[发明专利]表面由磷酸钙纳米粒子构建的多孔生物陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物陶瓷及其制备技术，特别涉及一种表面由磷酸钙纳米粒子构建的多孔生物陶瓷，以及该多孔生物陶瓷的制备方法，属于生物材料领域。

背景技术

因为和人体硬组织中的无机成分相似，磷酸钙，如羟基磷灰石，磷酸三钙，以及它们的组合物，一直成为硬组织修复重点关注的生物材料。而在具体使用中，例如用于骨缺损的填充，磷酸钙通常加工成为多孔的生物陶瓷。把磷酸钙加工成具有多孔结构的生物陶瓷，有利于骨组织长入孔隙，从而促进骨整合和骨再生。由于具有这些生物学性能，磷酸钙多孔生物陶瓷现在已经作为骨缺损修复材料广泛应用于临床。然而，因受制备方法的限制，目前应用的多孔磷酸钙生物陶瓷大都由直径通常大于1微米的磷酸钙颗粒构建而成的。另外，这些多孔生物陶瓷在微纳米尺度的表面缺乏纳米孔隙。因此，目前应用的多孔磷酸钙生物陶瓷的生物活性通常都很低。

为提高磷酸钙多孔生物陶瓷的生物活性，已经公开的专利“一种纳米多孔生物陶瓷的制备方法及装置”其申请号：200510021620.4报道了使用微波烧结的方法制备了具有纳米颗粒直径的多孔磷酸钙生物陶瓷。和传统的磷酸钙多孔生物陶瓷相比较，该纳米磷酸钙多孔生物陶瓷的生物活性有显著提高（Materials Science Engineering Report 2010, 70: 228-242），同时证实了纳米多孔生物陶瓷的优势。尽管如此，该专利报道的制备多孔纳米磷酸钙生物陶瓷的方法具有局限性。这些局限性主要体现在（1）必须使用微波烧结这一特殊设备，而这种设备目前也很难实现规模化生产；（2）对烧结温度的控制非常苛刻；（3）制备的纳米多孔磷酸钙生物陶瓷的力学强度低。

另一份已公开的专利“磷酸钙陶瓷表面形成类骨磷灰石层的方法”，其申请号：200410033613.1，该专利报道了使用模拟体液对生物陶瓷表面进行处理，使其表面形成与人体骨结构和无机成分相近的类骨磷灰石层。然而，由该方法制备的产品具有以下缺陷：（1）表面形成的新生成的类骨磷灰石片和基底陶瓷的结合很弱，极易和基底陶瓷分离而脱落。（2）这些多孔陶瓷在微纳米尺度的表面缺乏纳米孔隙。（3）表面形成的片状磷灰石层的生物学性能是未知的。

发明内容

本发明的目的是针对现有纳米磷酸钙多孔生物陶瓷所存在的缺陷以及其制备技术的不足，提供一种表面层由磷酸钙纳米粒子构建的多孔生物陶瓷及其制备方法。所述的制备方法是采用生物模拟矿化的过程在陶瓷表面生长形成磷酸钙纳米粒子，然后在高温焙烧除去有机成分而最终获得表面具有磷酸钙纳米粒子的多孔生物陶瓷；该多孔生物陶瓷表面由厚度为10-1000纳米的磷酸钙纳米粒子层构成，其中，构成纳米粒子层的磷酸钙纳米粒子的直径为10-100纳米。

为实现上述目的，本发明采用以下措施构成的技术方案来实现的。

本发明提供的表面由磷酸钙纳米粒子构建的多孔生物陶瓷的制备方法，其特征在于采用生物模拟矿化的过程在生物陶瓷表面生长形成磷酸钙纳米粒子，然后用高温焙烧除去有机成分来制备，其具体步骤如下：

在无菌条件下，将磷酸钙多孔生物陶瓷浸泡到含动物血清的浸泡液中，浸泡时间1-30天，然后取出，用清水冲洗干净，再将其干燥，最后在600-1000℃进行6小时焙烧，除去有机成分，即制得表面由磷酸钙纳米粒子构建的多孔生物陶瓷。

上述方案中，所述的动物血清在浸泡液中的百分比浓度为1-100%。

上述方案中，所述磷酸钙多孔生物陶瓷，其体积大小和含动物血清的浸泡液的体积比为1:1-1:50。

上述方案中，所述的动物血清是牛血清，或兔血清、或鸡血清，或狗血清，或猪血清，或马血清，或山羊血清，或驴血清。

上述方案中，所述磷酸钙多孔生物陶瓷的化学组成是羟基磷灰石，或是磷酸三钙，或是磷酸八钙，或是它们的组合物。

本发明依上述方法制备的表面由磷酸钙纳米粒子构建的多孔生物陶瓷，其特征在于该多孔生物陶瓷表面的磷酸钙纳米粒子的直径为10-100纳米。

上述方案中，所述表面由磷酸钙纳米粒子构建的多孔生物陶瓷，其表面的磷酸钙纳米粒子的化学组分，视其焙烧温度不同，其组分随着焙烧温度的上升逐渐从无定型磷酸钙纳米粒子向无定型/碳酸磷灰石到碳酸磷灰石的结构转变，或者向无定型/碳酸磷灰石/磷酸三钙到碳酸磷灰石/磷酸三钙的结构转变。

上述方案中，所述磷酸钙多孔生物陶瓷表面生长形成的磷酸钙纳米粒子，会在其表面形成一层磷酸钙纳米粒子层。