[发明专利]一种掺杂痕量元素的多孔碳酸钙陶瓷及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种掺杂痕量元素的多孔碳酸钙陶瓷及其制备方法和应用，属于骨修复医用材料领域。本发明的制备方法通过化学沉淀法将Mg、Sr、Zn、Si、Cu等人体内的痕量元素掺入碳酸钙中，或者将痕量元素掺入到作为烧结粘结剂的低温磷酸盐生物玻璃中，将掺杂痕量元素的碳酸钙粉、玻璃粘结剂和造孔剂均匀混合后成型，进行等静压处理，然后进行烧结，除去造孔剂，即得掺杂痕量元素的多孔碳酸钙陶瓷。本发明制备的掺杂痕量元素的多孔碳酸钙陶瓷具有较高的强度和孔隙率、可控的降解速率、掺杂的痕量元素离子可长期缓释、骨传导性和诱导性好，是一种新型的人工合成骨修复材料。

主权项

一种掺杂痕量元素的多孔碳酸钙陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)掺杂微量元素的碳酸钙粉末的制备，包括掺杂Mg、Sr、Zn、Cu痕量元素的碳酸钙粉末的制备或掺杂Si痕量元素的碳酸钙粉末的制备中的至少一种；所述的掺杂Mg、Sr、Zn、Cu痕量元素的碳酸钙粉末的制备，包括以下步骤：其中Mg、Sr、Zn、Cu均标记为R，按照痕量元素R盐：(痕量元素R盐+钙盐)：碳酸盐的摩尔比为0.01～20：100：100的比例进行配料，将痕量元素R盐和钙盐共同溶于水形成1#溶液，1#溶液中钙离子与痕量元素离子的浓度和为0.1～0.5mol/L；将碳酸盐溶于水中形成2#溶液；在搅拌的条件下，将1#溶液缓慢加入到2#溶液中生成沉淀；将所得的沉淀在100℃下烘干，研磨成粉，过1000目筛子；所得的粉末加热到300～500℃，保温1～3小时，自然冷却后即得掺杂Mg、Sr、Zn、Cu痕量元素的碳酸钙粉末；所述的掺杂Si痕量元素的碳酸钙粉末的制备，包括以下步骤：按SiO₃：(CO₃+SiO₃)：Ca摩尔比为0.01～25：100：100对Ca(NO₃)_2·4H₂O、Na₂CO₃和Na₂SiO_3·9H₂O进行配料；将Ca(NO₃)_2·4H₂O溶于水形成第1溶液；将Na₂CO₃和Na₂SiO_3·9H₂O溶于水中形成第2溶液，第2溶液的CO₃^2‑与SiO₃^2‑的浓度之和为0.1～0.5mol/L；在搅拌的条件下，将第1溶液缓慢加入到第2溶液中生成沉淀；将所得的沉淀在100℃下烘干，研磨成粉，过1000目筛子；所得的粉末加热到300～500℃，保温1～3小时，自然冷却后即得掺杂Si痕量元素的碳酸钙粉末；(2)掺杂痕量元素的低温磷酸盐生物玻璃粘结剂的制备，包括掺杂Mg、Sr、Zn、Cu痕量元素的低温磷酸盐生物玻璃粘结剂的制备或掺杂Si痕量元素的低温磷酸盐生物玻璃粘结剂的制备中的一种；所述的掺杂Mg、Sr、Zn、Cu痕量元素的低温磷酸盐生物玻璃粘结剂的制备，包括以下步骤：其中Mg、Sr、Zn、Cu均标记为R，以CaCO₃、(NH₄)₂HPO₄、RCO₃、Na₂CO₃为原料，其中各物质对应的氧化物CaO：P₂O₅：RO：Na₂O的摩尔百分比为32～49：40：3～20：8，称取原料后，将原料均匀混合，放入炉子中，加热到800～1200℃，保温2～5小时，得到澄清的玻璃溶液，后将玻璃溶液倒入水中淬冷，收集玻璃颗粒，150℃下烘干，研磨，过1000目筛子，即得到掺杂Mg、Sr、Zn和Cu痕量元素的低温磷酸盐生物玻璃粘结剂；所述的掺杂Si痕量元素的低温磷酸盐生物玻璃粘结剂的制备，包括以下步骤：以(NH₄)₂HPO₄、CaCO₃、提供SiO₂的化合物、Na₂CO₃为原料，其中各物质对应的氧化物CaO：P₂O₅：SiO₂：Na₂O的摩尔百分比为52：30～39：1～10：8；称取原料后，将原料均匀混合，放入马弗炉中，缓慢升温到800～1200℃，保温2～5个小时，得到澄清的玻璃溶液，后将玻璃溶液倒入水中淬冷，收集玻璃颗粒，150℃下烘干，研磨，过1000目筛子，即得到掺杂Si痕量元素的低温磷酸盐生物玻璃粘结剂；(3)掺杂痕量元素的多孔碳酸钙陶瓷的制备：将步骤(2)制得的掺杂痕量元素的低温磷酸盐生物玻璃粘结剂按照1％～50％的质量比例加入到步骤(1)制得的掺杂痕量元素的碳酸钙粉末中，用球磨法均匀混合，将造孔剂按照10％～60％的比例加入到碳酸钙和粘结剂的混合粉末中，均匀混合后成型，进行等静压处理，将样品放入马弗炉中，以缓慢的速度升温至600～800℃，保温10～120分钟，实现对碳酸钙的低温快烧，除去造孔剂后，最终获得掺杂痕量元素的多孔碳酸钙陶瓷。