一种提高氧化锆陶瓷材料生物活性的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高ＺｒＯ↓［２］陶瓷材料生物活性的方法，其特征在于先将其先后浸渍在０．１Ｍ　　ＮａＯＨ溶液中处理，然后经去离子水清洗后，浸渍在０．０５－１Ｍ磷酸或者磷酸无机盐的溶液中，调节ｐＨ为１－７，或在５０－１００℃处理３－５小时，或者在１００－２１０℃温度下进行水热处理，最后经处理后的材料进一步在６００－１０００℃温度范围内煅烧热处理，使表面结构部分或全部转变为ＺｒＯ（ＰＯ↓［３］）↓［２］，与基体ＺｒＯ↓［２］紧密结合，本发明专利技术提供的表面处理工艺，易于控制且可大幅度提高ＺｒＯ陶瓷的生物活性，适用于块体或多孔ＺｒＯ↓［２］陶瓷。

Method for improving biological activity of zirconia ceramic material

The invention relates to a method of 2 bioactive ceramics for improving ZrO, here, which is characterized in that it first has impregnated in 0.1M NaOH solution, and then by deionized water after cleaning, soaking in solution 0.051M phosphate or phosphate salt, adjusting pH to 50 - 100 in 1-7, or treatment 3 - 5 hours, or at 100 - 210 DEG C temperature hydrothermal treatment, the treated material further in the 600 - 1000 DEG C temperature range of calcined heat treatment, the surface structure of all or part into ZrO (PO: 3): 2, ZrO: 2 and matrix \combination of surface treatment technology provided by the invention is easy to control and can improve the biological activity of ZrO ceramics greatly , suitable for bulk or porous ZrO down 2 ceramic.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种提高ZrO2陶瓷材料生物活性的方法，更确切的说是一种采用表面处理方法，提高部分稳定氧化锆陶瓷生物活性，属于生物陶瓷的制备工艺和应用领域。
技术介绍
羟基磷灰石是骨组织的主要成分，具有良好的生物活性和生物相容性。但是，由于强度和韧性太低，应用范围受到很大限制，只能应用到不受或者部分承受载荷的场合。为提高羟基磷灰石的力学性能，人们做了大量工作，如使用氧化铝或者氧化锆来增强，引入有机物来制备有机无机复合材料等，但是，虽然材料的力学性能及可靠性有所提高。然而，距离实际应用仍然存在很大差距。到目前为止，用于承受载荷的人工骨材料，仍然停留在钛合金和氧化铝/氧化锆材料上。但是，由于这些材料均为生物惰性，在植入人体后难以和周围组织形成结合，容易引起周围组织纤维化，长期使用也会引起植入体错位和损坏。一个切实可行的途径是对原有材料进行表面处理，提高材料的表面活性和与周围组织的相容性。目前，关于氧化铝和钛合金材料，已经报道了一些结果。但是，关于氧化锆材料，仍然未见报道。关于磷酸锆的文献有一些，但是主要集中在色谱和分离领域，使用多孔、高比表面、纯ZrO2粉末，利用磷酸或者磷酸盐来改性粉体表面，生成磷酸酯化结构，阻止分离过程中ZrO2表面基团对蛋白质和其他生物大分子的吸附。也有采用磷酸锆作为组分之一，制备涂层或者陶瓷材料的报道，主要是利用磷酸锆的生物活性和稳定性，和本专利技术的表面处理工艺不同。此外，有一篇专利提到使用多孔复相陶瓷结构，主相为氧化铝、氧化锆或者氧化钛，使用五氧化二磷掺杂，应用于催化领域，与本专利也完全不同。到目前为止，尚未见到关于使用该方法来进行部分稳定氧化锆陶瓷的表面处理，并且在生物材料领域应用的文献和专利。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氧化锆陶瓷表面改性的方法，包括选择化学试剂，通过反应和后处理，使陶瓷表面形成一层生物活性强，无毒，不易降解，性能稳定的结合层，提高氧化锆陶瓷的生物活性。本专利技术采用水作为反应介质，磷酸或者磷酸无机盐溶液，包括磷酸(H3PO4)，五氧化二磷(P2O5)，磷酸氢二氨((NH4)2HPO4))，磷酸二氢氨(NH4H2PO4)，磷酸氢二钾(K2HPO4)，磷酸二氢钾(KH2PO4)等溶液作为反应试剂。