一種功能仿生復合生物壓電陶瓷材料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種功能仿生復合生物壓電陶瓷材料,是將稀土摻雜壓電陶瓷粉料和稀土摻雜生物陶瓷粉料混合，經成型、燒結、極化得到的。本發明專利技術還公開了其制備方法。本發明專利技術一種功能仿生復合生物壓電陶瓷材料，通過在其中摻雜稀土元素，使其具有了壓電性能與人體匹配、不可降解的壓電相含量低、力學性能優良的特性。同時基于稀土元素的上轉換發光效應，使本發明專利技術功能仿生復合生物壓電陶瓷材料在植入人體后，能夠直接觀察到病人恢復情況，在臨床醫學領域具有良好的應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于生物陶瓷材料制備領域，涉及一種功能仿生復合生物壓電陶瓷材料,本專利技術還涉及上述復合生物壓電陶瓷材料的制備方法。
技術介紹
骨骼是支撐人體的重要器官，但因各種原因容易造成缺損等問題。在我國，每年由于創傷、炎癥和腫瘤等引起的骨缺損數量超過300萬例，骨缺損的修復治療已成為人類醫學的重點和難點。在骨缺損治療方法臨床研究中，利用植入材料進行移植是最常用和有效的方法之一，因而使得對該類材料的需求劇增。研究發現骨組織實際上是一種具有壓電性能的復合材料，其壓電特性在骨的塑形和重建過程中發揮著重要作用。將與人體骨的主要無機成分類似、具有壓電效應的壓電相引入具有良好的生物相容性的生物基骨植入材料中，則可以賦予骨植入材料與天然骨相類似的生物電活性，對于獲得成分、結構、功能和性能更為仿生的骨植入材料具有重要的價值，并在骨修復領域和齒科有廣泛的應用前景。目前人工骨植入材料在滿足組織修復、再生、功能重建等要求方面仍存在尚待解決的問題，其功能與天然人體組織具有一定的差距。骨替代材料在生物性能以及力學性能上的并不令人滿意的表現，促使研究人員不斷尋求新材料以及新方法。天然骨組織經過億萬年的自然選擇與進化，是力學性能、生物功能性與結構性的完美結合，其具有的顯著優勢是目前人工骨替代材料所無法比擬的。因此，尋找一種成分、結構、功能和性能都與人體骨更為匹配的仿生骨植入材料是目前生物材料領域追求的目標。在其功能仿生方面，具有壓電特性的復合材料具有很好的應用前景，但是其壓電相不可降解且在復合材料中的含量非常高躑躅其在應用方面的發展。在保證壓電效應與人骨相匹配的同時，降低壓電相的含量又會導致復合材料的力學性能下降，不能滿足植入要求。此外，材料植入后，無法直接觀察到恢復情況，通常需要手術完成，增加了病人的痛苦。因此，尋求一種壓電相含量少，力學性能優良同時又能直接的觀察到病人恢復情況的復合生物壓電陶瓷，是功能仿生復合壓電陶瓷領域研究的熱點和難點。中國專利《具有壓電效應的可吸收骨科器械材料及其制備方法》(申請號：CN201410006920，公開號：CN103721298A，公開日：2014.04.16)公開了一種具有壓電效應的可吸收骨科器械材料及其制備技術，該骨科器械由醫用可吸收高分子聚合物、彌散分布在聚合物中的生物壓電陶瓷顆粒和傳遞壓電信號的可降解導電材料復合而成，使用過程中外載荷作用下彌散分布在聚合物中的生物壓電陶瓷顆粒產生的壓電信號可被植入在聚合物中生物壓電陶瓷附近的導電材料-純鎂或鎂合金的絲材或板材有效傳遞給骨科器械周圍的機體組織，形成的電刺激信號能加速骨折愈合。但是該植入材料壓電系數很低，形成的電刺激信號很有限，且純鎂導電材料會隨著時間降解，對人體肝臟有害。王鵬等發表的論文《生物壓電復合陶瓷TCPLNK對大鼠成骨細胞生物相容性的體外研究》，選自《華西口腔醫學雜志》2008年第26卷第2期第133-136頁，制備出具有生物相容性的生物壓電陶瓷TCPLNK，但其不可降解的壓電相含量過高。朱錄濤等發表的論文《壓電生物陶瓷人工骨材料合成工藝研究》，選自《襄樊學院學報》2010年第31卷第11期第44-49頁，根據電場能促進骨細胞生長這一生物學特點，合成壓電相與磷酸三鈣復合型生物陶瓷人工骨(BTTCP)，其壓電性能與骨組織相匹配，但不可降解的壓電相含量過高。Yan?Zhang等發表的論文《Aligned?porous?barium?titanate/hydroxyapatite?composites?with?high?piezoelectric?coefficients?for?bone?tissue?engineering》，選自《Materials?Science?and?Engineering?C》2014年第39卷第1期第143-149頁，制備出具有多孔結構的復合生物壓電陶瓷。但其不可降解的壓電相含量依舊過高且力學性能不能滿足植入要求。