一種用于骨組織修復的生物材料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種用于骨組織修復的生物材料及其制備方法，化學式為CaAl3BO7，將含有合成生物材料所需元素的化合物按比例混合，采用高溫煅燒或用化學溶液溶解混合后煅燒制備材料，將制備得到的CaAl3BO7粉體或CaAl3BO7陶瓷塊體在模擬體液中礦化一段時間后，粉體或者陶瓷表面即可大量沉積類骨磷灰石層，具備較好的生物活性，可用于骨組織修復。本發明專利技術制備工藝簡單靈活，原料來源豐富，能源消耗低，具有優良的生物活性和機械性能，可以用作骨組織的修復、填充以及齒科修復。

【技術實現步驟摘要】
一種用于骨組織修復的生物材料及其制備方法
本專利技術涉及一種用于骨組織修復的生物材料及其制備方法，屬于生物材料領域。
技術介紹
在人類醫學的認識歷史之中發現，許多疾病是由于器官的病損引起器官的死亡，如果由自身細胞結合生物活性材料構建人工器官，將病損器官替換，人類將可以恢復健康，從而使生命延續。例如，硬組織損傷修復材料就受到越來越多的關注。理想的骨組織工程支架材料應當具有三維多級網絡結構，同時具有足夠的生物活性，容易整合修復周圍骨組織，并有可能具有主動誘導、修復、重建骨再生的生物學功能。硬組織損傷修復的生物材料可以劃分為三個發展階段：第一代生物醫用材料為生物惰性材料，生物惰性材料與人體組織沒有活性結合，臨床應用上存在不可避免的問題和缺陷。第二代生物材料為不降解的生物活性陶瓷（表面生物活性陶瓷），這類陶瓷具有較優良的生物相容性和骨傳導性，是一種很具潛力的生物和醫用材料，可以用作骨組織的修復、填充以及齒科修復材料。但是也存在一定問題，如磷酸三鈣陶瓷的生物活性不高、力學強度低等。新一代醫用生物材料要求具有“主動修復功能”和“可調控生物響應特性”，是可降解的生物活性材料。骨基質的無機成分主要為骨鹽，骨鹽主要成分是羥基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2]，骨鹽一旦與有機成分結合，骨基質就會具有很強的硬度，在生物體內起到支持功能，促進骨修復。是很好的硬組織替代材料，目前已成功應用于牙科、整形外科和上頜面重建等領域。當前，羥基磷灰石的應用方法是將可以生成羥基磷灰石的生物材料置于人體內，通過體液的礦化穩定生成羥基磷灰石，羥基磷灰石與人體骨骼組織在界面形成緊密的化學鍵結合，從而誘導骨組織的生長。但是，目前用于在生物體內穩定生成羥基磷灰石的生物材料性能較低，制備方法多較復雜，能耗高，產品成本較高，不利于推廣應用。
技術實現思路
針對上述現有技術存在的問題，本專利技術提供一種有良好的生物活性和較高的機械強度、制備方法簡單的用于骨組織修復的生物材料及其制備方法。為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：一種用于骨組織修復的生物材料，其特征在于：化學式為CaAl3BO7。如上所述的用于骨組織修復的生物材料的制備方法，采用高溫固相法，包括以下步驟：（1）以含鈣離子Ca2+的化合物、含鋁離子Al3+的化合物、含硼離子B3+的化合物為原料，按化學式CaAl3BO7中對應元素的化學計量比稱取各原料，通過研磨使其混合均勻；（2）將得到的混合物在空氣氣氛下預煅燒，預煅燒溫度為200～700℃，預煅燒時間為1～15小時，自然冷卻后，研磨并混合均勻；（3）將步驟（2）得到的混合物在空氣氣氛中煅燒，煅燒溫度為700～950℃，煅燒時間為1～15小時，自然冷卻后，研磨混合均勻后即得到一種粉末狀CaAl3BO7生物材料。本專利技術高溫固相法的技術方案中，所述含有鈣離子Ca2+的化合物為氧化鈣、草酸鈣、碳酸鈣、硝酸鈣中的一種；所述含有鋁離子Al3+的化合物為三氧化二鋁、硝酸鋁中的一種；所述含有硼離子B3+的化合物為三氧化二硼、硼酸中的一種。本專利技術高溫固相法的一個優選方案是：步驟（2）的預煅燒溫度為300℃～700℃，預煅燒時間為3～15小時；步驟（3）的煅燒溫度為700～900℃，煅燒時間為3～15小時。在本專利技術技術方案中，將高溫固相法步驟（3）得到的粉末狀CaAl3BO7生物材料在壓力為8Mpa～10Mpa的條件下干壓成型，再進行煅燒，煅燒溫度為700～900℃，煅燒時間為2～15小時，得到用于骨組織修復的生物材料。如上所述的用于骨組織修復的生物材料的制備方法，還可以采用化學溶液法，包括以下步驟：（1）以含鈣離子Ca2+的化合物、含鋁離子Al3+的化合物、含硼離子B3+的化合物為原料，按通式CaAl3BO7中對應元素的化學計量比稱取各原料，分別溶解于稀硝酸溶液中，完全溶解后，再按各原料中反應物質量的0.5～2.0wt%分別添加絡合劑，得到各原料的混合液，所述的絡合劑為檸檬酸或草酸；（2）將各原料的混合液緩慢混合，在溫度為50～100℃的條件下攪拌1～5小時，靜置、烘干，得到蓬松的前驅體；（3）將前軀體粉末置于坩堝中，在馬弗爐中煅燒，煅燒溫度為450～850℃，煅燒時間1～14小時，冷卻后研磨均勻，得到一種粉末狀CaAl3BO7生物材料。