[发明专利]生物活性陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的具有生物活性的磷酸二正硅酸钙（Ca₇Si₂P₂O₁₆）陶瓷材料的制备及用途，属生物材料领域。

背景技术

人体硬组织骨和牙的主要无机矿化成分是磷灰石，为了模拟人体硬组织成分，在硬组织修复中，临床上大多使用了磷酸钙类生物活性陶瓷，主要包括羟基磷灰石和β-磷酸三钙陶瓷。研究表明，磷酸钙类生物陶瓷具有较好的生物活性和相容性，但是近来，越来越多的研究发现羟基磷灰石和β-磷酸三钙陶瓷的降解性偏慢，对于组织细胞也没有明显的促进作用。硅元素是人体的一个重要元素，据报道硅元素能够促进骨的早期发育和矿化。硅酸盐生物活性陶瓷的研究在过去几年已经成了一个研究热点。研究发现硅酸盐生物活性陶瓷释放的含Si的离子产物能够促进多种干细胞的成骨分化。为此，有很多研究利用硅掺杂磷酸钙陶瓷来提高生物活性，但因为掺杂量有限，不能根本上解决磷酸钙类陶瓷的降解性偏慢的问题。因此，如果能直接制备含Ca-Si-P的纯相生物活性陶瓷将能够进一步提高其理化性能和生物活性。

而磷酸二正硅酸钙是一种含有Ca、Si和P的三元组分的化合物，先前还没有文献报道其化学合成以及用于硬组织修复的研究，因此，磷酸二正硅酸钙陶瓷作为生物材料的研究与应用具有一定的意义。

溶胶－凝胶法合成组成比较复杂的磷酸二正硅酸钙粉体材料，具有工艺比较简单，条件易于控制等优点。而磷酸二正硅酸钙生物活性陶瓷用作人体硬组织修复和植入材料具有良好的生物活性，在模拟体液中有良好诱导磷灰石矿化的能力，同时能够促进牙周膜细胞和骨髓基质干细胞的成骨分化。因此，本发明制备了磷酸二正硅酸钙陶瓷用作生物材料具有很强的实用意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的生物陶瓷材料，其中包括的生物活性陶瓷成份的化学组成为磷酸二正硅酸钙（Ca₇Si₂P₂O₁₆）。

本发明的磷酸二正硅酸钙陶瓷能够支持骨髓基质干细胞的贴壁和增殖。相对于传统的β-磷酸三钙陶瓷，更能促进骨髓基质干细胞的成骨分化，而且，磷酸二正硅酸钙陶瓷具有比β-磷酸三钙陶瓷更快的降解性。因此，磷酸二正硅酸钙陶瓷是一种潜在的生物活性陶瓷，可用作硬组织修复和植入材料。

本发明还提供一种生物陶瓷材料的制备方法，包括利用溶胶－凝胶法合成纯的Ca₇Si₂P₂O₁₆粉体的工序A；在Ca₇Si₂P₂O₁₆粉体中加入聚乙烯醇造粒、干压成型得坯体、高温煅烧坯体得到Ca₇Si₂P₂O₁₆生物陶瓷材料的工序B。

溶胶－凝胶法可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性，在形成凝胶时，反应物之间是在分子水平上被均匀地混合。与固相反应相比，化学反应容易进行，而且仅需要较低的合成温度。本发明利用溶胶－凝胶法合成化学组成比较复杂的磷酸二正硅酸钙，具有工艺比较简单，条件易于控制等优点。

优选地，工序A包括采用正硅酸乙酯为Si源原材料使之充分水解的工序A1；依次加入化学计量比的磷酸三乙酯和硝酸钙制得干凝胶的工序A2；将干凝胶在一定温度下煅烧得纯的Ca₇Si₂P₂O₁₆、球磨得粉体的工序A3。

优选地，在工序A1中正硅酸乙酯与水的摩尔比为1：(5~8)。

优选地，在工序A1中调节正硅酸乙酯水溶液的pH值为2~4。

优选地，使用硝酸调节所述水溶液的pH值为2~4。

优选地，在工序A3中于1300~1550℃煅烧干凝胶3~5小时得纯的Ca₇Si₂P₂O₁₆。 

优选地，在工序B中干压成型是先在10~20MPa干压Ca₇Si₂P₂O₁₆粉体与粘合相材料的混合物成坯体，并使所述坯体于200MPa下冷等静压处理。