一种利用金属元素掺杂羟基磷灰石制备3D陶瓷支架的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用金属元素掺杂羟基磷灰石制备3D陶瓷支架的方法，包括以下步骤：步骤1：采用同沉淀法分别制备掺杂不同金属元素羟基磷灰石粒子MgHA和CuHA；步骤2：分别称取MgHA和CuHA，加入到海藻酸钠溶液中混合均匀，得到浆料B；步骤3：将步骤2中的浆料B置于盛有CaCl2溶液的模具中成型，加压组装后形成支架初坯；步骤4：将支架初坯梯度烧结即可获得所需要的3D陶瓷支架；本发明专利技术孔隙率和贯通性好，采用纤维丝盘旋固化方法形成纤维状支架，结构方便调控，制备过程简单易行。

A method for preparing 3D ceramic scaffolds by using metal elements doped with hydroxyapatite

The invention discloses a method for preparing 3D ceramic scaffolds by doping metal elements with hydroxyapatite. The method comprises the following steps: step 1: preparing hydroxyapatite particles MgHA and CuHA doped with different metal elements by the same precipitation method; step 2: weighing MgHA and CuHA respectively and adding them into sodium alginate solution to mix evenly to obtain the scaffolds. Step 3: Put the slurry B in step 2 into a mold containing CaCl2 solution and assemble it under pressure to form the scaffold preliminary billet; Step 4: Gradient sintering of the scaffold preliminary billet can obtain the required 3D ceramic scaffold; The invention has good porosity and penetration, and the fiber-like scaffold is formed by the method of fiber-wire coiling solidification. The structure is convenient to control, and the preparation process is simple and feasible.

【技术实现步骤摘要】
一种利用金属元素掺杂羟基磷灰石制备3D陶瓷支架的方法
本专利技术涉及多孔结构生物陶瓷支架的制备方法
，具体涉及一种利用金属元素掺杂羟基磷灰石制备3D陶瓷支架的方法。
技术介绍
羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)是脊椎动物骨骼和牙齿最重要的无机成分，被广泛用作生物医学材料；由于磷灰石结构的灵活性，银、锌、铋、铜、锶、硅酸盐、碳酸盐等各种离子在Ca/P结构中被取代，以改善其抗菌性能、机械强度、溶解度；HA的微观结构已被证明在细胞行为的测定中起着至关重要的作用；然而，在HA支架表面制备微结构比较困难，因此模拟骨结构是支架设计的一个很好的选择；一般来说，纳米HA粉体可以通过多种方法合成，包括固态和湿化学方法、水热法、机械化学技术、pH激波、微波处理、谁惹微乳液和微乳化技术；在过去的几十年里，引入了许多不同的方法来制备纳米粒子，并对微结构、颗粒形状和大小进行了精确的控制。