[發明專利]一種新型鈣鎂硅復相生物活性陶瓷的設計制備方法及用途

無效

• 申請號: 201110205833.8
• 申請日: 2011-07-22
• 公開（公告）號: CN102357260A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 陳顯春;尹光福;黃忠兵;廖曉明;姚亞東
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: A61L27/10
• 分類號: A61L27/10;A61L27/30;C04B35/622
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種新型鈣鎂硅復相生物活性陶瓷的設計制備方法及用途，屬于生物材料領域。

背景技術

由于創傷、炎癥、骨質疏松癥、腫瘤和先天畸形等原因造成的骨損傷或大塊骨缺損需要大量的骨修復材料來進行臨床治愈和修復。目前，以等離子體噴涂鈦合金基羥基磷灰石涂層復合材料的研究和臨床應用最為廣泛[J?Mater?Sci?2001,?36:5253-5263;?J?Mater?Sci:?Mater?Med?2000,?11:183-190]。然而，由于HA的熱分解溫度低，與鈦合金TC4基體的熱膨脹系數(CTE)?(TC4：10.8×10^-6?oC^-1；HA：13.7×10^-6?oC^-1)不匹配，導致界面本征應力大而金瓷結合強度低，涂層易脫落，影響了其在體內長期使用的安全性和壽命[J?Mater?Res?1996,?11:?680-686.]。因此，設計制備一種既與鈦合金基體熱膨脹系數相匹配，同時又兼具優異生物學性能的涂層材料是十分必要的。

生物活性陶瓷具有與生物體相近的化學組成，性能穩定，生物相容性好，生物活性高，且能與人體骨組織形成生物活性結合，因而備受研究者青睞[Hench?LL,?Wlison?J.?Introduction.?In:?Hench?LL,?Wilson?J.?An?introduction?to?bioceramics.?Publishing?place:?Singapore,?World?Scientific,?1994.?p1-24.]。其次，分析相圖，根據相平衡關系和相律可知：陶瓷材料的物相組成可以在一定范圍內變化，因不同物相的物性參數差異很大，故生物陶瓷的熱膨脹系數、力學及生物學性能可以通過改變其物相組成和熱處理方式等進行調節[J?Eur?Ceram?Soc?2006,?26:1463-1471;?J?Eur?Ceram?Soc?2005,?25:?313-333]。另外，自然界生物體骨骼結構構成均是多相復合材料。因此，通過調節組成及熱處理方式等而設計制備出來的多相復合陶瓷材料有望能夠真正模擬自然骨的綜合性能。

近年來，CaO-MgO-SiO₂系生物活性陶瓷材料因具有較高的力學性能，離子產物能夠促進細胞的增殖和分化，且在動物體內能誘導骨形成、促進骨修復而成為研究的熱點[Biomaterials?2009,?30:?5041–5048;?J?Mater?Sci:?Mater?Med?1999,?10:?475-479]。然而目前的研究多集中在單一物相上，鮮有涉及多相復合陶瓷組分的優化設計及制備。因此，設計制備一種熱膨脹系數與TC4合金相匹配，而同時具有優良生物學性能的CaO-MgO-SiO₂三元系多相復合陶瓷材料具有重大意義。

對于金屬/陶瓷涂層復合體而言，如果瓷粉的熱膨脹系數比金屬基體大，則在冷卻時陶瓷涂層比金屬收縮速度快，金屬將阻礙瓷層的收縮而在瓷層中產生了張應力。當此張應力超過瓷層的抗張強度極限時，瓷層中即出現裂紋。如果瓷粉的熱膨脹系數比金屬小太多，則瓷層比金屬收縮慢，瓷層中則產生很大的壓應力而發生脫瓷現象。瓷層的抗壓強度幾乎比其抗張強度大15-20倍。因此，壓應力的危險性比張應力小得多。由于這種原因在實踐中一般應當力求瓷層材料的熱膨脹系數比金屬略小。Hench等人還發現，當SiO₂含量在45-53?wt%時，Ca-Si基玻璃材料在5-10?天內即可與骨和軟骨組織鍵合，且形成骨性結合的速率最快[J?Biomed?Mater?Res?1973,?4:?25-42]。

此外，溶膠-凝膠法因具有易于控制成分、成本低及工藝設備簡單等顯著優點而被廣泛應用于生物活性陶瓷的制備。使用該方法制備生物活性陶瓷時，可以將合成材料所需的各種原料在原子級別上均勻混合。因此，溶膠-凝膠法制備陶瓷材料所需的燒結溫度較低，制得的陶瓷材料不僅化學組成均勻，成分偏析少，而且還具有多孔和微孔結構，比表面積高，有利于細胞粘附和生長，生物活性和生物相容性好等特點。最重要的是，在保持生物活性的前提下，陶瓷材料的化學組成和性能可在較大范圍內調整[J?Sol-Gel?Sci?Tech?1998,?(13):?245-250]。