一种锌黄长石/硅酸钙复合生物陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锌黄长石/硅酸钙复合生物陶瓷材料及其制备方法，该复合生物陶瓷材料组分为Ca2ZnSi2O7–CaSiO3可控降解锌黄长石/硅酸钙复合生物陶瓷材料；本发明专利技术利用沉淀法与溶胶凝胶法分别制备均一性硅酸钙与锌黄长石粉体，粉体均匀混合后冷等静压成型，再利用马弗炉烧结，获得锌黄长石/硅酸钙复合生物陶瓷材料；通过调节混合粉料中锌黄长石的含量及烧结温度与时间，在保证复合材料生物活性的前提下，实现复合陶瓷材料降解速率的可控、可调，适应不同年龄阶段的病人和不同修复部位骨组织生长速度的需求；本发明专利技术制备工艺简单、快捷，操作简便、可控，易于推广应用。

A zine feldspar / calcium silicate composite bioceramic material and its preparation method

The invention discloses a Hardystonite / calcium silicate composite bio ceramic material and its preparation method, the composite bioceramic materials were divided into Ca2ZnSi2O7 - CaSiO3 controlled degradation of Hardystonite / calcium silicate bioceramic composite materials; precipitation method and sol-gel method were prepared by homogeneous calcium silicate and zinc yellow feldspar powder according to the invention, the powder mixed with cold isostatic pressing, sintering by muffle furnace, obtain Hardystonite / calcium silicate bioceramic composite materials; by adjusting the mixed powder of zinc in yellow feldspar content and sintering temperature and time, on the premise of ensuring the bioactive composites, controllable, composite ceramic material degradation rate can be adjusted to adapt to the bone tissue of different age patients and different repair site the growth rate of demand; the preparation process is simple, fast, easy to operate, It is controllable and easy to popularize and apply.

