[发明专利]镁与多孔β-磷酸钙复合材料的制备方法及真空吸铸仪

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种复合材料，特别是一种可降解Mg或Mg合金与多孔生物陶瓷的复合材料。

背景技术

骨组织工程是组织工程研究中的热点，对骨组织工程支架材料的研究也在不断深入。目前研究较多的材料主要有可降解聚合物和磷酸钙基生物活性陶瓷材料。可降解聚合物主要有聚乳酸(PLA)和聚羟基乙酸(PGA)等，其性质稳定，可塑性及重复性良好，但强度和刚度低，组织相容性差，降解产物会引起严重的炎症反应。可吸收磷酸钙生物陶瓷对人体无毒、无免疫反应，具有良好的生物相容性、生物活性、骨传导甚至骨诱导作用，植入机体后利于骨组织的生长，因此磷酸钙生物陶瓷在骨组织工程研究中得到广泛的应用。其中β-磷酸钙(β-TCP)具有良好的生物降解性，其钙磷质量比为1.5，与正常骨组织接近，而且多孔β-TCP还可以提供大的比表面积，有利于细胞的增殖、分化和代谢，将其植入生物机体中，降解下来的Ca，P进入活体循环系统，对形成新生骨有一定的促进作用。因此，普遍认为β-TCP是一种较理想的骨组织工程无机支架材料，具有诱人的应用前景。但是，由于多孔β-TCP的强度较低，韧性太低，使其在骨缺损修复方面的应用受到一定的限制。众多学者为了提高多孔β-TCP的力学性能，在其内部掺杂金属、陶瓷相、高分子材料，或者在多孔β-TCP表面制备涂层，如此形成各种各样的复合材料，但是改善的幅度均比较小。致密的β-TCP可提高机械强度，但生物活性发挥缓慢，不利于新生骨的形成。

Mg具有较低的弹性模量，适当的强度，优异的生物相容性及可降解性等优良特性，是具有临床应用前景的一种新型金属材料。Mg是细胞新陈代谢中各种酶系统的重要活化剂，能够激活许多重要酶类。Mg可以促进新骨组织的生长，Mg以一定速率降解时不会对人体产生不良影响。因此Mg对于调节细胞的生长和维持膜结构有重要作用。同时，Mg在含有氯离子的溶液(如人体体液)中易生成Mg离子被周围肌体组织吸收或通过体液排出体外，因此Mg可以被人体体液完全降解。Mg合金是最轻的结构材料之一，其密度在1.74g/cm³左右，与人骨密度(1.75g/cm³)相当，且具有高的比强度和比刚度。然而由于Mg在体内的降解作用，会改变细胞周围的微环境，可能会引起对细胞的毒性作用，同时，Mg合金在体内降解速度过快的问题也尚待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能大大节省制备时间，工艺简单，不需要复杂的设备；制得的复合材料具有很好的机械稳定性和机械强度，植入机体后有利于骨的修复的镁与多孔β-磷酸钙复合材料的制备方法。本发明的目的还在于提供一种用于制备镁与多孔β-磷酸钙复合材料的真空吸铸仪。

本发明的目的是这样实现的：

(1)β-磷酸钙浆料的制备：在60℃水浴，设定Ca/P＝1.48，pH＝8搅拌条件下将0.3mol/L的磷酸氢二铵((NH₄)₂HPO₄)溶液以2～3ml/min的速度滴入0.4mol/L的硝酸钙(Ca(NO₃)₂·4H₂O)溶液中，待滴定完毕后在60℃保温1h，再加热到95℃～98℃保温2h后继续搅拌至自然冷却，静置，自然沉降，倒掉上层清液得到β-磷酸钙溶液，再加入2％的聚乙二醇搅拌直至没有气泡产生，继续搅拌且升温到95℃后加入8％的聚乙烯醇，待搅拌均匀后自然冷却到室温，形成β-磷酸钙浆料；

(2)聚氨酯泡沫的预处理：将聚氨酯泡沫用无水乙醇清洗干净并超声波处理20min后干燥，然后将聚氨酯泡沫先放入2mol/L的盐酸溶液中浸泡搅拌48h，洗涤，干燥；再放入5％的氢氧化钠溶液中浸泡搅拌48h，洗涤，干燥；

(3)多孔β-磷酸钙预制体的制备：将经过预处理的聚氨酯泡沫放入β-磷酸钙浆料中，经过浸渍-挤压的多次处理后得到均匀的涂覆层，于60℃干燥箱内干燥24h后在热处理炉内烧结，烧结条件为：以0.8℃/min的升温速率将预制体升温到600℃保温60min，然后以5℃/min的速度升温到1150℃，并保温5h后以5℃/min的冷速冷至室温；

(4)Mg或Mg合金与多孔β-磷酸钙复合材料的制备，真空吸铸仪上进行，具体过程为：

①Mg或Mg合金的熔炼：将Mg或Mg合金熔化，覆盖剂保护，在680℃～720℃下保温，待用；

②真空系统预抽气：开启真空泵，打开真空系统抽气阀，将真空系统预抽气到-0.08～0.07MPa后关闭真空泵及真空系统抽气阀；