本发明专利技术公开一种具有活性夹层的抗菌型功能梯度多孔HA‑Ag骨填充支架，属于生物医用材料制备技术领域。本发明专利技术所述生物材料将羟基磷灰石HA、Ag粉末按成分配比称取后进行球磨；将混合粉末与碳酸氢铵造孔剂按孔隙率配比称取并混合；制备出三种粉末后将粉末梯度铺放，并机械压制成块体压坯，再置入放电等离子烧结炉中，系统真空抽至2~6 Pa后进行烧结，升温速率为50~100min/℃，在800～1000℃下保温5～10 min，随炉冷却至室温即可得具有活性夹层的功能梯度多孔HA‑Ag骨填充支架材料。该材料能够主动诱导骨细胞在其表面粘附增殖，具有很好的成骨活性和抗菌性，此外具有高孔隙率的同时还具有高的力学稳定性，可作为良好的人造骨填充材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有活性夹层的抗菌型功能梯度多孔HA-Ag骨填充支架的制备方法，属于生物医用材料制备
技术介绍
羟基磷灰石（HA）因具有与人骨相似的化学结构和优秀的生物活性而被认为是当前骨修复领域的首选支架或填充材料。银（Ag）因具有良好的抗菌性（葡萄球菌和大肠杆菌）和生物活性而作为合金元素广泛用于生物材料中。锶（Sr）由于其在骨质疏松中特有的治疗效果可以有效促进骨愈合及新骨生长，增加骨形成的同时，减少骨吸收。细胞实验已经证明，Sr的融和能够有效的促进成骨细胞的增殖及分化。此外，预临床实验也证实，Sr离子的释放可以增强不同部位的骨密度，包括腰椎、股骨颈和髋关节，可以有效阻止骨质酥松（见文献：YamaguchiS,NathS,MatsushitaT,etal.ControlledreleaseofstrontiumionsfromabioactiveTimetalwithaCa-enrichedsurfacelayer[J].ActaBiomaterialia,2014,10(5):2282-2289.）。与此同时，很多学者在上述两种骨填充材料中引入孔隙结构，制成多孔HA材料，以此来增加材料的比表面积，更容易使骨细胞在其表面粘附生长，使得材料在填充骨缺损部位后与骨组织形成长期稳定的生物锁合。但是，原本力学性能较差的HA，再引入孔隙结构，无疑更加使其力学性能进一步受到破坏，无法在临床上满足其力学性能的基本要求，而且，文献表明，若要引入骨细胞在其表面粘附生长，还需要高的孔隙率（30%-50%）和大的孔径（300-500μm），然而，问题是越高的孔隙参量（孔隙率和孔隙尺度），就会导致越差的力学性能。另一方面，目前制备多孔HA生物陶瓷的方法有模板法、溶胶凝胶法、泡沫法等，这些制备方法不但容易引入杂质，而且在制备过程中为了材料的力学稳定性往往需要添加像聚乙烯醇的粘结剂，而这些添加剂可能在制备过程中无法完全去除，而残留的聚乙烯醇已被证明具有肝胆毒性，无法用在生物医用领域。基于上述原因，十分有必要设计一种功能梯度一体化的多孔骨填充支架，在成分上，将HA与Ag掺杂，制备成既有成骨活性和抗菌性，引入骨细胞生长增加材料的骨整合性能，内层又有Sr作为诱导因子，促进骨细胞增殖分化；在结构上，采取梯度结构设计，与骨组织接触的一层（最外层）设计为高孔隙率、大孔径的多孔层，可以为骨细胞提供稳定生长增殖平台，中间层，设计为功能型的诱导平台，既诱导外接骨组织向材料中心长入，促进骨生长，中心层，设计为高致密度的强度层，主要为整体的骨支架提供力学稳定性，使整体材料既具有高孔隙率、大孔径的同时还具有好的力学性能，使三者的结合不再矛盾。放电等离子烧结（SparkPlasmaSintering，SPS）是一种粉末快速固结的新型技术。SPS利用强电流的脉冲电源来激发和促进材料的固结和反应烧结过程。相较于传统技术，SPS在加工过程中，对各类导体、非导体以及复合材料的密度值均可调节至任意需求值。SPS最大程度的缩短了实验时间及能耗，同时又完美的保持了材料的微纳结构。基于此，本专利技术通过采用梯度功能一体化的设计思路结合放电等离子烧结技术烧结温度低、升温速度快、制备过程洁净的优点，制备一种具有活性夹层的抗菌型功能梯度多孔HA-Ag骨填充支架材料。