【技术实现步骤摘要】
一种锌黄长石/硅酸钙复合生物陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及生物材料领域，具体为一种锌黄长石/硅酸钙复合生物陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
生物陶瓷材料具有特定的生物或生理功能，作为生物硬组织替代材料广泛的应用于骨科、整形外科、牙科、口腔外科等领域。随着生命科学和材料科学的不断发展，对生物材料的要求也不断提高，其不仅应具有良好的生物活性及生物相容性，还应具备适宜的降解性，降解过程中可诱导组织再生，促进人体自身修复。同时值得注意的是，不同年龄阶段的患者以及不同修复部位骨组织生长速度不同，对植入体材料活性及降解速度的要求也不尽相同。理想的骨修复材料应当具有良好的生物相容性和生物活性，降解速度应与植入对象、植入部位新生骨组织的生长速度相匹配。硅酸钙陶瓷(CaSiO3)具有良好的生物活性,在生物材料领域的应用备受关注。已有研究结果表明，硅酸钙陶瓷植入生物体后能够与相邻硬骨组织形成良好键合，表现出良好的骨诱导性。然而，硅酸钙陶瓷降解速率高，易使其机械强度下降；另一方面，材料溶解效应易造成材料周围液体介质pH值显著增加，而高pH值环境不利于细胞的生产与存活。如何综合调控硅酸钙生物陶瓷的生物活性和降解性，使其适用于各种不同生理条件和种植部位成为该类材料研究和临床应用的一个关键问题。锌黄长石(Ca2ZnSi2O7)兼备良好的生物活性及力学性能。同时生物降解实验也表明，锌黄长石降解速度明显低于硅灰石，且降解过程溶解析出锌离子。锌(Zn)是人体内的一种重要的微量元素，在新陈代谢过程中起着重要作用，将刺激骨组织的形成与矿化。此外，锌在人体免疫系统中起着重要的作用，被认为是一种有效的抗菌剂。因此，以锌黄长石为添加相与硅灰石混合，对硅灰石进行改性，制备出硅酸钙/锌黄长石复合生物陶瓷，得到生物活性、降解速度可控、可调的复合生物陶瓷材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锌黄长石/硅酸钙复合生物陶瓷材料及其制备方法；制备出的锌黄长石/硅酸钙复合生物陶瓷材料，生物活性及相容性优良，且降解速率可控、可调。为实现上述目的本专利技术采用以下技术方案：一种复合生物陶瓷材料，该复合生物陶瓷材料组分为Ca2ZnSi2O7–CaSiO3，是一种可控降解锌黄长石/硅酸钙复合生物陶瓷材料。上述复合生物陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1)，制备硅酸钙、锌黄长石粉体材料；步骤2)，将步骤1)制备得到的粉体按一定质量比例混料、压块获得坯料，放入马弗炉煅烧、保温，烧结完毕，随炉冷却，得到锌黄长石/硅酸钙复合生物陶瓷材料。作为本案专利技术进一步方案，步骤1)利用沉淀法和溶胶凝胶法分别精确制备均一性硅酸钙和锌黄长石材料，经球磨、筛分后得到粉体。作为本案专利技术进一步方案，硅酸钙粉体制备方法如下：配置等浓度Ca(NO3)2·4H2O和NaSiO3·9H2O两种溶液，将NaSiO3·9H2O溶液逐滴缓慢加入到Ca(NO3)2·4H2O溶液中，使用搅拌器持续搅拌，直到两溶液等摩尔反应完毕，反应生成白色絮状沉淀物用去离子水、无水乙醇反复洗涤抽滤，放入干燥箱干燥，于马弗炉中700℃煅烧，经研磨、筛分得到硅酸钙粉体。作为本案专利技术进一步方案，锌黄长石粉体制备方法如下：以正硅酸乙酯、四水硝酸钙、六水硝酸锌为硅源、钙源及锌源，按摩尔比2:2:1称量，制备时依次加入水、正硅酸乙酯、硝酸，磁力搅拌一小时再加入六水硝酸锌和四水硝酸钙，待原料完全溶解后于室温下放至凝胶化，随后凝胶在60℃恒温水浴中老化3天，凝胶粉体研磨后在120℃烘箱内烘干，随后在900℃下进行烧结2h，研磨、筛分得到锌黄长石粉体。作为本案专利技术进一步方案，硅酸钙和锌黄长石粉体粒径为38–76μm。作为本案专利技术进一步方案，硅酸钙与锌黄长石粉体放入行星式球磨机中混料均匀，于200MPa压力下冷等静压成型，保压1min，获得坯料。作为本案专利技术进一步方案，坯料烧结温度为900℃－1200℃，升温速率为3－10℃/min，烧结时间1－4h。作为本案专利技术进一步方案，锌黄长石质量百分比为5–40wt.％。本专利技术的有益效果是：本专利技术利用沉淀法与溶胶凝胶法分别制备均一性硅酸钙与锌黄长石粉体，粉体均匀混合后冷等静压成型，再利用马弗炉烧结，获得锌黄长石/硅酸钙复合生物陶瓷材料；通过调节混合粉料中锌黄长石的含量及烧结温度与时间，在保证复合材料生物活性的前提下，实现复合陶瓷材料降解速率的可控、可调，适应不同年龄阶段的病人和不同修复部位骨组织生长速度的需求；本专利技术制备工艺简单、快捷，操作简便、可控，易于推广应用。附图说明图1为900℃烧结所获xCa2ZnSi2O7–(100-x)CaSiO3复合陶瓷X-射线衍射图谱。图2为900℃烧结所获锌xCa2ZnSi2O7–(100-x)CaSiO3复合陶瓷模拟体液浸泡浸泡4周后的X-射线衍射图谱。图3为900℃烧结锌黄长石含量为10wt％复合陶瓷试样模拟体液浸泡28天后的表面形貌。图4为1000℃烧结所获锌黄长石含量为10wt％的复合陶瓷试样模拟体液浸泡28天后的表面形貌。图5为900℃烧结锌黄长石/硅酸钙复合生物陶瓷Tris–HCl缓冲溶液降解示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。一种复合生物陶瓷材料，该复合生物陶瓷材料组分为Ca2ZnSi2O7–CaSiO3，是一种可控降解锌黄长石/硅酸钙复合生物陶瓷材料。一种锌黄长石/硅酸钙复合生物陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1)，分别制备硅酸钙与锌黄长石，球磨、筛分后获得粉体。步骤2)，将步骤1)制备得到的粉体均匀混合，冷等静压成型后放入马弗炉烧结，获得锌黄长石/硅酸钙复合生物陶瓷。步骤1)中硅酸钙粉体制备方法如下：配置等浓度Ca(NO3)2·4H2O和NaSiO3·9H2O两种溶液，将NaSiO3·9H2O溶液逐滴缓慢加入到Ca(NO3)2·4H2O溶液中，使用搅拌器持续搅拌,直到两溶液等摩尔反应完毕。反应生成白色絮状沉淀物用去离子水、无水乙醇反复洗涤抽滤，放入干燥箱干燥，于马弗炉中700℃煅烧，研磨、筛分得到38–76um粉体。锌黄长石粉体制备方法如下：以正硅酸乙酯、四水硝酸钙、六水硝酸锌为硅源、钙源及锌源，按摩尔比2:2:1称量。制备时依次加入水、正硅酸乙酯、硝酸，磁力搅拌一小时再加入六水硝酸锌和四水硝酸钙，待原料完全溶解后于室温下放至凝胶化，随后凝胶在60℃恒温水浴中老化3天。凝胶粉体研磨后在120℃烘箱内烘干，随后在900℃下进行烧结2h，研磨、筛分得到38–76um粉体。步骤2)，将步骤1)制备的硅酸钙、锌黄长石粉体按一定质量比例(锌黄长石百分含量为5–40wt.％)放入行星式球磨机中均匀混合，混合粉末冷等静压成型后放入马弗炉中于900℃－1200℃煅烧。图1为900℃烧结2h后复合陶瓷试样的X–射线衍射图谱。结果表明，复合陶瓷由硅酸钙、锌黄长石两相组成，无其他物相；图2为复合陶瓷试样模拟体液浸泡28天后的X–射线衍射图谱。可见，试样表面均有羟基磷灰石生成，复合陶瓷试样表现出良好的生物活性。可见，不同烧结温度所获复合陶瓷试样模拟体液浸泡后表面形貌，如图3及图4所示，试样表面出现羟基磷灰石球状颗粒。图5是复合生物陶瓷Tris–HCl缓冲溶液中降解示意图，硅酸钙陶瓷试样作为对比试样。结果表明，所获复合陶瓷材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合生物陶瓷材料，其特征在于，该复合生物陶瓷材料组分为Ca2ZnSi2O7–CaSiO3，是一种可控降解锌黄长石/硅酸钙复合生物陶瓷材料。

