[发明专利]一种梯度多孔聚磷酸钙陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种梯度多孔聚磷酸钙陶瓷材料及其制备方法。本发明以磷酸二氢钙为原料，采用水洗干燥‑烧结的方法制备了聚磷酸钙前驱体，通过将制得的聚磷酸钙前驱体粉末和不同比例的致孔剂混合均匀，进行压制成型、干燥和烧结而制得梯度多孔聚磷酸钙陶瓷材料。梯度多孔聚磷酸钙陶瓷材料中致密层和小孔过渡层的存在提高陶瓷整体的抗压强度，而且还存在微孔与大孔并存更加有利于新骨的长入。

技术领域

本发明属于生物陶瓷材料技术领域，具体涉及一种梯度多孔聚磷酸钙陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

生物医用材料是用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料生物医用材料有助于提高人类的生活质量和寿命，但目前人口老龄化严重并且创伤增多，人们对生物医用材料特别是适用于骨组织工程的生物材料的需求越来越多，它的研究与开发已经成为医学研究的重点之一。

磷酸钙基生物材料与骨骼中的矿物有着相似的成分，并且具备较好的生物降解性，生物活性和骨传导性，可通过成型、烧结工艺制备成与骨结构相似的高强度功能性支架，植入材料降解后的钙磷产物可以作为原料被成骨细胞吸收用于新骨重建。因此，以羟基磷灰石(HA)、β-磷酸三钙(β-TCP)为代表的磷酸钙基陶瓷材料成为了生物医用材料的研究热点。

作为磷酸钙陶瓷中的一种，聚磷酸钙(CPP)具有良好的生物活性且细胞无毒性，具有可控的生物降解性，同时作为骨支架材料，CPP具有理想的机械性能，与骨形成很强的化学结合；在体液介质的作用下，CPP可发生部分降解，降解断链，释放出的能量可保证细胞活性需要，降解产物有磷酸盐，可溶性钙盐，以及游离钙，磷离子，这些产物有利于细胞的生长，同时被人体组织吸收利用，长出新的组织，且不会引起宿主周围组织的炎症反应，无细胞毒性，从而更好地产生骨传导作用。因此聚磷酸钙成为国内外学者重点研究的一种新型的骨组织工程修复材料。然而由于对CPP的聚合度、晶型转变的温度范围目前还存在分歧，目前国内外对CPP的制备主要采用“熔融→拉丝→水淬→烘干→乙醇湿磨→成型烧结”的制备工艺，容易对材料造成污染，造成纯度达不到医用级别；同时在制备过程中，聚合反应和晶型转变温度也难以控制，导致未能获得理想的材料性能，限制了CPP材料在临床研究和应用方面的开展。因此有必要对聚磷酸钙生物陶瓷进行更为深入系统的研究。

发明内容

针对上述现有技术的不足，发明人经过长期的技术与实践探索，以磷酸二氢钙为原料，采用水洗干燥-烧结的方法制备了聚磷酸钙前驱体，通过将制得的聚磷酸钙前驱体粉末和不同比例的致孔剂混合均匀，进行压制成型、干燥和烧结而制得梯度多孔聚磷酸钙陶瓷材料。梯度多孔聚磷酸钙陶瓷材料中致密层和小孔过渡层的存在提高陶瓷整体的抗压强度，而且还存在微孔与大孔并存更加有利于新骨的长入。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种梯度多孔聚磷酸钙陶瓷材料，所述陶瓷材料包括致密层(软骨钙化区)和疏松层(软骨下骨)，所述疏松层包括小孔过渡层和大孔层，其中小孔过渡层作为中间层分别与致密层和大孔层紧密贴合，且致密层、小孔过渡层和大孔层的孔径大小与孔隙率成梯度分布，所述陶瓷材料由聚磷酸钙制成，

进一步的，所述聚磷酸钙为β型聚磷酸钙；

进一步的，所述致密层厚度为200-700μm，进一步优选厚度为300-600μm，孔径大小为1-10μm；

所述疏松层中的小孔过渡层厚度为800-2000μm，进一步优选厚度为1000-1500μm，孔径大小为100-200μm；

所述疏松层中的大孔层厚度为3-7mm，进一步优选厚度为5-6mm，孔径大小为200-600μm；

所述的梯度多孔聚磷酸钙陶瓷孔隙率控制在59-65％。最优梯度多孔结构所需致孔剂的质量分数为:致密层/小孔过渡层/大孔层为0/30/35,孔隙率为64-65％。