[發明專利]三維梯度網狀碳纖維/HA/麥飯石醫用復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210107979.3
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN102641522A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 李強;于景媛;穆柏春;石萍;齊國超;單鳳君;唐立丹
• 申請（專利權）人: 遼寧工業大學
• 主分類號: A61L27/42
• 分類號: A61L27/42;C25D11/02
• 代理公司: 錦州恒大專利事務所 21222
• 代理人: 王子平

技術領域

本發明為一種三維梯度網狀碳纖維/HA/麥飯石醫用復合材料的制備方法。

背景技術

生物醫用材料是指用于對生物進行診斷、治療、修復或替換病損組織、器官或增進其功能的新型高技術材料；生物醫學材料不但有很高的技術含量和經濟價值，而且與人們的生命和健康息息相關，由于社會老齡化越來越嚴重，對人造齒、人造骨、人造齒根的需求越來越大，汽車工業的高速發展，車禍等意外的原因經常導致的骨折、骨缺損事故的增多同樣也使人造骨的應用增多。

生物醫用材料大體可分為三大類：醫用有機高分子材料、醫用金屬及其合金和醫用無機非金屬材料。近20年來無機生物醫用材料的研究及其應用十分活躍，其中倍受注目的是羥基磷灰石（hydroxyapatite）活性陶瓷材料的研究和臨床應用。羥基磷灰石[Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂]，簡稱HA，是在化學成分、組成和結構上酷似人體硬組織（如骨，牙齒）的一種無機質，HA是脊椎動物的骨和齒的主要無機成分，如人體骨中HA的質量分數約占60%左右，人牙齒的牙釉質則含95%以上。與其他的生物材料相比，人工合成HA陶瓷的機體親和性最為優良，置入人體后不會引起排斥反應，毒性試驗證明HA是無毒性物，因而應用廣泛，成為醫用生物陶瓷的“明星’。用作骨組織時，具有極好的化學和生物親合性，用作骨移植材料時，具有良好的生物相容性和骨傳導性，即新骨可以從HA植入體與原骨結合處沿著植入體表面或內部貫通性孔隙攀附生長，能與組織在界面上形成化學鍵性結合。然而，由于合成的HA比較脆弱，其斷裂韌性較低（K_IC=1.2MPa·m^1/2），強度較低（小于100?MPa），而人體骨強度大約在110?MPa。因而被嚴格限制在非動載環境中使用，如：人工齒骨、耳骨及充填骨缺損等。迄今為止，合成HA能否廣泛應用主要取決于是否能夠有效地提高其強度和韌性。

為提高HA陶瓷的力學性能，使之在臨床上得以推廣應用，許多學者開展了大量研究與探索，試圖用金屬、陶瓷或高分子等與之復合，以期得到一種理想的骨修復材料。但都沒有從根本上解決其強度和韌性低的難題，難以滿足臨床應用的要求。碳纖維是一類力學性能優異的無機非金屬材料，它具有以下3個特點：(1)良好的生物兼容性。對生物體組織刺激性小，無毒副作用，不致癌，不過敏，不引起炎癥反應；(2)良好的物理和力學特性。強度大、模量高，韌性和延度性高，彎曲強度高，導熱性好，尺寸穩定性好；(3)與塊狀碳相似，具有良好的化學穩定性。耐化學腐蝕性高，僅能被強氧化劑氧化，一般酸堿對它作用很小，在人體內不易被腐蝕。碳纖維是一種理想的增強材料，已廣泛應用于醫學、生命科學等領域。由于連續纖維增強材料存在各向異性問題，在纖維方向具有很高的強度和模量，但在垂直于纖維方向常發生橫向開裂和脫層問題，所制備的復合材料僅可用于顱骨等寬骨的替代，而不適用于長、短骨等不規則骨的修復和替代。當采用短切碳纖維增強HA時，HA強度的提高幅度非常有限。

發明內容

本發明的目的在于，解決上述現有所存在的問題，提供一種三維梯度網狀碳纖維/HA/麥飯石醫用復合材料的制備方法；該種方法可以提高HA基體的強度和韌性，解決HA材料強度低、韌性差的缺點，使其有望應用于動載荷工作條件下。此外，HA基體中加入的納米麥飯石顆粒含有對人體有益的微量元素，通過紅外輻射調節人體的新陳代謝，增進血液循環，加速骨組織的生長和傷口的愈合。

本發明的技術方案是：

首先通過傳統三維編織技術將長碳纖維編織成具有獨特梯度孔隙結構的三維梯度網狀多孔骨架，然后采用直流-脈沖陽極氧化及堿處理方法對三維梯度網狀多孔骨架進行表面改性；最后采用離心成型技術將納米HA和納米麥飯石顆粒與三維梯度網狀碳纖維骨架復合，生坯脫模干燥后燒結成新型的三維梯度網狀碳纖維/HA/麥飯石醫用復合材料。

其具體的制備方法是：

1、三維梯度網狀碳纖維骨架的制作

將長碳纖維編織成具有獨特梯度孔隙結構的三維梯度網狀多孔骨架，簡稱三維梯度網狀碳纖維；所說的三維梯度網狀碳纖維骨架有二種結構，第一種為兩端孔隙度高，心部孔隙度低的梯度多孔結構，高孔隙度范圍為60-70%，低孔隙度范圍為40-50%；第二種為孔隙度從一端向另一段連續降低的梯度多孔結構，其孔隙度在70%-40%；

2、對三維梯度網狀碳纖維骨架進行直流-脈沖陽極氧化及堿處理