【技术特征摘要】
1.一种复合生物陶瓷材料，其特征在于，该复合生物陶瓷材料组分为Ca2ZnSi2O7–CaSiO3，是一种可控降解锌黄长石/硅酸钙复合生物陶瓷材料。2.一种如权利要求1所述复合生物陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)，制备硅酸钙、锌黄长石粉体材料；步骤2)，将步骤1)制备得到的粉体按一定质量比例混料、压块获得坯料，放入马弗炉煅烧、保温，烧结完毕，随炉冷却，得到锌黄长石/硅酸钙复合生物陶瓷材料。3.如权利要求2所述复合生物陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤1)利用沉淀法和溶胶凝胶法分别精确制备均一性硅酸钙和锌黄长石材料，经球磨、筛分后得到粉体。4.如权利要求2或3所述复合生物陶瓷材料的制备方法，其特征在于，硅酸钙粉体制备方法如下：配置等浓度Ca(NO3)2·4H2O和NaSiO3·9H2O两种溶液，将NaSiO3·9H2O溶液逐滴缓慢加入到Ca(NO3)2·4H2O溶液中，使用搅拌器持续搅拌，直到两溶液等摩尔反应完毕，反应生成白色絮状沉淀物用去离子水、无水乙醇反复洗涤抽滤，放入干燥箱干燥，于马弗炉中700℃煅烧，经...

【专利技术属性】
技术研发人员：马杰，王长征，黄宝旭，赵性川，
申请(专利权)人：聊城大学，
类型：发明
国别省市：山东,37