本專利技術化學溶液法的技術方案中，所述含有鈣離子Ca2+的化合物為氧化鈣、草酸鈣、碳酸鈣、硝酸鈣中的一種；所述含有鋁離子Al3+的化合物為三氧化二鋁、硝酸鋁中的一種；所述含有硼離子B3+的化合物為三氧化二硼、硼酸中的一種。本專利技術化學溶液法的一個優選方案是：步驟（2）的攪拌溫度為60～80℃，攪拌時間為2～3小時；步驟（3）的煅燒溫度為500～900℃，煅燒時間為3～14小時。在本專利技術技術方案中，將化學溶液法步驟（3）得到的粉末狀CaAl3BO7在壓力為8Mpa～10Mpa的條件下干壓成型，再進行煅燒，煅燒溫度為700～900℃，煅燒時間為2～15小時，得到用于骨組織修復的生物材料。本專利技術技術方案的優點在于：1、本專利技術制備的CaAl3BO7生物材料具有良好的生物活性和機械性能，該材料沒有污染，不含有對于生物體有害的元素，是一種理想的生物和醫用材料，可以用作骨組織的修復、填充以及齒科修復材料。2、本專利技術提供的CaAl3BO7生物材料原料來源豐富，價格低廉，采用高溫固相法和化學溶液法兩種方法，制備工藝簡單，易于操作，能源消耗和產品成本比較低。3、本專利技術制備的CaAl3BO7生物材料具有一定的機械強度，可以用于骨組織修復。附圖說明圖1為按本專利技術實施例1技術方案制得的CaAl3BO7粉體的XRD圖譜；圖2為按本專利技術實施例1技術方案制得的CaAl3BO7粉體礦化后的XRD圖譜；圖3為按本專利技術實施例1技術方案制得的CaAl3BO7粉體礦化前后的紅外光譜對比圖；圖4為按本專利技術實施例1技術方案制得的CaAl3BO7粉體礦化前的掃描電鏡圖；圖5為按本專利技術實施例1技術方案制得的CaAl3BO7粉體礦化3天后的掃描電鏡圖；圖6為按本專利技術實施例2技術方案制得的CaAl3BO7粉體礦化5天后的掃描電鏡圖；圖7為按本專利技術實施例3技術方案制得的CaAl3BO7陶瓷塊體礦化3天后的掃描電鏡圖；圖8為按本專利技術實施例5技術方案制得的CaAl3BO7粉體礦化前的掃描電鏡圖；圖9為按本專利技術實施例5技術方案制得的CaAl3BO7粉體礦化3天后的掃描電鏡圖；圖10為按本專利技術實施例7技術方案制得的CaAl3BO7陶瓷塊體礦化5天后的掃描電鏡圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步描述。實施例1：（1）根據化學式CaAl3BO7中各元素的摩爾比，稱取碳酸鈣CaCO3：5.004克，三氧化二鋁Al2O3：15.294克，硼酸H3BO3：3.092克，在瑪瑙研缽中研磨并混合均勻后，選擇空氣氣氛預煅燒，預煅燒溫度是200℃，預煅燒時間15小時，然后冷卻至室溫，取出樣品；將預煅燒的原料再次充分混合研磨均勻，在空氣氣氛中再次煅燒，煅燒溫度950℃，煅燒時間1小時，冷卻研磨即得到硼鋁酸鈣CaAl3BO7粉體。（2）將制備好的CaAl3BO7粉體進行模擬體液浸泡3天，觀察浸泡后表面形貌的變化，判斷表面是否有類骨磷灰石層形成，評價其生物活性。每一克的CaAl3BO7陶瓷加入本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于骨組織修復的生物材料，其特征在于：化學式為CaAl3BO7。

【技術特征摘要】
1.一種用于骨組織修復的生物材料的制備方法，其特征在于采用高溫固相法，包括以下步驟：(1)以含鈣離子Ca2+的化合物、含鋁離子Al3+的化合物、含硼離子B3+的化合物為原料，按化學式CaAl3BO7中對應元素的化學計量比稱取各原料，通過研磨使其混合均勻；(2)將得到的混合物在空氣氣氛下預煅燒，預煅燒溫度為200～700℃，預煅燒時間為1～15小時，自然冷卻后，研磨并混合均勻；(3)將步驟(2)得到的混合物在空氣氣氛中煅燒，煅燒溫度為700～950℃，煅燒時間為1～15小時，自然冷卻后，研磨混合均勻后即得到CaAl3BO7生物材料。2.根據權利要求1所述的用于骨組織修復的生物材料的制備方法，其特征在于：所述含有鈣離子Ca2+的化合物為氧化鈣、草酸鈣、碳酸鈣、硝酸鈣中的一種；所述含有鋁離子Al3+的化合物為三氧化二鋁、硝酸鋁中的一種；所述含有硼離子B3+的化合物為三氧化二硼、硼酸中的一種。3.根據權利要求1所述的用于骨組織修復的生物材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)的預煅燒溫度為300℃～700℃，預煅燒時間為3～15小時；步驟(3)的煅燒溫度為700～900℃，煅燒時間為3～15小時。4.根據權利要求1或2或3所述的用于骨組織修復的生物材料的制備方法，其特征在于：將步驟(3)得到的粉末狀CaAl3BO7在壓力為8Mpa～10Mpa的條件下干壓成型，再進行煅燒，煅燒溫度為700～900℃，煅燒時間為2～15小時，得到用于骨組織修復的生物材料。5.一種用于骨組織修復的生物材料的制備方法，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：喬學斌，章健，周天元，張樂，楊浩，唐定遠，
申請(專利權)人：江蘇師范大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32