[发明专利]一种原位棒状晶自增韧多孔硅酸钙生物陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种原位棒状晶自增韧多孔硅酸钙生物陶瓷及其制备方法。所述多孔硅酸钙生物陶瓷具有均匀分布且部分连通的球形孔，孔径为88.94～148.20μm，孔隙率为13.34～53.46%；孔壁完全由棒状晶相互搭接形成互锁结构，所述棒状晶长度为3.20～7.20μm，直径为0.45～1.65μm，长径比为3.96～6.88。

技术领域

本发明涉及一种原位棒状晶自增韧多孔硅酸钙生物陶瓷及其制备方法，属于用于骨缺损修复的可降解生物支架的制备领域。

背景技术

骨修复技术是生物与医疗领域的一大研究热点。随着“生物活性”概念的提出，兼具生物可吸收性和生物可降解性的第三代生物材料在骨修复领域中受到了愈加广泛的重视。硅酸钙陶瓷能在体液环境或者体外模拟体液中诱导类骨羟基磷灰石层的形成，具有优良的生物活性，且其离子溶出速率高，降解速率快，降解产物还能诱导成骨细胞的增殖分化，因而是一种极为理想的骨修复材料。

由于烧结性能较差，利用普通烧结工艺制备的硅酸钙陶瓷致密化程度低，强度和韧性都无法与实际的人体骨相匹配。相应地，多孔硅酸钙生物陶瓷支架也存在本身的脆性和高孔隙率下的强度差等问题，离实际的临床应用还有很长一段距离。

提高多孔硅酸钙陶瓷强度的方法包括选择合适的烧结助剂、添加第二相增强等。例如潘颖等在专利：一种以非金属硼化物为烧结助剂硅酸钙生物陶瓷的制备方法(CN105218081A)中采用非金属硼化物作为烧结助剂获得高强度的致密硅酸钙材料。朱纪文等在专利：一种植入物增强3D打印骨初始强度的方法(CN112120833A)中就使用了聚乳酸丝作为增强材料。事实上，棒状晶增韧是一种更加有效的增韧补强方式，其可以通过载荷传递、弥散强化以及偏转效应、搭接效应等改善陶瓷材料的强度和韧性。棒状晶增韧陶瓷材料的制备主要包括外加棒状晶和原位生长棒状晶两种方法。然而前者容易出现棒状晶与基体物理、化学性质不匹配，界面结合性能差、棒状晶混合不均匀等多种问题，一定程度上限制了其应用。相较而言，原位棒状晶生长法可以大大改善外加棒状晶法的缺陷，具有极高的探索价值。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供了一种原位棒状晶自增韧多孔硅酸钙生物陶瓷及其制备方法。

第一方面，本发明提供了一种原位棒状晶自增韧多孔硅酸钙生物陶瓷，所述多孔硅酸钙生物陶瓷具有均匀分布且部分连通的球形孔，孔径为88.94～148.20μm，孔隙率为13.34～53.46％；孔壁完全由棒状晶相互搭接形成互锁结构，所述棒状晶长度为3.20～7.20μm，直径为0.45～1.65μm，长径比为3.96～6.88。这种棒状晶相互搭接形成的互锁结构能够提高多孔陶瓷的强度，最终获得6.58～119.38MPa的压缩强度值。

较佳地，所述多孔硅酸钙生物陶瓷由以硅酸钙为主相，以氧化硼和二氧化硅作为烧结助剂，以聚甲基丙烯酸甲酯微球为造孔剂组成；所述硅酸钙含量为52.78～79.17wt％，所述氧化硼含量为2.57～3.86wt％，所述二氧化硅含量为0.21～0.31wt％，所述聚甲基丙烯酸甲酯含量为16.67～44.44wt％，各组分质量百分比之和为100wt％。

氧化硼和二氧化硅复合烧结助剂的总含量能影响多孔陶瓷孔壁的致密化程度从而影响陶瓷的力学性能。含量过低时高温下形成的液相量较少，陶瓷未能完全烧结，致密化程度较低；含量过高时过多的低熔点液相容易蒸发从而在基体中留下气孔从而损害陶瓷壁的致密化程度。烧结助剂的相对含量则通过影响高温液相的粘度影响棒状晶的长径比。二氧化硅相对含量较高时高温液相粘度过高，传质速率较低，不利于棒状晶生长从而导致较低的长径比；二氧化硅相对含量过低时高温液相形成温度降低，在相同的烧结温度下会导致温度偏高，使得部分晶粒异常长大，长径比相应降低。造孔剂的含量影响多孔陶瓷球形大孔的数量与多孔陶瓷的孔隙率。造孔剂含量越高，多孔陶瓷孔隙率越高，球形孔数量增多，孔连通性增加。