[发明专利]一种(Si-N)@C-Ca-P-C生物医用骨替换复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种(Si‑N)@C‑Ca‑P‑C生物医用骨替换复合材料及制备方法，首先制备Si‑N线，然后在Si‑N线表面制备双层C包裹层，形成(Si‑N)@C，然后制备麦穗状Ca‑P，最后进行沉积C填充孔隙，从而赋予材料高致密度。本发明制备的(Si‑N)@C‑Ca‑P‑C生物医用骨替换复合材料在超高温合成过程中分子之间以化学键相连接，化学结合的方式使得Si‑N线具有高强度，双层C包裹层则对Si‑N线进行了表面强化，麦穗状Ca‑P进一步发挥了点状强化的作用，而C的致密化则显著减小了材料的孔隙，提升了材料的致密度。综合上述因素，使得本发明制备的(Si‑N)@C‑Ca‑P‑C生物医用骨替换复合材料的压缩强度最大值达到了85.4MPa，比背景技术的压缩强度最大值提升了83.7％。

技术领域

本发明属于生物材料及制备方法，涉及一种(Si-N)@C-Ca-P-C生物医用骨替换复合材料及制备方法。

背景技术

随着社会老龄化问题的加剧，老年人的骨骼病变和骨骼损伤成为影响老年人生活质量的重要问题，采用人工合成的生物材料进行骨骼替换是解决骨骼病变和骨骼损伤的有效方法。在人工合成生物材料的研究过程中，研究人员一方面注重材料的生物相容性，使得生物材料植入人体后与人体不发生排异反应，能够促进生物材料与人体骨骼的有效结合。另一方面，由于骨骼作为人体的承重部位，需要着重提高生物材料的强度，尤其是骨骼需要承受压缩载荷更为普遍，因此，研究人员致力于提升生物医用骨骼替换材料的压缩强度。

文献1“李敏，张厚安，谭香玲等.具有多孔结构的HA/TiO₂生物材料的制备工艺研究.矿冶工程,2012,32(4):106-108”报道了采用有机泡沫法和高温烧结法制备HA/TiO₂生物医用骨替换材料，发现该材料的压缩强度为4.0MPa。

文献2“纪妲，何星等.泡沫炭材料及其在生物工程材料中的应用.世界复合医学,2015,10(04):343-346”。报道了使用泡沫炭作为生物医用骨替换材料，该材料的压缩强度为20.0MPa。

文献3“张超武,周方圆,王芬,杨军,肖玲.Si-HA纳米粉体的超声共聚法制备及其骨水泥的力学性能.材料导报,2010,24(22):42-45”报道了采用含硅羟基磷灰石纳米粉体与柠檬酸与丙烯酸复合制备出含硅羟基磷灰石生物医用骨替换材料，该材料的压缩强度达到了46.5MPa。

上述研究均制备出了应用于骨替换的生物材料，但是制备的骨替换材料的压缩强度最高值仅有46.5MPa，存在压缩强度不足的问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种(Si-N)@C-Ca-P-C生物医用骨替换复合材料及制备方法，解决骨替换材料的压缩强度不足的问题。

技术方案

一种(Si-N)@C-Ca-P-C生物医用骨替换复合材料，其特征在于包括Si-N线、麦穗状Ca-P和C材料；以Si-N线为中心核层结构，核层结构外包裹两层C材料，C包裹层外为麦穗状Ca-P；各分子之间以化学键相连接；所有结构中的孔隙填充C。

一种所述(Si-N)@C-Ca-P-C生物医用骨替换复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将聚硅氮烷和二茂铁加入到二甲苯中，均匀搅拌后静置在空气中自然固化，然后将固化后的材料研磨成粉末；

将粉末铺平在两张U型碳纸之间，随后放入高温炉中进行热处理：首先通入流速为4-10L/min的氮气，然后以5-10℃/min的速率升温至200-300℃，并在此温度下保持1-3小时，然后以8-10℃/min的速率升温至1300-1450℃，并在此温度下保持2-5小时，系统自然冷却至室温，取出沉积于U型碳纸表面的材料为Si-N线；

所述聚硅氮烷与二茂铁的质量比为7:1～9:1；