[发明专利]一种偏磷酸钙多孔生物陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种偏磷酸钙多孔生物陶瓷的制备方法。

技术背景

目前，生物材料主要包括医用金属材料、陶瓷材料和医用高分子材料及其复合材料四大类 型。金属材料强度高而且易于加工成复杂形状，常见的医用金属材料包括钴-铬合金、钛合金 和不锈钢等等。医用高分子材料具有易降解的特点，包括天然衍生的壳聚糖、胶原、各种蛋 白质和人工合成的聚乳酸、聚乙烯、聚丙烯等各种聚合物。陶瓷材料兼有二者性质，常被用 作矫形植入体和牙科材料，典型代表有氧化铝、磷酸钙和生物玻璃。

偏磷酸钙(Calciummetaphosphate，CMP)具有优异的生物相容性、生物活性、生物可降 解性、骨传导性和骨诱导性等优点，作为骨缺损修复材料或骨替代材料而应用在骨组织工程 中。

研究表明【非专利参考文献1、2、3】：致密型生物陶瓷不利于材料在生物体内的降解，而 且其较高的烧成温度将会降低其生物活性；而多孔型生物陶瓷由于其多孔结构有利于体液和 细胞组织的长入，为骨缺损修复提供了有益的物理结构，而且巨大的比表面积可促进材料在 生物体内的降解。多孔生物陶瓷中的微孔结构更有利于体液的浸入和骨组织细胞的长入，对 骨缺损的修复和前期的固定提供了良好的物理支架。同时，由于孔是应力集中点，应力的诱 导会增加降解，并且孔隙率又增加了植入体的比表面积，为水和氧化介质等的环境因子提供 更多的断裂位点。作为骨骼替代物的多孔陶瓷，其孔隙体积容量、平均孔径尺寸和相互连接 通道尺寸不仅决定了它的力学性能，还决定了它的生物学性能。所以，为制造出具有优越性 能的骨替代材料，需要对这些参数实行精确地控制。因此，越来越多的研究集中于多孔生物 降解陶瓷的研究。

多孔陶瓷的制造方法层出不穷，且多孔陶瓷的结构和性能受其制备工艺所控制：如粉末烧 结法和浆料烧结法中的发泡工艺制得的多孔陶瓷多为闭孔结构；有机泡沫浸浆工艺制得的多 孔陶瓷则是完全连通的开孔结构，孔隙率高且孔径大；而溶胶-凝胶工艺最适合制备微孔陶瓷， 其孔径小且孔隙分布均匀【非专利参考文献4】。

尽管多孔生物陶瓷具有许多优良的生物性能，近数十年来一直受到人们密切的关注和广泛 的研究，但在应用过程中仍有许多问题需要解决【非专利参考文献5、6、7】：(1)单纯制备气 孔率高的多孔生物陶瓷并不困难，但要得到具有一定孔径分布和连通性以及三维结构的多孔 陶瓷，目前还需进行大量的探索与研究；(2)在植入体逐渐降解直至完全被新生自体组织取代 期间力学性能并不理想，无法为新生组织提供支撑；(3)需要改善多孔生物陶瓷的表面性质， 为细胞黏附、铺展和迁移提供良好的环境。

由于造孔剂法制备多孔陶瓷存在着造孔剂分散不均的缺点，以及由此可能引起材料的力学 性能缺陷。而原位法制备多孔陶瓷类似于造孔剂法，同样是通过造孔剂的分解、气化、挥发 等过程来形成多孔结构。但是原位自发泡法制备多孔陶瓷不需要外加造孔剂，而是通过材料 自身结晶水的分解产生气体形成多孔结构，是利用材料自身结晶水的分解产生气体，所以不 存在造孔剂分布不均匀以及造孔剂(有机物)受热分解产生有害气体等缺点，而且其气孔分 布均匀，因此不会因为孔的分布不均匀造成材料的力学性能缺陷。

但是目前对原位自发泡法制备多孔陶瓷的方法未有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种偏磷酸钙多孔生物陶瓷的制备方法，该方法是以磷酸与氧化钙 为初始反应物，采用等温结晶化学沉淀法，依据偏磷酸钙形成机理合成粒径为10μm以下的结 晶型一水磷酸二氢钙Ca(H₂PO₄)₂·H₂O(MCPM)粉体。再以MCPM粉体为制备偏磷酸钙多孔体的 原料，以控制粉体的合成条件和多孔体的制备工艺(如试样的成型压力、初期热处理的升温 速率)来制备偏磷酸钙多孔陶瓷。本发明是通过以下技术方案加以实现的，一种偏磷酸钙多 孔生物陶瓷的制备方法，包括以下过程。

1.一水磷酸二氢钙Ca(H₂PO₄)₂·H₂O(MCPM)粉体的制备

将Ca/Pmol比为0.5的氧化钙和磷酸以及纯净水分别加入容器中混合，混合溶液经充分搅拌 后，沉淀、干燥、粉碎备用，粉体粒径控制在100μm以下。

等温结晶化学沉淀法制备粉体的理论反应如方程式(1)所示。