一种纳米氧化锆多孔组织工程支架及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物材料领域，涉及一种纳米氧化锆多孔组织工程支架及其制备方法。
【背景技术】
[0002]组织工程是兴起于80年代末的一个多学科交叉的新兴领域，其中开展最为广泛、发展最为迅速的是骨组织工程领域。在骨组织工程的研究中，多孔生物支架是不可替代的重要组成部分，它的作用是给需要生长的细胞提供一个场所，有利于细胞附着、生长、分化和繁殖。骨组织工程研究中应用的支架材料主要包括天然高分子材料、人工合成高分子材料、无机材料和复合材料等。
[0003]本发明中选用的骨组织工程支架材料是纳米级的钇稳定氧化锆材料。氧化锆材料具有优异的生物相容性和化学稳定性，同时其力学性能非常优异，它的磨损系数也很低，完全能够替代生物体中的骨头，关节等。
[0004]目前用于制备多孔结构的方法包括有机模板复制法、颗粒堆积法、冷冻干燥法、溶胶凝胶法、电脑控制的快速成型法、静电纺丝法等。本发明采用有机模板复制法，以聚氨酯作为有机模板。该方法利用有机模板本身的多孔结构，通过浸渍方法即可得到与模板结构相似的多孔支架，操作简单，实用性强。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种兼具优异的生物相容性与力学性能的纳米氧化锆多孔组织工程支架及其制备方法。
[0006]本发明所述的纳米氧化锆多孔组织工程支架所用原料为日本T0S0H公司产的纳米3Y-TZP (3%乾稳定四方相氧化错)粉体，平均粒径40nm，有机模板采用30ppi的聚氨酯模板，氧化锆浆料固含量为80%。
[0007]本发明采用多次浸渍的方法以提高纳米氧化锆多孔组织工程支架的力学性能，浸渍时通过保持低温和减缓分散速率来提高氧化锆浆料的分散性和稳定性。
[0008]本发明使用的烧结工艺为:在200-700°C范围内缓慢升温，并在700°C保温1小时，接着以5°C /min的速率升温至1350°C，在1350°C温度下保温3小时。本文采用的氧化锆材料在1100-1350°C煅烧范围内保持稳定的四方相晶型。煅烧后氧化锆颗粒由粉体的40纳米长大为170纳米。烧结成型后形成孔径在1000-1500 μ m的多孔骨组织工程支架，这种孔径利于细胞生长和形成血管化。
[0009]本发明的制备过程流程图如图1所示。
【附图说明】
[0010]图1氧化锆生物陶瓷支架的制备过程流程图。
[0011 ] 图2单辊装置示意图。
[0012]图3纳米氧化锆骨组织工程支架的数码照片。
[0013]图4为纳米氧化锆支架的微观结构，a为低倍下支架的孔隙结构图，b为支架的微观结构图。
[0014]图5氧化锆支架的SEM图片。
【具体实施方式】
[0015]1)纳米氧化锆浆料的制备及含量确定。
[0016]在烧杯中称取一定量的蒸馏水配制固含量(质量分数)为80%的浆料，在超声分散的作用下将纳米氧化锆粉缓慢添加到烧杯中，使用冰水浴保持整个体系温度为0°C，持续搅拌直到浆料保持均一。
[0017]2)聚氨酯模板的选择及改性。
[0018]选用软质30ppi聚氨酯作为模板，将聚氨酯模板常温加工成2cm*lcm*lcm的尺寸，并浸入2mol/L溶度的氢氧化钠溶液中进行氢氧化钠溶液水解处理，常温浸泡0-5小时，清水冲洗，放入烘箱烘干。
[0019]3)聚氨酯模板浸渍浆料及去除多余浆料。
[0020]将特定尺寸的聚氨酯模板浸入氧化锆浆体中，反复挤压，使浆料浸没聚氨酯模板，保证浆料均匀的充满模板孔隙。当模板浸渍浆料后，需要去除多余的浆料，这个过程中最重要的是保持力度的均匀。首先利用我们自行设计的单辊装置(图2所示)均匀的碾压陶瓷胚体，除去大多数的浆料。然后用高速气枪处理胚体的表面，防止浆料堵塞聚氨酯模板的孔洞。
[0021]4)烘干。
