[发明专利]一种纳米羟基磷灰石/聚合物复合骨替代材料的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明属于无机/有机生物复合材料制备技术，特别是一种利用羟基磷灰石溶胶中粒子的高度分散性和稳定性，获得的纳米羟基磷灰石/聚合物复合骨替代材料的制备方法。

【背景技术】

人骨是天然具有复杂分级结构和优异力学性能的纳米羟基磷灰石(n-HA)/胶原纤维复合材料。近年来，以仿生生物结构及功能为目标，围绕纳米羟基磷灰石与聚合物复合骨修复材料的研究已经成为热点。

综观国内外研究，所开发的复合材料各具特色，但也都存在一定的问题。如：早期开发的高分子量聚乙烯/HA复合材料，由于HA颗粒与聚合物分子间没有化学键合，HA的加入量较低，不仅力学性能不理想，而且也缺乏生物活性；将分子自组装技术与模拟生物矿化相结合，合成的多级微结构仿生的胶原/n-HA复合纳米人工骨，由于胶原基体的强度较低，使复合材料不能用于人体承重骨的替代。因此，一些强度高、塑性好，能与HA表面形成键合，并具有一定极性和亲水性的高分子聚合物被用作聚合物/n-HA复合生物活性材料的增韧体。如多聚糖、聚乳酸、聚ε己内脂、聚二甲基硅氧烷及聚酰胺(PA66)等，可与n-HA因化学键合、氢键连接和电荷吸引而紧密结合。这类复合材料的制备大多以干燥的羟基磷灰石粉末或羟基磷灰石浆料为原料，而纳米尺度HA极大的比表面积和很高的比表面能，使其在制备和后处理过程中极易发生粒子凝并、团聚，形成二次粒子，改变n-HA颗粒的原始尺寸和形态，使其在高分子基体中分布不均匀，而且表面活性能降低，与高分子的结合力下降。这也成为复合材料制备中普遍存在及亟待解决的关键问题之一。

本发明制备n-HA非水溶胶并与聚合物在液态下共混反应，利用溶胶中n-HA粒子的高度分散性，使其均匀分布于聚合物基体中并形成化学键和，得到n-HA/聚合物仿生骨修复材料。这种方法和所制备的材料国内外尚未见报道。

【发明内容】

本发明的目的是为了克服现有纳米无机/有机复合材料制备技术的不足，而提供一种纳米羟基磷灰石/聚合物复合骨替代材料的制备方法，该方法通过将羟基磷灰石溶胶与聚合物共混，制备n-HA在聚合物基体中均匀分布，并良好键合的生物复合材料，用于人体承重骨的替代。

本发明为解决上述问题所采用的方案是设计一种纳米羟基磷灰石/聚合物复合骨替代材料的制备方法。其特征在于包括下述步骤：

(1)按照3-6g/ml的比例将聚合物溶解在有机溶剂中；

(2)按重量比1∶1取n-HA非水溶胶，在70-90℃温度下，与聚合物有机溶液搅拌共混3-5h，在搅拌力场作用下，使n-HA颗粒在聚合物中均匀分布并产生化学键合；

(3)将制备的共混液用5000-10000r/min的速度将产物离心10min以上，使沉降物与上层液分离；

(4)沉降物用去离子水和乙醇反复清洗各4-6次，将产物在40-70℃温度下干燥24小时；

(5)用常规热压成型机在250-300℃温度下压制干燥复合粉体，得到n-HA/聚合物复合材料。

本发明的优越性在于：采用的羟基磷灰石为溶胶态，具有高分散性和稳定性的优异性能，由此制备的复合材料中羟基磷灰石为纳米尺寸，能均匀分布在聚合物基体中，且由于高的表面活性可以与聚合物形成强的化学键和，不但具备高的拉伸和弯曲强度及适宜的弹性模量等力学性能，而且保证材料有良好的生物相容性，满足临床对人体承重骨修复材料的使用要求。且制备的复合材料的性能指标达到：(1)材料的压缩强度：150-200MPa；弯曲强度：250-300MPa；拉伸强度：150-200MPa；弹性模量：15-20Gpa。(2)在模拟体液中浸泡不同时期(最长50周)，各力学性能指标下降不超过10-20％。(3)材料的细胞毒性等级为0级，细胞增殖率与纯HA相当。

【附图说明】

图1为纳米羟基磷灰石/聚合物复合骨替代材料中羟基磷灰石棒状颗粒在聚合物基体中排列结构示意图。

以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

【具体实施方式】

本发明制备的复合骨替代材料以羟基磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)非水溶胶与聚合物(如PA66或PU)有机溶液为原料，采用共混、离心、清洗、干燥、热压成型制备生物复合材料，材料中羟基磷灰石为直径10-15nm长100-200nm棒状颗粒，均匀分布在聚合物基体中，使力学性能指标大大优化，即从成分、性能上实现对自然骨的仿生。

本发明将纳米羟基磷灰石溶胶与聚合物共混制备生物复合材料的方法，通常包括以下步骤：