[发明专利]一种聚合钛纤维增强多孔镁基医用材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合钛纤维增强多孔镁基医用材料的制备方法，属于医用材料制备领域。

背景技术

生物医用金属材料在生物骨组织替换中表现出良好的力学性能。但是，由于它在生物体内受体液腐蚀严重，某些游离出的金属离子对生物体有毒性，生物相容性不佳，仍不能成为理想的骨替换材料。

金属镁的弹性模量与生物骨较为接近，镁离子是生物体所需离子，但金属镁的活性高，在生物体内受体液腐蚀更为严重。羟基磷灰石是一种生物相容性优良的骨修复和替换材料，植入生物体后可以与生物骨结合为一体，但陶瓷的脆性限制了其在骨组织替换中的应用。

传统单一型生物医用材料，如金属材料、陶瓷材料、高分子材料在生物体中都有应用，但作为骨替代材料，都有其局限性。生物医用金属材料在生物体内容易发生腐蚀，许多金属离子对人体有害，金属屑会引起周围生物组织发生变化，另外，金属元素向各种器官转移，引起组织变态反应等问题。生物医用陶瓷材料的脆性决定了它的使用范围，高分子材料的强度不高，也限制了它在骨替代尤其是承重骨替代材料上的使用。

人造结构材料往往追求高致密固体，但自然界却往往选用胞状材料作为大型生物或植物的构体。天然骨由同心圆排列的骨板与哈佛系统构成，外层为致密的皮质骨，内层为疏松多孔的松质骨。成熟骨的主要部分是由羟基磷灰石晶体紧密地嵌入胶原基体中构成的，因此可能把骨看成一个在基体中含有晶体的双相复合材料。故自然骨也是一种复合材料，不过其各相成分在结晶形态、有序取向、空间分布等有更精细的组织结构。根据天然骨的特点，骨缺损材料应该具有非均质多孔连通梯度结构。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对目前传统多孔镁基医用材料由于镁的高活性，容易受到生物体液的腐蚀，游离出的镁离子对生物体有毒性，生物相容性差，而羟基磷灰石是一种生物相容性很好的材料，但其脆性又限制了它应用的现状，提供了一种利用聚合钛纤维增强多孔镁基，并用羟基磷灰石沉积修饰其表面的医用材料，该材料通过聚合钛纤维、镁以及碳酸钾的球磨，压制，烧结和碱浸制备得到增强多孔材料，再将羟基磷灰石通过电泳沉积装置包覆在材料表面，既解决了金属镁容易受体液腐蚀游离出有毒物质，与生物相容性差的缺陷，又解决了羟基磷灰石单独使用质脆的不足，是一种很好的生物骨组织替换材料。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）取10～15g钛酸丁酯和6～8g醋酸锌溶解在50～60mL二甲基甲酰胺和20～30mL无水乙醇混合液中，用玻璃棒搅拌均匀，再加入3～5g聚乙烯吡咯烷酮调节混合液粘度，放置在磁力搅拌机上，以300～400r/min的转速搅拌过夜；

（2）将上述搅拌过夜后的混合液放入高压静电纺丝装置贮液槽中，启动高压静电发生器，将纺丝液用输液泵挤出再由喷丝口喷出，喷出的混合液射流被固化形成聚合钛纤维，以无序状排列在收集板上；

（3）筛取500～600g过100～130目标准筛后的镁粉以及100～200g同粒度的碳酸钾粉末，将两者混合均匀后放入行星球磨机中，继续加入50～100g上述制备得到的聚合钛纤维，加入10～20g碳化钨球磨珠，在氩气的保护下球磨1～2h；

（4）将球磨产物放在压制机压板下，以0.5～1MPa的压力进行压制，在达到预定压力后，保压5～10min，得到压制板样，将板样移入高温烧结炉中，充入氮气，以5～8℃/min的速率程序升温至650～700℃，保温烧结50～60min；

（5）将保温烧结后的样板浸入质量浓度为40%的氢氧化钠溶液，摇床振荡反应3～6h，直至样板表面无气泡产生，取出后放入烘箱在105～110℃下干燥至恒重制得聚合钛纤维增强镁基多孔材料；

（6）用刚玉砂纸将上述制得的聚合钛纤维增强镁基多孔材料表面打磨1～3遍，将其放入电泳沉积设备的沉积槽中，向里加入质量浓度为60%的硝酸钙溶液，直至将聚合钛纤维增强镁基多孔材料浸没，再加入硝酸钙总体积2/3的浓度为0.5mol/L的磷酸铵溶液，用玻璃棒搅拌均匀；

（7）搅拌均匀后，加热升温至75～85℃，加入一根石墨棒作为阳极，镁基材料为阴极，接通直流电源，电脉沉积1～2h，使羟基磷酸钙沉积在材料表面，取出后用去离子水冲洗3～5次，干燥后即得一种聚合钛纤维增强多孔镁基医用材料。

所述的纺丝射流固化方法是以硫酸和硫酸钠按质量比为5:1配成的水溶液作为凝固浴，将纺丝射流固化。