其处理工艺包括本专利技术提供的之一，其特征在于(a)将部分稳定的常规烧结ZrO2陶瓷材料浸渍在0.1M HCl溶液中处理1小时；(b)将步骤(a)处理后的陶瓷材料经去离子水清洗后，浸渍在0.1M NaOH溶液中处理1小时；(c)将步骤(b)处理后的陶瓷材料经去离子水清洗后浸渍在0.05-1M磷酸或者磷酸无机盐的溶液中，采用1M HCl作为背景电解质，调节溶液pH为1-7，50-100℃进行表面处理3-5小时；(d)将步骤(c)处理后的陶瓷材料，经去离子水清洗后烘干，再在600-1000℃的温度范围内煅烧热处理，使表面结构部分或全部转变为ZrO(PO3)2，与基体ZrO2结合紧密；所述的磷酸无机盐溶液为五氧化二磷(P2O5)，磷酸(H3PO4)，磷酸氢二氨((NH4)2HPO4))，磷酸二氢氨(NH4H2PO4)，磷酸氢二钾(K2HPO4)，磷酸二氢钾(KH2PO4)，磷酸氢二钠(Na2HPO4)，磷酸二氢钠(NaH2PO4)中任意一种；步骤(c)表面处理时间为3-5小时；步骤(d)煅烧热处理时间为2-10小时。本专利技术提供的之二，其特征在于(a)将部分稳定的常规烧结的ZrO2陶瓷材料浸渍在0.1M HCl溶液中处理1小时；(b)将步骤(a)处理后的陶瓷材料经去离子水清洗后，浸渍在0.1M NaOH溶液中处理1小时； (c)将步骤(b)处理后的陶瓷材料经去离子水清洗后浸渍在0.05-1M磷酸或者磷酸无机盐的溶液中，采用1M KCl作为背景电解质，调节溶液pH为1-7，在100-210℃的温度范围内进行水热处理，处理时间为1-24小时；(d)将步骤(c)处理后的陶瓷材料，经去离子水清洗后烘干，再在600-1000℃的温度范围内煅烧热处理2-10小时，使表面结构部分或全部转变为ZrO(PO3)2，与基体ZrO2结合紧密；所述的磷酸无机盐溶液为五氧化二磷(P2O5)，磷酸(H3PO4)，磷酸氢二氨((NH4)2HPO4))，磷酸二氢氨(NH4H2PO4)，磷酸氢二钾(K2HPO4)，磷酸二氢钾(KH2PO4)，磷酸氢二钠(Na2HPO4)，磷酸二氢钠(NaH2PO4)中任意一种；步骤(c)表面处理时间为3-5小时。本专利技术采用磷酸或者磷酸盐对氧化锆陶瓷进行表面处理，其中磷酸或者磷酸盐与氧化锆表面的反应如下(1)在酸性环境和升温条件下处理，磷酸或者磷酸盐可以和氧化锆表面的羟基反应，生成酯化结构；采用水热处理，也可以得到类似结果；(2)进一步高温处理后，该结构部分或者全部转变为ZrO(PO3)2，其中ZrO(PO3)2结构非常稳定，不易分解和吸收。而且与基体ZrO2陶瓷结合紧密。由于ZrO(PO3)2具有高的生物活性，因此提高了材料的生物相容性。下面对本专利技术作详细说明。本专利技术所使用的氧化锆粉体为部分稳定氧化锆，包括两种组分(A)主要组分氧化锆，摩尔含量在92-99.5％；(B)稳定组分Y2O3，CeO2，MgO等氧化物，摩尔含量在0.5-8％。该氧化锆在工业领域应用很广，有产品可售。其制造方法在陶瓷工业
也众所周知。使用的反应试剂包括五氧化二磷，磷酸，磷酸氢二铵，磷酸二氢铵，磷酸氢二钾，磷酸二氢钾等无机盐。这些也是常用的试剂，在研究领域应用很多，有产品可售。其制备方法在该领域也人所共知。本专利技术采用表面处理的方法，来提高氧化锆陶瓷的表面活性，促进细胞和组织在陶瓷表面的生长，增加植入体与周围组织的亲和性，使植入体能够更加牢固，持久。实验对比发现，在处理后，骨细胞在材料表面附着并铺展，表现出良好的生物活性。而没有处理的样品，则没有明显的细胞附着和生长倾向。本专利技术提供的表面处理工艺方法很容易实现，工艺过程也易于控制。适用于不同尺寸、形状的氧化锆陶瓷，极易在关节置换中应用。同时对实验研究也有很强的指导作用。本专利技术提供的表面处理提高ZrO2陶瓷材料生物活性方法，对全稳定的ZrO2陶瓷也是可行的，只是全稳定ZrO2陶瓷力学性能等不及部分稳定，因而很少有人考虑作为生物活性材料使用。具体实施例方式以下所述实施例详细说明了本专利技术，以进一步阐述本专利技术实质性和显著的进步。实施例1先将部分稳定氧化锆陶瓷用众所周知的方法烧结，然后浸渍在0.1M HCl溶液中处理1小时。用去离子水清洗后，在浸渍在0.1M NaOH溶液中处理1小时。然后将样品用去离子水清洗，干燥。配制0.1M H3PO4溶液，采用1M KCl作为背景电解质，加入氧化锆陶瓷，50-100℃回馏4小时。然后取出氧化锆样品，去离子水清洗，干燥后在600℃煅烧2小时。实施例2先将部分稳定氧化锆陶瓷用众所周知的方法烧结，然后浸渍在0.1M HCl溶液中处理1小时。用去离子水清洗后，在浸渍在0.1M NaOH溶液中处理1小时。然后将样品用去离子水清洗，干燥。配制0.05M NH4H2PO4溶液，采用1M KCl作为背景电解质，用HCl调节pH值在1左右，加入氧化锆陶瓷，回馏4小时。然后取出氧化锆样品，去离子水清洗，干燥后在700℃煅烧6小时。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高氧化锆陶瓷材料生物活性的方法，其特征在于：（ａ）将部分稳定的常规烧结的ＺｒＯ↓［２］陶瓷材料浸渍在０．１ＭＨＣｌ溶液中处理；（ｂ）将步骤（ａ）处理后的陶瓷材料经去离子水清洗后，浸渍在０．１ＭＮａＯＨ溶液中处理 ；（ｃ）将步骤（ｂ）处理后的陶瓷材料经去离子水清洗后浸渍在０．０５－１Ｍ磷酸或者磷酸无机盐的溶液中，采用１ＭＨＣｌ作为背景电解质，调节溶液ｐＨ为１－７，５０－１００℃进行表面处理；（ｄ）将步骤（ｃ）处理后的陶瓷材料，经去 离子水清洗后烘干，再在６００－１０００℃的温度范围内煅烧热处理，使表面结构部分或全部转变为ＺｒＯ（ＰＯ↓［３］）↓［２］，与基体ＺｒＯ↓［２］结合紧密。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张景贤，林庆玲，江东亮，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]