[发明专利]一种生物玻璃纤维增强羟基磷灰石多孔复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医学材料的制备，涉及一种生物玻璃纤维增强羟基磷灰石多孔复合材料的制备方法。采用本发明制备的生物玻璃纤维增强羟基磷灰石多孔复合材料适用作优良的人体骨修复材料与骨组织工程支架材料。

背景技术

随着社会人口老龄化、运动普及和交通事故增加，患有各类临床骨科疾病和创伤的病人数量日益增多，人们对人体硬组织修复材料（如人造骨）的需求日益增大。羟基磷灰石(化学式：Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂）与人体骨骼的无机质成分和晶体结构相似，具有优良生物活性和生物相容性，被认为是当前最具有代表性、研究最为活跃的生物活性陶瓷之一，可作为人体骨修复材料和骨组织工程支架材料，广泛应用于骨科、牙科和颅面修复等临床领域。

多孔羟基磷灰石陶瓷，除了具有一般生物活性陶瓷优点外，由于自身具有多孔结构，因此更适合于人体骨缺损修复。多孔羟基磷灰石陶瓷内部存在的宏观和微观的贯通性孔隙结构能够促进骨组织的长入和骨组织之间交叉结合，从而形成更加稳固的植入体-骨界面。其次，多孔羟基磷灰石陶瓷孔隙结构不仅可为体液微循环、氧气和营养物质供给以及代谢产物排出提供良好微环境，还可作为装载、释放基因和药物的优良载体。此外，多孔羟基磷灰石陶瓷还能在骨组织重建和再生过程中充当骨组织工程支架材料。因此，多孔羟基磷灰石陶瓷作为一种性能优良骨修复和骨组织工程支架材料，在生物医学材料领域引起了世界各国研究者广泛关注。

然而，多孔羟基磷灰石陶瓷的抗弯强度和断裂韧性较低，导致其在生理环境下抗疲劳能力较差，从而限制其在人体承力部位的硬组织替换和修复。因此，如何提高多孔羟基磷灰石陶瓷力学强度一直是生物医学陶瓷领域研究热点和难点之一。现有技术中，国内外研究者主要采用二氧化锆、氧化铝、碳纤维、银、钛、钛-铁颗粒和聚甲基丙烯酸甲酯等增强羟基磷灰石陶瓷。然而，上述增强体均为生物惰性材料，不具有生物活性，植入体内后不能与骨组织之间形成牢固化学键性结合，从而降低了植入体-骨界面的稳固性。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种生物玻璃纤维增强羟基磷灰石多孔复合材料的制备方法；本发明方法采用生物玻璃纤维作为增强材料，羟基磷灰石作为基体材料，过氧化氢作为造孔剂，聚乙二醇和甲基纤维素作为粘结剂，通过配方设计和微波辅助造孔技术，采用常压烧结法制备一种高质量的生物玻璃纤维增强羟基磷灰石多孔复合材料；本发明方法制备的多孔复合材料不仅具有能够为骨生长、基因和药物装载与释放提供一个良好微环境的贯通性孔隙结构，还具有优良的生物活性和力学性能，可以作为一种优良的人体骨修复材料以及骨组织工程支架材料。

本发明的内容是：一种生物玻璃纤维增强羟基磷灰石多孔复合材料的制备方法，其特征是由以下步骤完成：

a、制备生物玻璃纤维：

按照二氧化硅：氧化钙：碳酸钠：五氧化二磷为（35～65）：（15～55）：（5～50）：（1～10）的摩尔比称量取各组分原料，均匀混合后的混合料加入至铂坩埚，以2.5～20℃/min的加热速度升温至1100～1600℃对混合料进行高温处理2～6小时，将高温处理后的混合料快速倒入去离子水中进行水淬，将水淬形成的固体物滤出，置于在50～70℃的温度烘干12～24小时，即制得生物玻璃，备用；将制得的生物玻璃放入带漏孔铂坩埚中，以2.5～20℃/min的加热速度升温至1200～1500℃对生物玻璃进行熔融处理2～4小时，将铂坩埚的漏孔处的熔融态生物玻璃引丝到旋转的绕丝筒上进行拉丝处理，在绕丝筒上即获得生物玻璃纤维；

b、制备羟基磷灰石：

按钙：磷为1.67：1的摩尔比取硝酸钙和磷酸氢二铵，将硝酸钙配制成摩尔浓度为0.3～2.8mol/L的硝酸钙水溶液、将磷酸氢二铵配制成摩尔浓度为0.3～3.2mol/L的磷酸氢二铵水溶液；在（不断）搅拌下，将磷酸氢二铵水溶液以3～20ml/min的速率滴加到硝酸钙水溶液中进行反应、得反应液，然后再将质量百分比浓度为5%～25％的氨水滴加到反应液中，控制反应液pH值为8～11，保持反应温度在40～95℃，滴加完后（并待完全反应后），静置3～20分钟，陈化（即放置）处理12～36小时，即制得羟基磷灰石浆料，将该浆料经去离子水清洗至pH值为7～7.2后、再置于50～70℃的温度下烘干12～24小时、得烘干后物料，按烘干后物料∶研磨球为1∶1.5～3.5的质量比，采用行星式球磨机将烘干后物料研磨12～24小时，即制得羟基磷灰石；