[发明专利]含二氧化硅的磷酸钙生物活性陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含二氧化硅的磷酸钙生物活性陶瓷材料，是用于外科医疗手术中修复和填充骨组织缺损的新型无机生物材料。

背景技术

生物陶瓷经历了由惰性生物陶瓷如氧化铝和氧化锆陶瓷，到可降解生物陶瓷如磷酸三钙陶瓷，及具有生物活性的生物陶瓷如羟基磷灰石陶瓷的变化过程。近年来，随着再生医学研究和组织工程技术的发展，对生物材料的性能有了更高的要求，有学者提出了第三代生物材料的概念，认为新一代生物材料应该既具有生物活性，又可降解。研究发现，一些含硅的生物玻璃兼具有这两种特性，其生物活性体现在可以在模拟体液或体内环境中诱导形成类骨磷灰石，这种类骨磷灰石可以与骨组织形成健合。此外，研究显示这类生物玻璃材料具有促进细胞增殖和成骨基因表达的作用。但是，生物活性玻璃存在不易再加工成型，进一步热处理后会使生物活性和降解性发生变化等问题。在生物玻璃研究的基础上，研究了一系列钙-硅体系的硅酸盐陶瓷，证实了这类生物陶瓷具有良好的生物活性和降解性，其生物活性和降解性与其化学组成有密切的关系，细胞实验显示这类硅酸盐陶瓷也具有促进细胞增殖分化和骨组织再生的作用，有望成为新一代骨修复材料。

普通的磷酸钙陶瓷，如前所说，相比于其它生物活性材料如生物玻璃陶瓷来说，采用生物陶瓷植入体的不利之处便是它与骨骼之间的反应性较低，且与骨骼整合的速率也相对较低，这意味着病人需要更长的康复时间。

目前，为了改善生物陶瓷植入体内后，与骨骼之间的反应性较低，与骨骼整合的速率也较低的问题，借鉴生物玻璃因含硅元素而具有良好生物活性的特点，在其中添加硅元素来改善其临床性能，以增加其生物反应活性。目前合成含硅的羟基磷灰石有下列几种：一是采用将硅引入到磷灰石的晶格中，如合成羟基磷灰石后，直接涂敷正硅酸乙酯，然后进行煅烧；或者在羟基磷灰石固相反应中添加硅化合物，再一同煅烧的干法制备(Arcos D，Rodriguez-Carvajal J，Vallet-Regi M.Neutron scattering for the study ofimproved bone implants.Physica B，2004，350：607-610)；另外是在液相反应中直接加入正硅酸乙酯，一同反应后煅烧等湿、干法制备(Gibson I P，Best S M，Bonfield W. Chemicalcharacterize of silicon-substituted hydroxyapatite.J Biomed Mater Res，1 999.4：422-428)，其目的是为了让硅元素能够进入到羟基磷灰石的晶格中，从而使其晶格形成缺陷和歧化，提高其在植入生物体内的反应活性。但从整个制备过程来看，无论是湿法制备还是干法制备，为了让硅元素能够与磷灰石形成均相掺杂，应进行高温煅烧，以提高反应活性，但是制备出的羟基磷灰石粉体在干燥和煅烧过程中，会因团聚现象严重，晶体增粗增大，而与人体骨骼中的弱晶型纳米骨磷灰石结构相去甚远，降低了生物活性和界面反应活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含二氧化硅的磷酸钙生物活性陶瓷材料及其制备方法。

本发明提出的含二氧化硅的磷酸钙生物活性陶瓷材料是由表面包裹二氧化硅的纳米磷酸钙前驱物烧结而成。在制备过程中通过在纳米磷酸钙表面包裹二氧化硅，避免了纳米磷酸钙在干燥和煅烧过程纳米颗粒的长粗和直接团聚，保持了磷酸钙颗粒的纳米形态，提高了生物反应活性，兼具纳米磷酸钙和生物玻璃的优点，有望克服现有生物陶瓷材料晶体尺度和结晶度与天然骨磷灰石相差较大，反应活性差，而生物玻璃需多次高温煅烧，生物活性不稳定，而且加工性能差的缺点。

实现本发明目的的技术方案如下：

步骤一、纳米磷酸钙分散液的制备

将纳米磷酸钙前驱物用水洗净后，用水将纳米磷酸钙前驱物配制成纳米磷酸钙质量含量为2.5～25％的水分散液，备用；

步骤二、在纳米磷酸钙前驱物表面包裹二氧化硅

1)活性正硅酸溶液的制备

在搅拌状态下向二氧化硅含量为0.5～20％的硅酸钠水溶液中加入活化阳离子交换树脂，直至溶液pH值为9～11，然后过滤除去溶液中的阳离子交换树脂后，即得活性正硅酸溶液；

2)在纳米磷酸钙前驱物表面包裹二氧化硅