[發(fā)明專利]一種鈦酸鉍鉀壓電陶瓷/自然銅復(fù)合材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410032280.4
• 申請日: 2014-01-23
• 公開（公告）號: CN103755340A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王靜;田雪粉;烏彥全;張文博;郭繹羅
• 申請（專利權(quán)）人: 佳木斯大學(xué)
• 主分類號: C04B35/475
• 分類號: C04B35/475;C04B35/622
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 侯靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

因創(chuàng)傷、骨病等原因造成的大段、頑固性骨缺損的治療是困擾醫(yī)學(xué)界的一大難題。臨床上80%以上骨缺損的治療要求助于骨修復(fù)材料，而現(xiàn)有的骨修復(fù)材料誘導(dǎo)成骨作用差，新骨形成慢且量少，達(dá)不到理想的治療的效果。

賦予材料誘導(dǎo)性，以充分調(diào)動(dòng)機(jī)體自我康復(fù)的潛能，是當(dāng)今生物材料設(shè)計(jì)的原則和發(fā)展方向，根據(jù)此原則，外加生長因子或仿生設(shè)計(jì)優(yōu)化材料是目前提高骨修復(fù)材料骨誘導(dǎo)性的兩條有效途徑，但外加生長因子涉及到材料的免疫性、誘變性等安全性問題，又因生長因子極其昂貴、難于產(chǎn)業(yè)化以及對于治療骨病引起的骨缺損存在功能單一的缺點(diǎn)等，故沒有一個(gè)國家批準(zhǔn)其正式進(jìn)入臨床應(yīng)用。

仿生設(shè)計(jì)優(yōu)化材料是一方便有效的誘導(dǎo)方法。日本學(xué)者保田于1953年報(bào)道了骨的壓電現(xiàn)象，證明骨組織是天然的壓電體，骨組織的生長、發(fā)育和改建過程，是通過機(jī)械能和電能之間的相互轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)的。壓電陶瓷是一種可使能量轉(zhuǎn)換的功能材料，極化后陶瓷表面存在剩余電荷，陶瓷內(nèi)存在剩余極化強(qiáng)度并以偶極矩的形式表現(xiàn)出來，受力作用后產(chǎn)生放電效應(yīng)，其機(jī)械能和電能的互相轉(zhuǎn)換能力與骨類似。以壓電陶瓷作為基質(zhì)材料，將其植入骨內(nèi)后，不需要外電源，依靠機(jī)體自身活動(dòng)產(chǎn)生壓電效應(yīng)，影響細(xì)胞的電環(huán)境，當(dāng)電場的電特性達(dá)到一定條件時(shí)，即刺激多種骨生長因子的產(chǎn)生，在負(fù)極處吸引鈣定向沉積，骨質(zhì)鈣化，實(shí)現(xiàn)骨生長；正極處破骨細(xì)胞活動(dòng)增強(qiáng)而材料被不斷降解吸收，使材料的降解與骨生長達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)成骨過程的最優(yōu)化。電場還能擴(kuò)張血管，加快血流速度，改善骨缺損局部的微循環(huán)，加快鈣磷的沉積，促進(jìn)骨修復(fù)。利用壓電陶瓷與骨的壓電效應(yīng)類似的特性設(shè)計(jì)生物材料，實(shí)施電刺激成骨，是一方便有效的誘導(dǎo)方法，所以壓電陶瓷是一種非常有希望的骨組織修復(fù)材料。

傳統(tǒng)的Pb(ZrTi)O₃(簡寫PZT)基壓電陶瓷壓電性能優(yōu)良，但為含鉛陶瓷，嚴(yán)重危害環(huán)境和人體健康，不適于作為生物材料。無鉛壓電陶瓷中，鈦酸鉍鉀(KBT)系是新型無鉛壓電陶瓷的代表，具有典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(ABO₃)，與其它無鉛壓電陶瓷相比，壓電性能較高，性能穩(wěn)定，有很好的機(jī)械性能，具有較低的燒結(jié)溫度(1200℃以下)，而且其成分均為人體必須的微量元素，具有無毒和無致畸作用，具有作為生物材料的優(yōu)點(diǎn)。但該材料與PZT基壓電陶瓷材料相比依然存在電活性低的問題，主要原因是KBT陶瓷具有相對高的矯頑場和較高的電導(dǎo)率而難以極化，壓電性能不能充分表現(xiàn)出來而影響其實(shí)用化，因此如果想更好的發(fā)揮電學(xué)仿生刺激成骨功能，需進(jìn)一步提高其壓電性能。

由于所用無鉛壓電陶瓷壓電活性低，電刺激成骨量少，成為制約電學(xué)仿生設(shè)計(jì)生物材料研究及應(yīng)用的主要原因。植入體作為異物在體內(nèi)會(huì)使人發(fā)生感染，生物材料使用過程中引發(fā)的細(xì)菌性感染也是種植手術(shù)失敗的一個(gè)重要原因，與添加生長因子一樣存在缺少藥物治療和殺菌、抗病毒等功能單一的缺點(diǎn)。如果把具有誘骨功能，同時(shí)具備治療、殺菌、抗病毒作用的藥物引入可能有效解決這一問題。

煅制的礦物中藥自然銅是傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)中治療骨斷筋傷的最重要的藥物之一，促進(jìn)骨折愈合作用顯著，天然礦物中藥在750℃～900℃的條件下進(jìn)行米醋煅制后主要成份為Fe2O3和Fe3O4，同時(shí)伴有多種微量元素銅、鋅、錳等。我國學(xué)者研究自然銅在骨折愈合過程中的作用機(jī)理，認(rèn)為中藥自然銅可提供骨折愈合所必需的多種微量元素，使多種酶的活性增強(qiáng)，有助于骨基質(zhì)的形成和鈣鹽的沉積，促進(jìn)骨組織的形成。現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明：中藥自然銅具有促進(jìn)細(xì)胞增殖、分化作用，促進(jìn)體外培養(yǎng)成骨細(xì)胞類胰島素生長因子(IGF)的表達(dá)；此外，中藥自然銅還具有殺菌、抗病毒、無毒副作用和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，中藥自然銅作為誘骨材料代替生長因子用于骨修復(fù)具有一系列優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的骨修復(fù)材料存在的骨誘導(dǎo)性差、功能單一及價(jià)格昂貴的問題，而提供了一種鈦酸鉍鉀壓電陶瓷/自然銅復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明一種鈦酸鉍鉀壓電陶瓷/自然銅復(fù)合材料是由粒徑為50nm～200nm的鈦酸鉍鉀壓電陶瓷粉體和粒徑為100μm～500μm的自然銅粉體制成；其中，所述的自然銅粉體占鈦酸鉍鉀壓電陶瓷/自然銅復(fù)合材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～10%。

以下所述的KBT陶瓷粉體為鈦酸鉍鉀壓電陶瓷粉體的縮寫形式。

本發(fā)明一種鈦酸鉍鉀壓電陶瓷/自然銅復(fù)合材料制備方法，是按下述步驟實(shí)現(xiàn)的：

一、采用檸檬酸鹽水熱法制備KBT陶瓷粉體：