【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種生物壓電陶瓷及其制備方法和應(yīng)用，屬于可植入式可生物降解傳感器材料領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
1、近年來，隨著電子器件的使用數(shù)量和頻率的日益增長，不可降解電子器件廢棄物所帶來的環(huán)境污染問題逐漸顯現(xiàn)。在醫(yī)療領(lǐng)域，相比傳統(tǒng)的植入式傳感器，可植入式可生物降解傳感器(biodegradable?sensor，簡稱bd-sen)由于具有可在生物體內(nèi)降解的優(yōu)勢而不需要二次手術(shù)取出，一方面避免了產(chǎn)生感染及二次傷害的風險，另一方面避免了電子器件廢棄物所帶來的污染問題，從而受到極大的關(guān)注。但目前的bd-sen的驅(qū)動電源過于笨重，限制了其在生物體內(nèi)的植入使用。在生物陶瓷中復(fù)合無鉛壓電陶瓷，可以在保證生物相容性的前提下，通過壓電陶瓷獲得壓電性能，將細胞遷移、人體運動等活動所產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為電能，有望解決bd-sen的自供電問題，而無需使用過大尺寸或過重的驅(qū)動電源，實現(xiàn)在生物體內(nèi)的使用。
2、目前開發(fā)的生物壓電陶瓷主要是為滿足骨修復(fù)實際臨床應(yīng)用的需求。它利用人體骨骼中存在的壓電效應(yīng)，將具有生物電活性的壓電陶瓷作為骨植入物將其所受應(yīng)力轉(zhuǎn)化為骨表面的電信號，通過電信號調(diào)節(jié)骨的代謝與生長。生物壓電陶瓷主要采用具有良好生物相容性和生物活性的羥基磷灰石(ca10(po4)6(oh)2，簡稱ha)生物陶瓷與具有良好壓電性能的無鉛壓電陶瓷進行復(fù)合。無鉛壓電陶瓷中鈦酸鋇(batio3，簡稱bt)最具代表性，很多研究將其作為生物壓電陶瓷中的壓電相，ha和bt復(fù)合制備得到ha/bt的生物壓電陶瓷報道最多。ha/bt生物壓電陶瓷生物活性好，依靠bt的壓電
3、以batio3作為生物壓電陶瓷中的壓電相，當batio3含量高于70wt％時，所得的ha/bt生物壓電陶瓷具有良好的生物降解效果和壓電效果，但鋇離子具有生物毒性，會導(dǎo)致以batio3制備的ha/bt生物壓電陶瓷在人體的中的應(yīng)用存在一定的安全隱患(王楚.ha-bt生物壓電復(fù)合材料的制備及性能研究.碩士.陜西科技大學,2023)。目前，有用稀土元素nd3+和er3+對batio3進行摻雜，試圖降低生物壓電陶瓷中ba的含量，但是稀土摻雜batio3中稀土的毒性尚不明確(吳聰.batio3/ha復(fù)合仿生壓電陶瓷摻雜改性及其性能研究.碩士.西安理工大學,2016)；也有采用對人體有益的元素li對knn壓電陶瓷進行微量摻雜，得到li元素摻雜改性的鈮酸鋰鈉鉀(簡稱lnk)陶瓷，但是鈮(nb)離子對生物體有一定的細胞毒性，限制了其作為驅(qū)動電源在可植入式可生物降解傳感器中的應(yīng)用(季駿.新型鈮酸鋰鈉鉀生物壓電陶瓷的制備與性能研究.碩士.江蘇大學,2017)；也有采用銅對knn摻雜的生物壓電陶瓷通過對內(nèi)源性電場的調(diào)控，實現(xiàn)抑制腫瘤細胞增殖，達到消除植入材料周圍感染的效果(翟錦霞.電信號響應(yīng)性鈮酸鉀鈉基植入材料及其生物學性能研究.博士.華南理工大學,2020)；目前的生物壓電陶瓷主要的問題在于鋇、鈮等元素的離子對生物體有一定的細胞毒性，因此亟需研究一種能保證自供電需求、又具有良好的降解效果、且不含對生物體有毒的離子的生物壓電陶瓷。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本專利技術(shù)提出將生物陶瓷材料ha與無鉛壓電陶瓷鈦酸鉍鈉(bi0.5na0.5tio3，簡稱bnt)或bnklt進行復(fù)合，制備ha/bnt或ha/bnklt生物壓電陶瓷。bnt極化后可在表面生成骨樣磷灰石，生物活性實驗表明bnt不存在細胞毒性，其所含離子對生物體更為安全，進一步摻雜一定量的鉀、鋰離子，得到的ha/bnklt生物壓電陶瓷也表現(xiàn)出顯著的生物降解性能和一定的壓電性能。
2、為達到上述技術(shù)目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：
3、本專利技術(shù)首先提供一種生物壓電陶瓷的制備方法，所述方法包括如下步驟：
4、將壓電陶瓷材料與ha粉體按不同比例進行球磨混合，所得混合物經(jīng)干燥過篩后干壓成型，再進行高溫燒結(jié)，得到生物壓電陶瓷，所述壓電陶瓷材料包括bnt或bnklt。
5、進一步的，所述壓電陶瓷材料在壓電陶瓷材料與ha粉體混合物中的質(zhì)量百分數(shù)為30-90wt％。
6、進一步的，所述所述球磨混合的介質(zhì)為去離子水和氧化鋯球，所述去離子水和氧化鋯球的質(zhì)量比為13：15。
7、進一步的，所述所述球磨混合的條件為：300r/min球磨8h。
8、進一步的，所述干壓成型的壓力為240mpa。
