[发明专利]活性氟磷灰石生物陶瓷及制造方法

说明书

目前临床较广泛采用的人工关节材料为钛合金、不锈钢和钴铬钼合金(即Co-Cr-Mo)，由于它们生物相容性差，在人体内形成纤维状包囊，使它们与人体隔离开，最终将导致松动、脱落，同时人体对它有很大的腐蚀作用；目前一般采用等离子喷涂技术在人造金属关节上涂一层活性生物陶瓷，制备成复合人工关节，所用涂层粉末一般采用羟磷灰石，由于它的高温不稳定性，使涂层质量大大降低。

关于活性生物陶瓷的研究，人们主要集中在含钙和磷的化合物的研究上，其中主要为磷酸三钙(β-TCP)、羟磷灰石HAP和活性玻璃陶瓷；临床医学中，β-TCP陶瓷主要作为生物降解材料来使用，羟磷灰石陶瓷主要作为非降解性植入材料使用，如齿根、关节、颌骨等，但是它存在的问题是HAP在高温下发生如下相变：                            (850～1050℃)   ①  (1050～1350℃)  ②                           (1350℃以上)    ③这意味着通过高温烧结制备HAP陶瓷时，HAP发生相转变，而变成了其它化合物，特别是为了提高羟磷灰石陶瓷的力学性能，它与第二相(如ZrO₂，Al₂O₃)复合的陶瓷材料必须在1450℃以上烧结，此时所制得的材料实质上不含HAP相，而是α-TCP相和Ca₄P₂O₉相，而α-TCP被认为是不具备生物活性的，从而降低其临床应用效果，此外，HAP陶瓷在水溶液中甚至弱酸性溶液中对龋齿具有敏感性；璃陶瓷由于力学性能低和熔点低，只能用作一般的骨缺损修复。

本发明的目的是提供一种具有高温稳定性、生物相容性的新型含氟生物陶瓷材料。

本发明采用活性氟磷灰石(FAP)生物陶瓷加工成人工齿根(如图1所示)，齿根外部有凹槽和螺纹，便于人体软、硬组织的长入，提高与人体的结合强度，其中心钻有非连通性内孔，便于与牙冠材料的牢固结合。经测试，该人工齿根的抗压强度大于400MPa(大于人体牙齿的抗压强度300MPa)，抗弯强度为114MPa，满足了牙齿力学性能的要求。

本发明制备氟磷灰石(FAP)生物陶瓷，是将平均粒度＜3μm的微细氟磷灰石(FAP)粉末或羟氟磷灰石粉末添加0.5～2.0％(重量百分比)的聚乙二醇作为成型剂，混料均匀后，在压力机下用钢模以单位压力为50～2000Kg/cm²预压成型，将压坯装入乳胶包套中，抽真空后密封，在1000～2000Kg/cm²的压力下冷等静压。再将此具有很好强度的压坯加工成所需要的骨和齿根的形状，最后在1100～1300℃下空气中烧结0.5～2小时而得到成品。成型剂也可以为聚乙烯醇。

本发明采用溶胶--凝胶方法制造FAP粉末，化学反应方程式如下：

      ④其中(NH₄)₃PO₄亦可为(NH₄)₂HPO₄或NH₄H₂PO₄，KF亦可为NaF。将上述分析纯化学试剂按方程式④的化学计量配料后分别溶于水进行化学反应，加入氨水调整溶液的PH值为6～9，在反应过程中一边滴定一边搅拌。将得到的沉淀用蒸馏水多次洗涤，洗去NH₄⁺，K⁺和NO₃^-离子，再过滤后于60～100℃下干燥箱中干燥。然后在600～1100℃下煅烧，排除残留的NO₃^-和NH₄⁺，并使FAP结晶完整。最后在刚玉筒中用刚玉球球磨，球磨时间为5～20小时，就可得到所需的6.5～2.1μm各种粒度不同的FAP粉末。