技术实现思路
本专利技术针对目前HA骨修复支架材料存在的问题，提供了一种具有抗菌型活性夹层的功能梯度多孔HA-Ag骨填充支架的制备方法；目的在于进一步提高骨填充支架的生物活性、成骨活性和抗菌性，同时解决支架材料的高孔隙结构与高力学性能无法共存的问题，有效提高骨填充支架在骨缺损部位植入的长期稳定性。具体包括以下步骤：（1）按羟基磷灰石（HA）97%～80%、Ag3～20%的质量百分比，分别称取100nm的羟基磷灰石（HA）粉末和Ag粉末，将两种粉末放入玛瑙球磨罐中进行球磨，用酒精密封后抽真空至20~30Pa，然后球磨50~100h，所得混合粉末仍置于酒精中，备用；（2）将步骤（1）中得到的HA-Ag粉末与NH4HCO3粉末在混料机内混合120~240min得到混合粉末A；混合粉末中HA-Ag粉末的质量百分比为95%~75%，NH4HCO3粉末的质量百分比为5%~25%，筛分粒径100~700μm。（3）按Sr95%~90%、NH4HCO3粉末5%~10%的质量百分比，分别称取Sr粉末和NH4HCO3粉末在混料机内混合30~60min得到混合粉末B。（4）称取10~20g，纯度超过99.7%，粒度为100nm的HA粉末，记为粉末C，备用。（5）将步骤（2）、步骤（3）和步骤（4）得到的粉末梯度铺放装入镀Cr的合金钢模具中，首先装混合粉末A，再装混合粉末B作为活性夹层，再装粉末C，最后装混合粉末B和混合粉末A，形成中心层为羟基磷灰石，次层为混合粉末B，最外层是混合粉末A的夹层结构；。将装好粉末的模具在50~100MPa的单项压力下冷压成型，退模后得到块体压坯。（6）将步骤（5）得到的块体压坯装入石墨模具中，再置入放电等离子烧结炉中，系统真空抽至2~6Pa后进行烧结，升温速率为50~100min/℃，在800～1000℃下保温5～10min，随炉冷却至室温即可得抗菌型功能梯度多孔HA-Ag骨填充支架材料。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：（1）生物活性，成骨活性好。其材料中成分主要为外层HA掺杂Ag元素，内层为多孔Sr，能够主动诱导骨细胞的粘附，促进骨细胞增殖，成骨活性好，还具有有效抗菌作用。（2）孔隙参量可控，生物相容性好。所制备的多孔支架在满足高孔隙率、大孔径的同时还不会破坏材料本身的力学强度，使得材料在保持力学稳定性的同时能够为周围的骨细胞提供良好的生长增殖平台。（4）采用本专利技术方法制备的抗菌型功能梯度多孔HA-Ag骨填充支架可以作为理想的人骨组织替换材料，同时本专利技术方法工艺简单、操作方便、成本低廉，易于实现工业化生产。附图说明图1为本专利技术实施例多孔HA-Ag骨填充支架的结构简图。图2为本专利技术实施例Ag粉末原料的扫描电镜图片。图3为本专利技术实施例多孔HA-Ag骨填充支架与兔骨髓间充质干细胞的细胞增殖率（MTT）图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1（1）按羟基磷灰石（HA）97%、Ag3%的质量百分比，分别称取100nm的羟基磷灰石（HA）粉末和Ag粉末，将上述两种粉末放入玛瑙球磨罐中进行球磨，用酒精密封后抽真空至20Pa，然后球磨50h，所得HA-Ag混合粉末仍置于酒精中，备用；（2）将步骤（1）中得到的HA-Ag粉末与NH4HCO3粉末在混料机内混合120min得到混合粉末A；混合粉末A中HA-Ag粉末的质量百分比为95%，NH4HCO3粉末的质量百分比为5%，筛分平均粒径100μm。