虽然有研究表明，羟基磷灰石元素多取代比单独离子或共替代化物掺杂的掺杂量更少；但一些研究已表明，相比引入单独的掺杂离子，同时引入多于一种的掺杂元素到HA晶格中有利于他们在HA结构中的适应性；但是现有的制备方法存在多种微量元素掺入会使HA化学成分结构变得较差，HA结构或支架内离子具有局限性；用单个或共替代双重无机离子替代HA结构或支架已经足够；HA支架的表面结构与自然骨不同，表面结构可能会给细胞和组织提供合适的环境；使用一种类型的替代HA离子粉末来制备掺有元素的HA支架，实验中不能以相同比例固定Ca/P相，实验中难以代替多离子；所以离子掺入支架收到很大的限制。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题本专利技术提供一种孔隙率和贯通性好的利用金属元素掺杂羟基磷灰石制备3D陶瓷支架的方法。本专利技术采用的技术方案是：一种利用金属元素掺杂羟基磷灰石制备3D陶瓷支架的方法，包括以下步骤：步骤1：采用同沉淀法分别制备掺杂不同金属元素羟基磷灰石粒子MgHA和CuHA；步骤2：分别称取MgHA和CuHA，加入到海藻酸钠溶液中混合均匀，得到浆料B；步骤3：将步骤2中的浆料B置于盛有CaCl2溶液的模具中成型，加压组装后形成支架初坯；步骤4：将支架初坯梯度烧结即可获得所需要的3D陶瓷支架。进一步的，所述步骤1具体过程如下：S1：分别配置浓度均为0.1mol/L的硝酸钙溶液、硝酸镁溶液、硝酸铜溶液和磷酸氢二钠溶液；S2：取步骤S1中的硝酸钙溶液和硝酸镁溶液混合，将磷酸氢二钠溶液逐渐滴入上述混合溶液中，直至溶液中Mg离子与Mg+Ca离子摩尔比为0.05，Mg+Ca离子与P的摩尔比为1.67；S3：取步骤S1中的硝酸钙溶液和硝酸铜溶液混合，将磷酸氢二钠溶液逐渐滴入上述混合溶液中，直至溶液中Cu离子与Cu+Ca离子摩尔比为0.05，Cu+Ca离子与P的摩尔比为1.67；S4：分别将步骤S2和S3中的溶液陈化后离心，洗涤干燥既得MgHA和CuHA。进一步的，所述步骤2中的海藻酸钠溶液为3wt％的水溶液。进一步的，所述步骤2中制备得到的浆料B中，(MgHA+CuHA)与海藻酸钠的质量比为7:1，MgHA和CuHA的质量比为1:0.25～1:5。进一步的，步骤3中成型过程如下：将浆料B用注射器缓慢注射至盛有CaCl2溶液的模具中，其中CaCl2溶液的浓度为200mmol/L。进一步的，所述步骤4中梯度烧结的过程如下：以50℃/h的升温速率从常温升温到120℃，保温2h；以20℃/h的升温速率从120℃升温到320℃，保温2h；以38℃/h的升温速率从320℃升温到700℃，保温2h；以125℃/h的升温速率从700℃升温到1200℃，保温2h；随后随炉降温至室温。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术利用物理共混法制备HA支架，工艺简单、方法方便，用料经济实际；(2)本专利技术与较多元素掺杂而言，能确保实际掺杂元素量与理论值相近，更能保证HA晶格稳定性；(3)本专利技术采用纤维丝盘旋固化方法形成纤维状支架，结构方便调控，制备过程简单易行；(4)本专利技术采用海藻酸钠作为粘合剂，在高温条件下分解，通过烧结将海藻酸钠去除；形成具有不同元素掺杂的HA粉体构成的多元素掺杂HA纤维状支架，具有较好的孔隙率和贯通性。附图说明图1为本专利技术梯度烧结曲线图。图2为羟基磷灰石的SEM图。图3为本专利技术中实施例1制备的陶瓷支架的SEM图。图4为本专利技术中实施例2制备的陶瓷支架的SEM图。图5为本专利技术中实施例3制备的陶瓷支架的SEM图。图6为本专利技术中实施例4制备的陶瓷支架的SEM图。图7为本专利技术中实施例5制备的陶瓷支架的SEM图。具体实施方式下面将结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。一种利用金属元素掺杂羟基磷灰石制备3D陶瓷支架的方法，包括以下步骤：步骤1：采用同沉淀法分别制备掺杂不同金属元素羟基磷灰石粒子MgHA和CuHA；步骤2：分别称取MgHA和CuHA，加入到海藻酸钠溶液中混合均匀，得到浆料B；步骤3：将步骤2中的浆料B置于盛有CaCl2溶液的模具中成型，加压组装后形成支架初坯；步骤4：将支架初坯梯度烧结即可获得所需要的3D陶瓷支架。