[发明专利]一种跨尺度仿哈弗管结构的多孔陶瓷材料及其制备方法、金属模具

说明书

本发明涉及多孔陶瓷材料领域，具体提供了一种跨尺度仿哈弗管结构的多孔陶瓷材料及其制备方法、金属模具。该材料包括若干个仿哈弗管结构单元；所述仿哈弗管结构单元由有机物载体和负载在有机物载体上的陶瓷组成；所述有机物载体具有多级孔结构；所述多级孔包括通孔和微孔；所述通孔和微孔的方向不同；所述通孔的孔径大于微孔。与现有技术相比，本发明的跨尺度仿哈弗管结构的多孔陶瓷材料具有多级尺度各向异性孔结构，且微孔与通孔实现了孔互连，整体结构类似于密致骨中的哈弗管结构；跨尺度仿哈弗管结构的多孔陶瓷材料具有轻质、高强等优异特性，可用于生物医学、航空航天、军事防护等领域。

技术领域

本发明涉及多孔陶瓷材料领域，更具体地说，涉及一种跨尺度仿哈弗管结构的多孔陶瓷材料及其制备方法、金属模具。

背景技术

骨组织虽然具有天然的再生能力，足以修复小的损伤部位，如裂缝和某些类型的骨折，但通常大于两厘米临界尺寸阈值的骨缺损难以自然愈合，需要临床干预。当前，使用自体骨、同种异体骨进行骨固定或生物惰性金属装置是目前针对大骨缺损的金标准治疗。然而，自体骨的使用通常会导致与供体部位愈合相关的额外发病率；同种异体骨的使用与从供体材料传播疾病的风险有关，金属材料的生物活性差、价格高昂，通常需要二次手术进行切除，同时由于其力学性能与天然骨不适配，容易造成应力屏蔽，从而引起临近的骨组织吸收，最终导致植入体的松动与失效；骨组织工程领域已经见证了朝着诱导缺陷部位骨再生过程而又不产生这些风险的材料的方向的实质性发展。

随着组织工程技术的快速发展，一系列生物材料被设计成多孔支架用于骨缺损修复，因为多孔支架可以为血管和新骨组织的植入提供三维空间。理想的骨修复支架应具有优越的结构特点，以提供成骨的微环境，同时排除纤维组织对正常骨再生的干扰。先前的一些研究证明，与随机多孔结构的支架相比，取向多孔结构的支架更有利于细胞的浸润和迁移、营养物质和废物的交换以及细胞外基质的沉积。需要强调一点，上述骨支架功能分别由不同孔径的孔结构来实现的，大孔径有利于物质运输，而微孔则有利于细胞附着与迁移。虽然通过3D打印或取向冷冻铸造技术已经能够有效的设计出多种具有取向多孔的骨支架，但是它们孔径尺寸单一，很难实现多项功能的结合。因此如何构筑具有多级次孔结构的陶瓷基材料是当前的一个重难点，这种具有多级次孔结构的陶瓷基材料不仅能够应用于骨修复领域，同时还有望用于航空航天与军事领域。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种跨尺度仿哈弗管结构的多孔陶瓷材料及其制备方法、金属模具，该跨尺度仿哈弗管结构的多孔陶瓷材料具有多级尺度各向异性孔结构，其孔结构可调控，并且具有优异的力学性能；跨尺度仿哈弗管结构的多孔陶瓷材料的制备方法具有可拓展性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种跨尺度仿哈弗管结构的多孔陶瓷材料，包括若干个仿哈弗管结构单元；所述仿哈弗管结构单元由有机物载体和负载在有机物载体上的陶瓷组成；

所述有机物载体具有多级孔结构；

所述多级孔包括通孔和微孔；

所述通孔和微孔的方向不同；

所述通孔的孔径大于微孔；

所述有机物载体和陶瓷的质量比为1:(0.1-2)。

在本发明中，所述多级孔包括大尺度通孔和小尺度层状微孔；所述陶瓷优选以沉积的方式生长在有机物载体上，在原位生长过程中，由于无机物和有机物载体的相互作用很强，陶瓷并不是简单的沉积于有机物表面，而是通过分子间作用力，两者互相融合，成为一体结构。

在本发明中，所述微孔分布在通孔周围；所述通孔与微孔相互连通；

所述微孔的靠近通孔一侧的孔径小，微孔的远离通孔一侧的孔径大；随着微孔与通孔的距离的增加，微孔的孔径逐渐增大；

所述通孔的孔径≥400μm，优选为0.4～2mm，通孔的长度100μm，优选为1～15mm；