9、進一步的，所述燒結(jié)的條件為：1000-1300℃下燒制0.5-3h；優(yōu)選的，所述燒結(jié)的條件為：1200℃下燒制2h。
10、其中，所述bnt粉體的制備方法如下：
11、(1)以bi2o3、na2co3和tio2為原料，進行球磨以混合均勻，得到混合物。
12、(2)將研磨后的混合物采用固相反應(yīng)法制備bnt粉體。將固相反應(yīng)產(chǎn)物二次球磨，烘干并過篩后得到bnt粉體。
13、進一步的，步驟(1)所述bi2o3、na2co3和tio2的質(zhì)量比為55:15:38；
14、步驟(2)所述固相反應(yīng)的條件為：900℃反應(yīng)2h。
15、所述球磨的條件為：300r/min球磨8h。
16、所述bnklt粉體的制備方法如下：
17、(1)以bi2o3、na2co3、k2co3、li2co3和tio2為原料，進行球磨以混合均勻，得到混合物。
18、(2)將研磨后的混合物采用固相反應(yīng)法制備bnt粉體。將固相反應(yīng)產(chǎn)物二次球磨，烘干并過篩后得到bnt粉體。
19、進一步的，步驟(1)中所述bi2o3、na2co3、k2co3、li2co3和tio2的質(zhì)量比為55:10:4:1:38；
20、步驟(2)所述固相反應(yīng)的條件為：900℃反應(yīng)2h。
21、所述球磨的條件為：300r/min球磨8h。
22、本專利技術(shù)還提供一種所述生物壓電陶瓷的制備方法制備的生物壓電陶瓷。
23、所述生物壓電陶瓷的極化包括如下步驟：在生物壓電陶瓷上下表面絲網(wǎng)印刷銀漿燒制后得到銀電極，并在硅油中通直流電場進行極化。
24、本專利技術(shù)還提供所述生物壓電陶瓷在制備可植入式可生物降解傳感器中的應(yīng)用。
25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是：
26、(1)本專利技術(shù)通過將生物陶瓷材料ha與無鉛壓電陶瓷bnt或bnklt進行復(fù)合，其中所含bi離子、ti離子、k離子、li離子等并不具有毒性，很好的避免了bt和knn基的生物壓電陶瓷含具有毒性的鋇離子和鈮離子的問題，從而進一步避免了生物壓電陶瓷在使用過程中潛在的細胞毒性問題。
27、(2)本專利技術(shù)得到的生物壓電陶瓷ha/bnt表現(xiàn)出顯著的生物降解性能(22.27％)和一定的壓電性能(2.7pc/n)，可以滿足部分可植入式可生物降解傳感器的自供電需求。
28、(本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種生物壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，所述壓電陶瓷材料在壓電陶瓷材料與HA粉體混合物中的質(zhì)量百分數(shù)為30-90wt％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，所述球磨混合的介質(zhì)為去離子水和氧化鋯球，所述去離子水和氧化鋯球的質(zhì)量比為13：15。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，所述球磨混合的條件為：300r/min球磨8h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，所述干壓成型的壓力為240Mpa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)的條件為：1000-1300℃下燒制0.5-3h；優(yōu)選的，所述燒結(jié)的條件為：1200℃下燒制2h。
7.權(quán)利要求1-6任一項所述生物壓電陶瓷的制備方法制備的生物壓電陶瓷。
8.權(quán)利要求1-6任一項所述生物壓電陶瓷的制備方法制備的生物壓電陶瓷、或權(quán)利要求7所述生物壓電陶瓷在制備可植入式可生物
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種生物壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，所述壓電陶瓷材料在壓電陶瓷材料與ha粉體混合物中的質(zhì)量百分數(shù)為30-90wt％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，所述球磨混合的介質(zhì)為去離子水和氧化鋯球，所述去離子水和氧化鋯球的質(zhì)量比為13：15。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，所述球磨混合的條件為：300r/min球磨8h。
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃穎璞，黃清偉，朱麗慧，陳涵，
申請(專利權(quán))人：上海格斐特傳感技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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