进一步的，所述步骤1具体过程如下：S1：分别配置浓度均为0.1mol/L的硝酸钙溶液、硝酸镁溶液、硝酸铜溶液和磷酸氢二钠溶液；S2：取步骤S1中的硝酸钙溶液和硝酸镁溶液混合，将磷酸氢二钠溶液逐渐滴入上述混合溶液中，直至溶液中Mg离子与Mg+Ca离子摩尔比为0.05，Mg+Ca离子与P的摩尔比为1.67；S3：取步骤S1中的硝酸钙溶液和硝酸铜溶液混合，将磷酸氢二钠溶液逐渐滴入上述混合溶液中，直至溶液中Cu离子与Cu+Ca离子摩尔比为0.05，Cu+Ca离子与P的摩尔比为1.67；S4：分别将步骤S2和S3中的溶液陈化后离心，洗涤干燥既得MHA。进一步的，所述步骤2中的海藻酸钠溶液为3wt％的水溶液。进一步的，所述步骤2中制备得到的浆料B中，(MgHA+CuHA)与海藻酸钠的质量比为7:1，MgHA和CuHA的质量比为1:0～1:1。进一步的，步骤3中成型过程如下：将浆料B用注射器缓慢注射至盛有CaCl2溶液的模具中，其中CaCl2溶液的浓度为200mmol/L。进一步的，所述步骤4中梯度烧结的过程如下：以50℃/h的升温速率从常温升温到120℃，保温2h；以20℃/h的升温速率从120℃升温到320℃，保温2h；以38℃/h的升温速率从320℃升温到700℃，保温2h；以125℃/h的升温速率从700℃升温到1200℃，保温2h；随后随炉降温至室温。实施例1一种利用金属元素掺杂羟基磷灰石制备3D陶瓷支架的方法，包括以下步骤：步骤1：采用同沉淀法分别制备掺杂不同金属元素羟基磷灰石粒子MgHA和CuHA；具体过程如下：S1：分别配置浓度均为0.1mol/L的硝酸钙溶液、硝酸镁溶液、硝酸铜溶液和磷酸氢二钠溶液；硝酸钙溶液为硝酸钙溶于缓冲液得到、硝酸镁溶液为硝酸镁溶于缓冲液得到、硝酸铜溶液为硝酸铜溶于缓冲液得到、磷酸氢二钠溶液为磷酸氢二钠溶于缓冲液得到；S2：取步骤S1中的硝酸钙溶液和硝酸镁溶液混合，将磷酸氢二钠溶液逐渐滴入上述混合溶液中，搅拌直至溶液中Mg离子与Mg+Ca离子摩尔比为0.05，Mg+Ca离子与P的摩尔比为1.67；S3：取步骤S1中的硝酸钙溶液和硝酸铜溶液混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用金属元素掺杂羟基磷灰石制备3D陶瓷支架的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用同沉淀法分别制备掺杂不同金属元素羟基磷灰石粒子MgHA和CuHA；步骤2：分别称取MgHA和CuHA，加入到海藻酸钠溶液中混合均匀，得到浆料B；步骤3：将步骤2中的浆料B置于盛有CaCl2溶液的模具中成型，加压组装后形成支架初坯；步骤4：将支架初坯梯度烧结即可获得所需要的3D陶瓷支架。

【技术特征摘要】
1.一种利用金属元素掺杂羟基磷灰石制备3D陶瓷支架的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用同沉淀法分别制备掺杂不同金属元素羟基磷灰石粒子MgHA和CuHA；步骤2：分别称取MgHA和CuHA，加入到海藻酸钠溶液中混合均匀，得到浆料B；步骤3：将步骤2中的浆料B置于盛有CaCl2溶液的模具中成型，加压组装后形成支架初坯；步骤4：将支架初坯梯度烧结即可获得所需要的3D陶瓷支架。2.根据权利要求1所述的一种利用金属元素掺杂羟基磷灰石制备3D陶瓷支架的方法，其特征在于，所述步骤1具体过程如下：S1：分别配置浓度均为0.1mol/L的硝酸钙溶液、硝酸镁溶液、硝酸铜溶液和磷酸氢二钠溶液；S2：取步骤S1中的硝酸钙溶液和硝酸镁溶液混合，将磷酸氢二钠溶液逐渐滴入上述混合溶液中，直至溶液中Mg离子与Mg+Ca离子摩尔比为0.05，Mg+Ca离子与P的摩尔比为1.67；S3：取步骤S1中的硝酸钙溶液和硝酸铜溶液混合，将磷酸氢二钠溶液逐渐滴入上述混合溶液中，直至溶液中Cu离子与Cu+Ca离子摩尔比为0.05，Cu+Ca离子与P的摩尔比为1.67；S4：分别将步骤S2和S3中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁杰，阿迪尔，何磊，李兴，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51