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種功能仿生復合生物壓電陶瓷材料，解決了現有復合生物壓電陶瓷材料力學性能不佳，復合生物壓電陶瓷材料中不可降解的壓電相含量高，以及復合生物壓電陶瓷材料植入人體后不能直接觀察病人恢復情況的問題。本專利技術的另一目的是提供上述功能仿生復合生物壓電陶瓷材料的制備方法。本專利技術所采用的技術方案是，一種功能仿生復合生物壓電陶瓷材料，是將稀土摻雜壓電陶瓷粉料和稀土摻雜生物陶瓷粉料混合，然后經成型、燒結、極化而得到的。本專利技術的特點還在于，其中稀土摻雜壓電陶瓷粉料中，稀土元素的摻雜量為稀土摻雜壓電陶瓷粉料總質量的0.1％～9％；稀土摻雜生物陶瓷粉料中，稀土元素摻雜量為稀土摻雜生物陶瓷粉總質量的0.1％～9％。稀土摻雜壓電陶瓷粉料和稀土摻雜生物陶瓷粉料按質量百分比的混合比例為：稀土摻雜壓電陶瓷粉料50％～99％，稀土摻雜生物陶瓷粉料1％～50％，以上組分總和為100％。稀土摻雜壓電陶瓷粉料和稀土摻雜生物陶瓷粉料中，所摻雜的稀土元素為釹、鉺、鐿、銫中的任意一種或兩種及其以上的混合；壓電陶瓷為BaTiO3、鈮酸鋰鈉鉀壓電陶瓷、鈦酸系無鉛生物壓電陶瓷中的任意一種；生物陶瓷為是HA、磷酸鈣系生物陶瓷、氧化鋁陶瓷、單晶氧化鋁中的任意一種。本專利技術的另一技術方案是，一種功能仿生復合生物壓電陶瓷材料的制備方法，具體按以下步驟實施：步驟1，制備稀土摻雜壓電陶瓷粉料和稀土摻雜生物陶瓷粉料：將稀土元素摻雜進壓電陶瓷粉體中，制備出稀土摻雜壓電陶瓷粉料；將稀土元素摻雜進生物陶瓷粉體中，制備出稀土摻雜生物陶瓷粉料；步驟2，制備復合生物壓電陶瓷生坯：將步驟1制備得到的稀土摻雜壓電陶瓷粉料和稀土摻雜生物陶瓷粉料混合均勻，得到復合生物壓電陶瓷粉料，并將得到的粉料進行成型，得到復合生物壓電陶瓷生坯；步驟3，燒結：將步驟2得到的復合生物壓電陶瓷生坯在1000℃～1400℃下燒結1～5h，即得到復合生物壓電陶瓷；步驟4，極化：將步驟3得到的復合生物壓電陶瓷在介質中進行極化處理，即得到一種功能仿生復合生物壓電陶瓷材料。本專利技術的特點還在于，步驟1的稀土摻雜壓電陶瓷粉料中，稀土元素的摻雜量為稀土摻雜壓電陶瓷粉料總質量的0.1％～9％。步驟1的稀土摻雜生物陶瓷粉料中，稀土元素的摻雜量為稀土摻雜生物陶瓷粉料總質量的0.1％～9％。步驟1中稀土元素為釹、鉺、鐿、銫中的任意一種或兩種及其以上的混本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種功能仿生復合生物壓電陶瓷材料，其特征在于，是將稀土摻雜壓電陶瓷粉料和稀土摻雜生物陶瓷粉料混合，然后經成型、燒結、極化而得到的。

【技術特征摘要】
1.一種功能仿生復合生物壓電陶瓷材料，其特征在于，是將稀土摻雜壓
電陶瓷粉料和稀土摻雜生物陶瓷粉料混合，然后經成型、燒結、極化而得到
的。
2.根據權利要求1所述的功能仿生復合生物壓電陶瓷材料，其特征在于，
所述稀土摻雜壓電陶瓷粉料中，稀土元素的摻雜量為稀土摻雜壓電陶瓷粉料
總質量的0.1％～9％；稀土摻雜生物陶瓷粉料中，稀土元素摻雜量為稀土摻
雜生物陶瓷粉料總質量的0.1％～9％。
3.根據權利要求1所述的功能仿生復合生物壓電陶瓷材料，其特征在于，
所述稀土摻雜壓電陶瓷粉料和稀土摻雜生物陶瓷粉料按質量百分比的混合
比例為：稀土摻雜壓電陶瓷粉料50％～99％，稀土摻雜生物陶瓷粉料1％～
50％，以上組分總和為100％。
4.根據權利要求1所述的功能仿生復合生物壓電陶瓷材料，其特征在于，
所述稀土摻雜壓電陶瓷粉料和稀土摻雜生物陶瓷粉料中，所摻雜的稀土元素
為釹、鉺、鐿、銫中的任意一種或兩種及其以上的混合；壓電陶瓷為BaTiO3、
鈮酸鋰鈉鉀壓電陶瓷、鈦酸系無鉛生物壓電陶瓷中的任意一種；生物陶瓷為
是HA、磷酸鈣系生物陶瓷、氧化鋁陶瓷、單晶氧化鋁中的任意一種。
5.一種功能仿生復合生物壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于，具體
按以下步驟實施：
步驟1，制備稀土摻雜壓電陶瓷粉料和稀土摻雜生物陶瓷粉料：
將稀土元素摻雜進壓電陶瓷粉體中，制備出稀土摻雜壓電陶瓷粉料；
將稀土元素摻雜進生物陶瓷粉體中，制備出稀土摻雜生物陶瓷粉料；
步驟2，制備復合生物壓電陶瓷生坯：
將步驟1制備得到的稀土摻雜壓電陶瓷粉料和稀土摻雜生物陶瓷粉料混
合均勻，得到復合生物壓電陶瓷粉料，并將得到的粉料進行成型，得到復合
生物壓電陶瓷生坯；
步...

【專利技術屬性】
技術研發人員：湯玉斐，趙康，吳聰，吳子祥，雷偉，張偉，
申請(專利權)人：西安理工大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61