[发明专利]一种用于等离子热喷涂的结构尺寸可控的羟基磷灰石粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于热喷涂的羟基磷灰石粉末的制备方法，具体涉及一种粒径分布、粉体结构均可控的羟基磷灰石粉末的制备方法，属于生物材料制备领域。

背景技术

羟基磷灰石的结构和成分与人体和动物骨骼及牙齿中的主要无机部分类似，具有优良的生物活性和生物相容性；目前，其作为种植体的生物活性涂层以及骨缺损填充材料已被广泛应用于牙科、骨科、整形外科等的临床手术中。

经过20多年的发展，等离子喷涂制备羟基磷灰石涂层技术已成功地应用于临床，这项技术是目前美国食品药品管理局（FDA）唯一指定的可用于制备HA涂层的技术，在人体硬组织的缺损修复和重建治疗中得以广泛应用。目前等离子喷涂羟基磷灰石涂层所面临的主要问题是由于等离子喷涂过程中焰流温度高，极易造成喷涂过程中羟基磷灰石发生分解以及沉积时形成的非晶相。在众多磷酸钙组成相中，结晶态HA在体液中的稳定性是最高的，而非晶态（ACP）在体液中的溶解速度远高于TCP、TTCP等分解相。ISO13779-2:2000《外科植入物羟基磷灰石第二部分：羟基磷灰石涂层》规定：羟基磷灰石结晶相含量不少于45%，其他结晶相允许的最大含量为5%。

大量实验和研究表明，喷涂HA粉末的粉体尺寸与结构将直接决定涂层中非晶相的含量及其分布。因为等离子体焰流温度极高，被加热的HA颗粒由内而外熔化程度有较为明显的不同。要保证粒子芯部被熔化，势必造成粒子外层过热，涂层内形成大量HA的分解相和非晶相，并且造成涂层组分和和化学成分的不均匀。。一般来说，较高的喷涂功率易造成涂层非晶相增多，而较低喷涂功率使得颗粒熔化状态不良，粉末沉积率低，涂层力学性能差，为此制备一种空心HA粉末，通过控制粉末空心程度，在相对较低的热输出条件下，能使空心粉末均匀熔化而表面不被过度加热，也可解决热喷涂HA涂层常见的成分不均匀的问题。

喷雾干燥法是制备团聚型热喷涂粉末的主要方法，采用此方法制备的热喷涂粉末结构均匀，流动性好，利于提高粉末沉积率和涂层性能。在现有检索到的文献中，US5858318公开了一种由气动式喷雾干燥法制备羟基磷灰石微球的方法，通过用稀盐酸和氨水调节原始料浆的PH值，防止料浆发生絮凝，再进行喷雾干燥，通过改变料浆的浓度和粘度以及喷雾干燥参数，得到了不同形貌的HA微球（实心球、空心球、油炸圈型微球），同时该专利给出了HA微球粒径分布与料浆的性质（浓度、粘度）和喷雾干燥工艺（压缩空气压强等）之间的关系。但采用这种方法，需要严格控制原始料浆的浓度，否则很难获得羟基磷灰石空心微球，并且所得产品中羟基磷灰石的空心率较低。CN1903706A公开了一种羟基磷灰石空心微球的制备方法，采用化学沉淀法制备羟基磷灰石料浆，并加入造孔剂碳酸氢铵（NH₄HCO₃）进行喷雾干燥，得到由纳米晶粒组成的羟基磷灰石空心微球，但没有说明造孔剂含量对粉末空心率的影响。CN1597610A用等离子球化的方法将羟基磷灰石多孔微球喷入冰水混合物中，得到了一种中央空心，球壁多孔的羟基磷灰石空心微球，用该种方法制备的羟基磷灰石粉末结晶度低。上述两种方法均未涉如何控制空心微球的壁厚，其主要应用于药物缓释载体、骨缺损，填充物等领域。CN102807202A用DNA模板法通过水热反应制备了羟基磷灰石空心微球，通过改变DNA的加入量，可以有效调节羟基磷灰石空心球的空腔大小，但模板法效率低，很难实现大规模生产。本发明公开了一种可用于热喷涂的羟基磷灰石粉末的制备方法，所制备的粉末具有粒径大小可控、空心程度可调、结晶度较高等特征，从原材料制备环节达到对涂层组织调控的目的，满足植入体在人体服役的实际需要。

发明内容

针对热喷涂羟基磷灰石涂层对原材料的实际要求，本发明的目的在于提供一种新型、简单的热喷涂用羟基磷灰石粉末的制备方法。