蛋白质发泡制备生物医用可降解多孔锌的方法技术

一种蛋白质发泡制备生物医用可降解多孔锌的方法，按以下步骤进行：(1)将锌粉、蛋白质发泡剂、蔗糖和去离子水混合均匀；(2)球磨混合制成球磨浆料；(3)加热至70～110℃进行发泡，随炉冷却；(4)静置固化或者烘干制成固化预制体；(5)进行真空烧结或覆盖石墨烧结，150±2℃、180±2℃、260±2℃、290±2℃、320±2℃、390±2℃和435±2℃时保温25～35min；200±2℃、230±2℃、360±2℃和435±2℃时保温55～65min；随炉冷却。本发明专利技术的方法选择蛋清和胶原蛋白作为发泡剂，对身体无害，发泡效果优良，发泡程度可控；产品孔隙率相对较高；与人体松质骨匹配，能够满足人体植入材料的要求。

Preparation of biodegradable porous zinc by protein foaming

【技术实现步骤摘要】
蛋白质发泡制备生物医用可降解多孔锌的方法
本专利技术属于金属材料冶金及金属材料加工
，特别涉及一种蛋白质发泡制备生物医用可降解多孔锌的方法。
技术介绍
多孔泡沫金属由金属材料与孔隙结构组成，它的密度小，强度高，比表面积大，具有保温隔热，隔音，良好的渗透性和吸附性等，作为功能性材料在医疗领域有着广泛的应用。传统多孔材料的制作方法，可分为铸造法，金属烧结法，沉积法；铸造法分为熔融金属发泡法，渗流铸造法，熔模铸造法；对于熔融金属发泡法主要应用于低熔点的泡沫金属制备，如泡沫铝，泡沫镁，泡沫锌等；渗流铸造法制造的多孔金属孔隙率低于80％，常用于制备多孔不锈钢等，这种方法虽然孔隙率控制准确，但成本较高；熔模铸造法比前者孔隙率更高，成本也较高，但产品强度低；金属烧结法分为粉末烧结法，纤维烧结法，金属氧还原烧结法，有机化合物分解法等；沉积法一般分为电沉积法，气相沉积法和反应沉积法。鸡蛋蛋清和胶原蛋白作为发泡剂，蛋清中的蛋白质，是一种生物高分子材料，在水溶液中可以使气泡具有一定的稳定性，可以把气泡固定在水溶液中，在蔗糖的作用下，形成泡沫浆料，当泡沫浆料的温度或Ph发生变化时，蛋白质会发生不可逆的变性，蛋白质形成的三维网络，将泡沫浆料中的气泡固定住，当浆料固化时会留下很多孔隙结构，蛋白质分子会附着在多孔材料骨架颗粒表面或分散剂表面，当除去蛋白质时也会留下孔隙，形成泡沫金属材料；而且蛋白质发泡成本低，对环境无污染，所以蛋白质是一种理想的发泡剂，多孔泡沫金属的未来应用前景非常广泛。目前利用蛋白质发泡制备多孔金属锌的研究较少。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种蛋白质发泡制备生物医用可降解多孔锌的方法，以蛋白质作为发泡剂制备生物医用可降解多孔锌；通过调整蔗糖，分散剂，鸡蛋蛋清，胶原蛋白，添加剂，去离子水的百分含量，制备出具有一定力学性能，并且其弹性模量和峰值应力符合人体松质骨的多孔泡沫锌材料，以解决支架和骨修复等问题。本专利技术的方法按以下步骤进行：1、将泡沫材料骨架锌粉、蛋白质发泡剂、蔗糖和去离子水作为原料；将原料混合均匀，制成混合浆料；蛋白质发泡剂为锌粉质量的5～20％，蔗糖为锌粉质量的15～40％，去离子水为锌粉质量的0.9～7.3％；所述的锌粉粒径≤300目；所述的蛋白质发泡剂为鸡蛋蛋清或胶原蛋白；2、将混合浆料用球磨机进行球磨混合，制成球磨浆料；3、将球磨浆料加热至70～110℃进行发泡，发泡时间2～10h，随炉冷却至常温，获得预制体；4、将预制体静置固化，时间2～10h，或者将预制体在80～100℃烘干至少2h，制成固化预制体；5、将固化预制体进行真空烧结或覆盖石墨烧结，烧结过程中，将固化预制体逐渐升温到435±2℃；升温过程中，当温度达到150±2℃、180±2℃、260±2℃、290±2℃、320±2℃、390±2℃和435±2℃时，在该温度保温25～35min；当温度达到200±2℃、230±2℃、360±2℃和435±2℃时，在该温度保温55～65min；烧结完成后随炉冷却至常温，获得生物医用可降解多孔锌。