[发明专利]硅酸钙纳米线/羟基磷灰石纳米颗粒复合粉体及其制备方法

说明书

技术领域

两步化学沉淀与水热相结合的方法制备硅酸钙/羟基磷灰石纳米复合粉体方法， 属生物医用材料领域。

背景技术

无机生物医用硬组织修复和替换材料方面主要有钙-磷基生物材料和钙-硅基生 物材料。其中钙-磷基生物材料研究已经有很长的历史。过去的研究发现在钙-磷基材 料中羟基磷灰石具有较好的生物活性，但降解性差；此外，力学强度也较低，限制了 临床使用范围。近年来钙-硅基生物材料如生物活性玻璃和硅酸钙类材料则由于其优良 的生物活性和降解性而越来越受到重视。除了材料的组成之外，材料的结构、复合材 料的微观结构、复合方式和复合均匀性也很大程度上影响材料的强度、生物活性，从 而直接影响到材料的临床应用。

20世纪80年代日本的Kokubo等人(J.Mater.Sci.，1986，21：536)研究出 的A-W玻璃是一种在玻璃相中析出磷灰石和硅酸钙两种晶相的玻璃陶瓷。该材料具有 较好的机械力学性能和生物活性但不能降解。Kokubo等人的研究也证实，在模拟体液 中CaO-SiO₂基玻璃表面能形成类骨羟基磷灰石层，而CaO-P₂O₅基玻璃表面没有类骨羟 基磷灰石形成。Punnama等人(J.Biomed.Mater.Res.，2000，52：30)首次制备 了致密的硅酸钙生物陶瓷，并发现在模拟体液中硅酸钙陶瓷表面类骨羟基磷灰石的形 成速度非常快，具有非常好的生物活性。本申请的发明人的先前研究也表明硅酸钙生 物材料具有良好的生物活性、降解性和力学强度，并可以制成适合于组织损伤修复用 的多孔硅酸钙生物陶瓷(中国专利号：ZL02137248.9)。类骨羟基磷灰石的形成有利于 促进生物材料的骨传导和骨再生，并促进材料同软/硬组织形成紧密的化学键合作用。 此外，硅酸钙组分在降解过程中释放出的硅离子还可以激活细胞、并刺激骨细胞增殖 和分化的基因表达作用(Biomaterials 2004，25：2941)。因此，采用硅酸钙作为复 合相，将会调节羟基磷灰石生物陶瓷材料的降解性。此外，硅酸钙材料，尤其是纤维 状硅酸钙粉体被广泛用做陶瓷和高分子材料的力学增强相。因此，硅酸钙纳米线除了 具有良好的生物活性和降解性外，还因其优良的力学性能将有望作为力学增强相用于 增强羟基磷灰石生物陶瓷的力学性能。

目前，复合陶瓷粉体的常规的一种制备方法是：先制备出各种单一组成的陶瓷粉 体；之后，按设计比例将不同的粉体混合并应用机械球磨的方法进行混料，从而制备 出复合陶瓷粉体。这种机械球磨混料的方法虽然工艺简单，但致命缺点是：首先，要 制备出不同的单一陶瓷粉体，每种单一的陶瓷粉体的制备过程都需要复杂、繁琐的洗 涤、过滤、干燥、煅烧等工艺；其次应用机械球磨混料法必须引入球磨介质，通常的 球磨介质是氧化铝或氧化锆等物质，因此球磨混料过程中极易引入作为球磨介质的杂 质，而生物材料领域对材料的纯度要求又非常高，所以，球磨混合工艺是一种非理想 的制备生物材料的工艺技术，而且球磨法得到的复合粉体的复合程度通常不是非常均 匀。所以，由于粉体的复合程度不均匀、烧结活性不好、烧结过程中温度过高导致的 相变等原因，导致制备得到的复合陶瓷的力学强度不好，影响了更广泛的临床应用， 特别是在力学承载要求较高的场合下受到限制等缺点。

纳米复合粉体由于具有晶粒细小、比表面积大，其烧结活性比常规的微米和亚微 米尺度的复合粉体好得多，容易得到致密的、且晶粒细小的陶瓷材料。研究表明，高 强度的陶瓷材料基本要求是高密度和细晶粒。因此应用纳米粉体作为烧结体的起始粉 体，有可能获得较好力学强度的陶瓷材料。可见，开发一种工艺技术简单、成本低廉、 分散均匀和烧结活性良好的方法制备硅酸钙/羟基磷灰石纳米复合粉体，并控制复合粉 体中硅酸钙纳米线的形貌和分散性，并且可以容易地调控材料的复合比例、从而改善 粉体的烧结行为和力学性能的工艺技术具有非常重要的意义。从而构思出本发明的目 的，以克服上面所述的常规通用的机械球磨混料方法的缺点。

发明内容

本发明的第一目的在于通过优化工艺提供一种新的优良力学性能、生物活性和降 解性的，且力学强度、生物活性和降解性可控的硅酸钙纳米线/羟基磷灰石纳米颗粒复 合粉体。

本发明的第二目的在于提供硅酸钙纳米线/羟基磷灰石纳米颗粒复合粉体的制备 方法。