，按照重量比，分别取柠檬酸0.6wt.％，羧甲基纤维素0.6wt.％，将分散剂和粘结剂依次溶于去离子水，得到氧化镁悬浮液的液相；
步骤2：高温煅烧氧化镁粉，将氧化镁粉1550℃进行煅烧18h，得到重烧氧化镁粉末；
步骤3：配置重烧氧化镁的悬浮液，将步骤1所得氧化镁悬浮液的液相按体积百分比取15％与步骤2所得重烧氧化镁粉末按体积百分比取85％进行球磨混合12h，得到重烧氧化镁的悬浮液；
步骤4：冷冻干燥重烧氧化镁支架并烧结，将步骤3所得重烧氧化镁的悬浮液倒入冷冻干燥模具中，-20℃定向冷冻4h，真空干燥24h，1650℃烧结4h后得到孔壁为微孔结构、整体为层状定向直通孔结构的重烧氧化镁支架；
步骤5：浸渍磷酸二氢钾溶液，将步骤4所得重烧氧化镁支架反复在浓度为0.1g/ml的磷酸二氢钾溶液浸渍反应30min、重复12次，50℃烘干，得到孔壁为微孔结构、整体为层状定向直通孔结构的磷酸镁骨水泥多孔支架；
步骤6：浸渍酸性生物高分子溶液，将步骤5所得磷酸镁骨水泥多孔支架反复在4.5g/100ml的聚谷氨酸溶液(溶剂为蒸馏水)中以180μm/s浸渍提拉，重复3次，60℃烘干，得到磷酸镁骨水泥复合多孔支架。
实施例2：
步骤1：配置氧化镁悬浮液的液相，按照重量比，分别取柠檬酸0.8wt.％，聚丙烯酸钠0.8wt.％，将分散剂和粘结剂依次溶于去离子水，得到氧化镁悬浮液的液相；
步骤2：高温煅烧氧化镁粉，将氧化镁粉1650℃进行煅烧16h，得到重烧氧化镁粉末；
步骤3：配置重烧氧化镁的悬浮液，将步骤1所得氧化镁悬浮液的液相按体积百分比取20％与步骤2所得重烧氧化镁粉末按体积百分比取80％进行球磨混合16h，得到重烧氧化镁的悬浮液；
步骤4：冷冻干燥重烧氧化镁支架并烧结，将步骤3所得重烧氧化镁的悬浮液倒入冷冻干燥模具中，-30℃定向冷冻3h，真空干燥28h，1550℃烧结6h后得到孔壁为微孔结构、整体为层状定向直通孔结构的重烧氧化镁支架；
步骤5：浸渍磷酸二氢钾溶液，将步骤4所得重烧氧化镁支架反复在浓度为0.15g/ml的磷酸二氢钾溶液浸渍反应20min、重复9次，60℃烘干，得到孔壁为微孔结构、整体为层状定向直通孔结构的磷酸镁骨水泥多孔支架；
步骤6：浸渍酸性生物高分子溶液，将步骤5所得磷酸镁骨水泥多孔支架反复在5g/100ml的透明质酸溶液(溶剂为蒸馏水)中以200μm/s浸渍提拉，重复5次，70℃烘干，得到磷酸镁骨水泥复合多孔支架。
实施例3：
步骤1：配置氧化镁悬浮液的液相，按照重量比，分别取聚乙烯醇1.0wt.％，羧甲基纤维素1.0wt.％，将分散剂和粘结剂依次溶于去离子水，得到氧化镁悬浮液的液相；
步骤2：高温煅烧氧化镁粉，将氧化镁粉1750℃进行煅烧14h，得到重烧氧化镁粉末；
步骤3：配置重烧氧化镁的悬浮液，将步骤1所得氧化镁悬浮液的液相按体积百分比取25％与步骤2所得重烧氧化镁粉末按体积百分比取75％进行球磨混合20h，得到重烧氧化镁的悬浮液；
步骤4：冷冻干燥重烧氧化镁支架并烧结，将步骤3所得重烧氧化镁的悬浮液倒入冷冻干燥模具中，-40℃定向冷冻2h，真空干燥32h，1550℃烧结7h后得到孔壁为微孔结构、整体为层状定向直通孔结构的重烧氧化镁支架；
步骤5：浸渍磷酸二氢钾溶液，将步骤4所得重烧氧化镁支架反复在浓度为0.2g/ml的磷酸二氢钾溶液浸渍反应10min、重复6次，70℃烘干，得到孔壁为微孔结构、整体为层状定向直通孔结构的磷酸镁骨水泥多孔支架；
步骤6：浸渍酸性生物高分子溶液，将步骤5所得磷酸镁骨水泥多孔支架反复在12g/100ml的聚乳酸溶液(溶剂为二氯甲烷)中以220μm/s浸渍提拉，重复3次，80℃烘干，得到磷酸镁骨水泥复合多孔支架。
实施例4：
步骤1：配置氧化镁悬浮液的液相，按照重量比，分别取聚乙烯醇1.2wt.％，聚丙烯酸钠1.2wt.％，将分散剂和粘结剂依次溶于去离子水，得到氧化镁悬浮液的液相；
步骤2：高温煅烧氧化镁粉，将氧化镁粉1550℃进行煅烧16h，得到重烧氧化镁粉末；
步骤3：配置重烧氧化镁的悬浮液，将步骤1所得氧化镁悬浮液的液相按体积百分比取30％与步骤2所得重烧氧化镁粉末按体积百分比取70％进行球磨混合24h，得到重烧氧化镁的悬浮液；
步骤4：冷冻干燥重烧氧化镁支架并烧结，将步骤3所得重烧氧化镁的悬浮液倒入冷冻干燥模具中，-30℃定向冷冻3h，真空干燥36h，1450℃烧结8h后得到孔壁为微孔结构、整体为层状定向直通孔结构的重烧氧化镁支架；
步骤5：浸渍磷酸二氢钾溶液，将步骤4所得重烧氧化镁支架反复在浓度为0.25g/ml的磷酸二氢钾溶液浸渍反应30min、重复3次，70℃烘干，得到孔壁为微孔结构、整体为层状定向直通孔结构的磷酸镁骨水泥多孔支架；
步骤6：浸渍酸性生物高分子溶液，将步骤5所得磷酸镁骨水泥多孔支架反复在4.5g/100ml的聚谷氨酸溶液(溶剂为蒸馏水)中以240μm/s浸渍提拉，重复5次，70℃烘干，得到磷酸镁骨水泥复合多孔支架。
表1
表1为本发明磷酸镁骨水泥复合多孔支架和自固化的磷酸镁骨水泥多孔支架的参数比较，由表1可以看出，与传统磷酸镁骨水泥相比，本方法制得的磷酸镁骨水泥复合多孔支架具有高的通孔率，同时具有良好的生物相容性及力学性能。