[发明专利]一种基于干铺‑烧结技术制备的骨修复生物陶瓷支架材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物陶瓷支架材料的制备方法。

背景技术

目前，临床上通过移植人工骨的方法来治疗骨缺损病人已经变得十分普遍。不管人工骨来源于何种材料，其移植成功的关键在于术后移植骨内能否有正常的新生骨组织长入。其主要体现在：1、骨移植处是否产生足量的新生骨；2、在移植骨与正常骨组织连接处是否产生牢固的结合。值得注意的是，目前临床上大部分的骨移植都只能起到骨替代的作用，还无法让新生骨很好地长入移植物内并使之融为一体。这也意味着移植骨在患者体内存在着耗损、老化的风险。并且大段骨移植后骨折的愈合是个复杂的过程，其愈合时间的延长增加了植入物引起异物感染的几率，感染后则导致更大范围的假体周围骨溶解。那么，提高人工移植骨的成骨性能和骨融合率，也就意味着提高了整个骨移植手术的成功率。因此，如何提高人工骨组织材料的成骨性能和与骨融合率受到了广泛的关注。HA/ZrO₂复合材料在体内、外实验中显示出完全的生物相容性，在骨组织、肌肉组织界面没有不良反应，细胞毒性试验和溶血试验的反应是微弱的、可接受的）。因此，ZrO₂梯度复合HA组织工程骨为骨移植提供良好的替代材料。研究显示HA/ZrO₂致密复合材料，平均抗弯强度达898.67 MPa，最高可达1112.4MPa，KⅠC可达7.3-11.4 MPa.m^1/2，远超过人体自然骨强度。而致密体强度过大同时也带来应力遮蔽的问题。而将HA/ZrO₂致密体制成泡沫陶瓷材料后通过改变空隙率来调节其强度，得到力学性能最贴近自然骨结构的高仿真人工骨材料，这也是HA/ZrO₂泡沫陶瓷材料的最大优势所在。

HA具有与人体硬组织相似的化学成分结构，HA材料植入人体后，在体液的浸润下，会被部分降解并释放出人体所必需的钙、磷元素，并被组织吸收、利用，结合入新的组织，从而使HA和人体骨组织获得良好的结合。单纯HA作为支架材料存在强度低、韧性差、脱粒等缺陷。二氧化锆（ZrO₂）陶瓷材料正好具有较高的弯曲强度、断裂韧性和较低的弹性模量，并且ZrO₂也具有一定的生物相容性。用ZrO₂作为HA增强体后可获得力学性能和生物相容性俱佳的生物复合材料。而致密体强度过大同时也带来应力遮蔽的问题。

发明内容

本发明针对上述问题，本发明的目的提供一种基于干铺-烧结技术制备的骨修复生物陶瓷支架材料的制备方法，该方法制备的骨修复生物陶瓷支架材料孔隙率高，孔径大小合适，不仅使羟基磷灰石易于被降解吸收，而且骨组织易于长入，融合速度快，与宿主骨牢固结合，不会产生明显的异物反应，生物相容性好。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种基于干铺-烧结技术制备的骨修复生物陶瓷支架材料的制备方法，该方法包括以下的步骤：

1）聚氨酯泡沫模型材料预处理，提高材料的亲水性和粘附性能；

2）在聚氨酯泡沫模型材料上挂浆，所述的挂浆包括2~4次，第一次挂浆，浆料中ZrO₂粉体的质量百分比为55~70%；挂浆后置于室温下自然干燥；然后放入烘箱中，在 100~120℃条件下烘干，使水分质量分数降至1%以下；以后每次挂浆ZrO₂粉体的质量百分比相对于前一次挂浆减少1%~5%，挂浆后以相同的方法干燥并烘干；

3）上述挂浆后预制体试样采用了三段式烧结工艺进行烧结，烧结的步骤如下：

3.1）烘干阶段：在室温至90~110℃时，升温速度为2~3℃/min；

3.2）挥发阶段：在90~110℃至190~210℃时，控制升温速度，1~2℃/min，在190~210℃至490~510℃时，控制升温速度1~2℃/2min，升温至490~510℃时，保温1~1.5h，后升温到490~510℃至700~800℃时，控制升温速度为1~2℃/3min，升温至700~800℃后，保温1~1.5h，后升温到700~800℃至1200~1300℃时，控制升温速度为1~2℃/min；

3.3）高温焙烧阶段：后持续烧结温度保持在2~4℃/min，到达1500~1600℃的最高烧结温度后，再保温2~4h并随炉冷却，得到ZrO₂多孔生物骨修复支架；

4）采取两步法浸涂法涂覆梯度HA涂层；