（3）按Sr粉末95%、NH4HCO3粉末5%的质量百分比，分别称取Sr粉末和NH4HCO3粉末在混料机内混合30min得到混合粉末B。（4）称取10g，纯度超过99.7%，粒度为100nm的羟基磷灰石HA粉末，记为粉末C，备用。（5）将步骤（2）步骤（3）和步骤（4）得到的粉末梯度铺放装入镀Cr的合金钢模具中，首先装混合粉末A，再装混合粉末B作本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有活性夹层的抗菌型功能梯度多孔HA‑Ag骨填充支架的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：（1）按羟基磷灰石（HA ）97%～80%、Ag 3～20%的质量百分比，分别称取100 nm的羟基磷灰石（HA ）粉末和Ag粉末，将两种粉末放入玛瑙球磨罐中进行球磨，用酒精密封后抽真空至20~30Pa，然后球磨50~100 h，所得混合粉末仍置于酒精中，备用；（2）将步骤（1）中得到的HA‑Ag粉末与NH4HCO3粉末在混料机内混合120~240min得到混合粉末A；其中以质量百分比计在混合粉末A中，HA‑Ag粉末为95%~75%，NH4HCO3粉末为5%~25%，混合粉末A筛分粒径100~700μm；（3）以质量百分比计，按Sr粉末占 95%~90%，NH4HCO3粉末占5%~10%，分别称取Sr粉末和NH4HCO3粉末在混料机内混合30~60min后得到混合粉末B；（4）称取10~20g ，纯度超过99.7%，粒度为100nm的羟基磷灰石（HA）粉末，记为粉末C，备用；（5）将步骤（2）、步骤（3）和步骤（4）分别获得到的粉末梯度铺放装入镀Cr的合金钢模具中，首先装混合粉末A，再装混合粉末B作为活性夹层，再装粉末C，最后装混合粉末B和混合粉末A，形成中心层是羟基磷灰石，次层为混合粉末B，最外层是混合粉末A的夹层结构；将装好上述三种粉末的模具在50~100MPa的单项压力下冷压成型，退模后得到块体压坯；（6）将步骤（5）得到的块体压坯装入石墨模具中，再置入放电等离子烧结炉中，系统真空抽至2~6 Pa后进行烧结，升温速率为50~100min/℃，在800～1000℃下保温5～10 min，随炉冷却至室温即可得抗菌型功能梯度多孔HA‑Ag骨填充支架材料。...
【技术特征摘要】
1.一种具有活性夹层的抗菌型功能梯度多孔HA-Ag骨填充支架的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：（1）按羟基磷灰石（HA）97%～80%、Ag3～20%的质量百分比，分别称取100nm的羟基磷灰石（HA）粉末和Ag粉末，将两种粉末放入玛瑙球磨罐中进行球磨，用酒精密封后抽真空至20~30Pa，然后球磨50~100h，所得混合粉末仍置于酒精中，备用；（2）将步骤（1）中得到的HA-Ag粉末与NH4HCO3粉末在混料机内混合120~240min得到混合粉末A；其中以质量百分比计在混合粉末A中，HA-Ag粉末为95%~75%，NH4HCO3粉末为5%~25%，混合粉末A筛分粒径100~700μm；（3）以质量百分比计，按Sr粉末占95%~90%，NH4HCO3粉末占5%~10%，分别称取Sr粉末和NH4HCO3粉末在混料机内混...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘学坤，谢辉，陆玉姬，
申请(专利权)人：云南省第一人民医院，
类型：发明
国别省市：云南;53
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