[发明专利]一种基于碳纤维为造孔剂和增强体制备多孔镁掺杂HA基复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种基于碳纤维为造孔剂和增强体制备多孔镁掺杂HA基复合材料的方法，依次对碳纤维进行酸处理和热处理，以T‑CF为造孔剂；在CF表面沉积一层Si保护涂层得到Si‑CF，以Si‑CF为增强体，再以Mg掺杂羟基磷灰石为基体，通过将一定比例T‑CF、Si‑CF和Mg‑HA均匀混合，使用模具成型得到短切T‑CF和Si‑CF与Mg‑HA混合坯体，然后通过低温造孔结合高温致密化烧结两步法获得多孔Si‑CF增强Mg‑HA复合材料。使用纤维造孔的方法制备出结构和孔隙率可控的微孔，通过Si‑CF有效提高多孔复合材料的强度和韧性等力学性能指标，所制备的多孔CF增强镁掺杂HA基复合材料中微孔结构有助于提供有效的营养物质以促进细胞响应。

技术领域

本发明属于医用生物陶瓷技术领域，具体涉及一种基于碳纤维为造孔剂和增强体制备多孔镁掺杂HA基复合材料的方法。

背景技术

随着科技的不断发展，人民生活水平的不断提高，人口老龄化问题也越发严重，随着年龄的增长伴随着相关的疾病与器官衰退问题接踵而来，人们更加重视自己的健康，这引起了医疗领域的进步，现在我们则是在治疗方法与生物医用材料相结合方面更加关注，目前生物医用材料的创新性研究主要在骨组织替代与修复领域，羟基磷灰石因其优异性能，引起了广泛的关注与研究。

羟基磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，HA)是自然骨的主要基质组成，具有优良的生物相容性、生物活性、骨传导性，是一种具有极大应用前景的骨移植修复材料。但致密HA植入人体后，骨板仅附着在HA表面，缺少促进组织向内部生长的大孔隙，而多孔体结构相比致密体有较大的比表面积，这可以加速新骨的生长和诱导新骨的形成，因此多孔HA生物陶瓷更适合于骨置换和骨缺损修复。研究显示，多孔HA生物陶瓷常被用于药物加载与释放、色谱分析、体内硬组织的替代等，其中应用最广泛的是骨缺损修复，如下颌骨重建、颅颌骨缺损修复等，但纯HA脆性大、强度低，抗折强度和断裂韧性指标均低于人体密质骨，且多孔结构也导致了力学性能的下降，这极大地限制了其在人体承重部位的应用。

针对上述问题，很多相关研究人员通过引入第二相与HA基体复合来改善纯HA陶瓷材料的综合力学性能。碳纤维(CF)因低密度、高比强度等优点作为一种增强效果较好地增强材料，引起了很多研究者的广泛关注。CF在基体中能够有效控制裂纹的产生和生长，较大幅度地提高和改善了复合材料的综合力学性能。但碳纤维的选择很大限制了造孔方法的选择，因此CF在增强多孔HA支架方面的研究还是很有限。

发明内容

针对现有多孔生物陶瓷力学性能不佳，多孔结构对材料性能影响不利的问题，本发明提供了一种基于碳纤维为造孔剂和增强体制备多孔镁掺杂HA基复合材料的方法，达到复合材料在烧结过程中除去造孔纤维的同时保证增强纤维质量损失低于15％，保证增强体的增强效果。

为达到上述目的，本发明所述一种基于碳纤维为造孔剂和增强体制备多孔镁掺杂HA基复合材料的方法，对碳纤维CF依次进行酸处理和热处理得到T-CF，以T-CF为造孔剂；在CF表面沉积一层Si保护涂层得到Si-CF；以Si-CF为增强体，以Mg掺杂羟基磷灰石为基体，将T-CF、Si-CF和Mg-HA均匀混合，压制成型得到短切T-CF和Si-CF与Mg-HA的混合坯体；然后通过造孔结和致密化烧结两步法获得多孔镁掺杂HA基复合材料。

进一步的，包括以下步骤：

步骤1、制备T-CF、Si-CF和Mg-HA，具体步骤为：

1)T-CF的制备

S1、将清洗除胶后的碳纤维CF进行混酸处理，混酸处理后的CF记为NHS-CF；将NHS-CF浸泡在碱性溶液中，反应设定时间后取清洗并干燥；

S2、将一部分混酸处理后的NHS-CF在550-650℃的条件下烧结1h-2h，烧结后的NHS-CF记为T-CF；