[0022]聚氨酯模板浸渍后吸附足够浆料在表面，挤出多余浆料后，即得到纳米氧化锆多孔骨组织工程支架的胚体。将胚体放入电热鼓风干燥箱中经过低温(30°C)缓慢烘干，防止胚体在干燥过程中开裂。
[0023]5)预烧结。
[0024]将烘干后的多孔支架放入高温烧结炉内，缓慢升温至700°C，保温一定时间防止聚氨酯模板分解挥发速度过快，破环氧化锆胚体，保温一段时间，让聚氨酯模板分解完全。接着继续升温，在较高温度(1100°c)保温一段时间后，降温炉冷。
[0025]6)多次浸渍。
[0026]预烧结后的胚体表面往往会存在大量微裂纹，影响最终多孔支架的机械强度。将预烧结的多孔支架重新作为模板浸入浆料，再次烧结会有效增强其机械性能。
[0027]7)烧结。
[0028]将多孔支架烘干后，在200-700°C范围内缓慢升温，并在700°C保温1小时，接着以5°C /min的速率升温至1350°C，在1350°C温度下保温3小时。
[0029]如图3所示，经过烧结，除去模板后支架没有坍塌，肉眼观察下完美的重现了模板本身的结构，样品本身带有类金属的光泽，整体透光性好，孔洞呈圆形，相互连接。
[0030]如上所述聚氨酯模板复制法工艺简单，方便操作。图4、图5所示，这种方法制备的多孔纳米氧化锆骨组织工程支架孔隙率高，三维联通性好，整体通透。
[0031 ] 按方法方法制备得到的纳米氧化锆多孔组织工程支架的孔径有1000-1500 μ m，加上后期的表面处理，孔径利于细胞的生长和形成血管，聚氨酯模板可以通过表面处理来减少本身结构的缺陷，从而间接达到提高支架力学性能的作用。
【主权项】
1.一种纳米氧化锆多孔组织工程支架及其制备方法，具体为:先将粉体在o°c温度下缓慢加入蒸馏水中，持续搅拌，配制纳米氧化锆浆料；选用软质聚氨酯作为模板，将聚氨酯模板常温加工成2cm*lcm*lcm的尺寸，并浸入2mol/L溶度的氢氧化钠溶液中进行氢氧化钠溶液水解处理，常温浸泡0-5小时，清水冲洗，放入烘箱烘干；使聚氨酯模板充分浸渍配制的浆料，挤出多余浆料后缓慢烘干，缓慢升温至700°C，保温一段时间后升温到1100°C保温一段时间，然后降温炉冷；多次浸渍后烧结成型。2.根据权利要求1所述方法制备纳米氧化锆多孔组织工程支架，其中纳米氧化锆浆料的固含量(质量分数)在80%-85%。3.根据权利要求1所述方法制备纳米氧化锆多孔组织工程支架，其中聚氨酯模板选择为30ppi，制备出来的多孔支架孔径为1000-1500 μ m，加上后期的表面处理，孔径利于细胞的生长和形成血管。4.根据权利要求1所述方法制备纳米氧化锆多孔组织工程支架，采用如下烧结工艺:将多孔支架烘干后，在200-700°C范围内缓慢升温，并在700°C保温1小时，接着以5°C /min的速率升温至1350°C，在1350°C温度下保温3小时。5.根据权利要求1所述方法制备纳米氧化锆多孔组织工程支架，烧结前氧化锆粉体颗粒粒径大小为40nm，烧结后氧化锆骨组织工程支架中颗粒粒径为大约170nm。
【专利摘要】本发明公开了一种纳米氧化锆多孔组织工程支架的制备方法。该方法制备的纳米氧化锆多孔支架孔径在1000到1500μm之间，利于细胞的生长和形成血管。样品带有类金属的光泽，整体透光性好，孔洞呈圆形，相互连接。本发明采用的聚氨酯模板复制法工艺简单，方便操作。这种方法制备的多孔纳米氧化锆骨组织工程支架孔隙率高，三维联通性好，整体通透。由于其优良的生物相容性和力学性能，本发明所制备的纳米氧化锆多孔支架主要适用于骨组织工程领域，特别适用于颌骨组织工程与骨髓间充质干细胞研究等领域。
【IPC分类】A61L27/02, A61L27/50, A61L27/56
【公开号】CN105288725
【申请号】CN201510813505
【发明人】潘冠军, 王阳, 蔡云鹏, 胡勇, 金磊, 孟祥康
【申请人】海安南京大学高新技术研究院
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月23日