[發明專利]一種多孔生物壓電陶瓷及其制備方法

在審

• 申請號: 201611244671.8
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN107337469A
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 陳彩鳳;季駿;王安東;焦旭倫
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C04B38/10
• 分類號: C04B38/10;C04B35/495;C04B35/64
• 代理公司: 江蘇縱聯律師事務所32253
• 代理人: 蔡棟

技術領域

本發明涉及多孔生物壓電陶瓷材料的制備方法，具體為采用發泡法制備多孔鈮酸鋰鈉鉀(LNK)無鉛壓電陶瓷的一種新工藝。

背景技術

鈮酸鋰鈉鉀(LNK)無鉛壓電陶瓷由于其壓電性能優異、生物相容性好、組分均無毒性，在生物材料領域受到了越來越多的關注。但目前研究的生物壓電陶瓷大多數為致密性材料，存在不可避免的表面積小及骨細胞生長空間有限，骨組織不能長入等缺陷，與多孔結構相比其骨修復效率較低，另外研究表明具有多孔結構硬組織植入材料亦有利于細胞粘附生長、細胞外基質沉積、營養和氧氣進入、代謝產物排出，也有利于血管和神經長入，為骨組織長入提供了結構條件，有利于骨整合的形成。

目前，制備多孔陶瓷材料的方法主要有擠壓成型法、發泡法、有機泡沫浸漬法、添加造孔劑法、溶膠凝膠法等。表1列出了一些常用制備多孔陶瓷的工藝。如Colombot利用甲基羥基硅氧烷浸漬聚氨酯泡沫制備出了SiOC多孔陶瓷，孔徑在300-600μm。吳皆正用十二烷基磺酸鈉和碳酸鈣為發泡劑，以石英砂為原料，制成了氣孔率為35％-55％，孔徑分布窄的微米級多孔陶瓷。王建以萘粉為致孔劑，以β-磷酸三鈣和生物活性玻璃為主要原料制成了氣孔率為75％的多孔β-磷酸三鈣。Jin將正硅酸乙酯加入酚醛樹脂中進行水解，硝酸鎳作為孔調節劑，形成凝膠后經碳熱還原反應生成孔徑為10nm的介孔SiC陶瓷。

表1常用制備多孔陶瓷的工藝比較

以上方法能制備出各類多孔陶瓷材料，但是在制備工藝中均部分使用了高分子材料，此類高分子材料大多在使用中有刺激性味道，對人體會產生不適感，不適于用作醫用材料。例如十二烷基磺酸鈉在使用中就要避免吸入、避免與皮膚和眼睛接觸；萘粉為易揮發并有特殊氣味的多環烴晶體，萘會造成溶血性貧血、肝臟和神經系統損傷、白內障和視網膜出血等。

本發明不僅從材料源頭上杜絕了有毒物質，所采用的實驗原料均為無毒、無刺激性氣味，對人體的健康不會產生影響，而且將生物陶瓷設計成多孔型，并具有壓電性，這將開拓骨替代材料在醫學上更廣闊的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多孔生物壓電陶瓷及其制備方法，以使得制備得到的多孔生物壓電陶瓷壓電性能優異、孔洞分布均勻、孔洞大小適合細胞生長、生物相容性好。

為了解決以上技術問題，本發明使用無毒、無刺激性氣味、對人體無害的原料，采用發泡法、蛋白質類物質為發泡劑制備多孔LNK生物壓電陶瓷。蛋白質為高分子化合物，具有很高的表面活性。蛋白質中R基團決定了蛋白質能夠作為一種良好成型劑使用，這是由于在空氣-水界面上的蛋白質分子通過分子內和分子間氫鍵的作用形成穩定的二維網狀結構，從而使通過機械攪拌產生的氣泡能夠穩定地保留在陶瓷漿料中。另外蛋白質也是一種良好的穩泡劑和固化劑。這是由于蛋白質的特性，在高于一定溫度時，蛋白質就會發生凝固，從而促使整個多孔陶瓷漿料固化成型，并使得成型后陶瓷配體具有較高的強度。因此，蛋白質是一種綠色、兼具發泡、穩泡、固化為一體的發泡劑。

一種多孔生物壓電陶瓷的制備方法，其特征在于：采用天然蛋清為發泡劑、穩泡劑和固化劑，采用發泡法制備多孔鈮酸鋰鈉鉀(LNK)生物壓電陶瓷材料，具體包括以下步驟：

步驟一，預燒LNK粉末：以五氧化二鈮(Nb₂O₅)、碳酸鉀(K₂CO₃)、碳酸鈉(Na₂CO₃)、碳酸鋰(Li₂CO₃)為原料，按化學式(Li_0.06Na_0.5K_0.44)NbO₃配料后球磨，取出后預燒粉末；所述預燒制度為以3℃/min升溫至250℃，保溫30min；再以3℃/min升溫至600℃，保溫120min；然后以3℃/min升溫至890℃，保溫2h，得到預燒好的LNK陶瓷粉末；

步驟二，制備LNK陶瓷漿料：將預燒好的LNK陶瓷粉末、去離子水倒入球磨罐中，加入ZrO₂小球，球磨12h得到球磨后的LNK漿料，備用；LNK陶瓷粉末與ZrO₂小球的重量比為1:2；

步驟三，準備純凈的蛋清液：從新鮮雞蛋中提取蛋清，去除蛋清中雜物后磁力攪拌5min，除去上層的浮沫和雜質，獲得純凈的蛋清液，備用；

步驟四，發泡：在所述球磨后的LNK漿料中加入蛋清液作為發泡劑，磁力攪拌2h充分發泡，得發泡后的漿料；