上述的步骤1中，向原料中加入分散剂和添加剂，然后混合均匀制成混合浆料；所述的分散剂为质量浓度1％的聚乙烯醇水溶液，加入量按聚乙烯醇水溶液占锌粉质量≤3％；所述的添加剂为浓度1M的盐酸溶液，加入量按盐酸溶液与锌粉的质量比≤0.002。上述的步骤2中，球磨时间2～3h，球磨速度80～100rpm。上述的步骤3中，球磨浆料先置于铝箔制成的模具内，然后将模具置于容器内，再进行发泡。上述的步骤5中，进行升温时控制升温速度15～20℃/min。上述的步骤5中，真空烧结时的真空度为0.05～0.09MPa；覆盖石墨烧结时采用的石墨粒度38～48μm，石墨在固化预制体上的覆盖厚度10～15mm。上述的生物医用可降解多孔锌的孔隙率40～71％，孔径0.1～4mm，弹性模量0.25～1.6GPa，峰值应力1～2.5MPa。本专利技术的有益效果是：采用浆料发泡法，可以通过鸡蛋蛋清\胶原蛋白的含量来控制孔隙率，通过蔗糖、添加剂、去离子水的含量来调节孔隙结构，由蛋白质的结构性能来控制烧结的温度和快慢，由锌的金属性来选择无氧的烧结的环境；选择蛋清和胶原蛋白作为发泡剂，蛋白质是很好的发泡剂，对身体无害，发泡效果优良，泡沫锌的发泡程度可以根据发泡剂和蔗糖的含量、发泡温度和发泡时间来控制；所制备的多孔泡沫锌材料有一定的力学性能，孔隙率相对较高；人体松质骨的弹性模量为0.06～3GPa，峰值应力为0.3～1.5MPa。所制备的多孔泡沫锌峰值应力和弹性模量与松质骨相匹配，能够满足人体植入材料的要求。附图说明图1为本专利技术实施例1中的蛋白质发泡制备生物医用可降解多孔锌的方法流程示意图；图2为本专利技术实施例1～8中的生物医用可降解多孔泡沫锌的显微照片图；图中，a为实施例1，b为实施例2，c为实施例3，d为实施例4，e为实施例5，f为实施例6，g为实施例7，h为实施例8；图中各白色标尺表示长度1毫米；图3为本专利技术实施例1～8中的生物医用可降解多泡沫锌的金相照片图；图中，a为实施例1，b为实施例2，c为实施例3，d为实施例4，e为实施例5，f为实施例6，g为实施例7，h为实施例8；图中各白色标尺表示长度分别为a和d-250微米，b和c-500微米，e、f、g和h-600微米；图4为本专利技术实施例中的生物医用可降解多孔泡沫锌的外观照片图；图中，a为实施例1，b为实施例2，c为实施例3，d为实施例4，e为实施例5，f为实施例6，g为实施例7，h为实施例8；图5为本专利技术实施例中的生物医用可降解多孔泡沫锌的X-射线衍射图：图中，1为实施例1,2为实施例2，3为实施例3。具体实施方式本专利技术实施例中采用的锌粉纯度99.99％。本专利技术实施例中采用的聚乙烯醇为聚乙烯醇1788。本专利技术实施例中采用的锌粉、蛋白质发泡剂和蔗糖为市购产品。本专利技术实施例中鸡蛋蛋清中水的质量百分比88％，蛋白质的质量百分比9％，矿物质的质量百分比0.6％，平均密度1.01g/cm3。本专利技术实施例中球磨时间2～3h，球磨转速80～100rpm。本专利技术实施例中球磨浆料先置于铝箔制成的模具内，然后将模具置于容器内，再进行发泡。实施例1流程如图1所示；将泡沫材料骨架锌粉、蛋白质发泡剂、蔗糖和去离子水作为原料；向原料中加入分散剂和添加剂，然后混合均匀制成混合浆料；蛋白质发泡剂为锌粉质量的5％，蔗糖为锌粉质量的40％，去离子水为锌粉质量的0.9％；所述的锌粉粒径≤300目；所述的蛋白质发泡剂为鸡蛋蛋清；分散剂为质量浓度1％的聚乙烯醇水溶液，加入量按聚乙烯醇水溶液占锌粉质量1.5％；添加剂为浓度1M的盐酸溶液，加入量按盐酸溶液与锌粉的质量比0.002；将混合浆料用球磨机进行球磨混合，制成球磨浆料；将球磨浆料加热至100℃进行发泡，发泡时间3h，随本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蛋白质发泡制备生物医用可降解多孔锌的方法，其特征在于按以下步骤进行：/n(1)将泡沫材料骨架锌粉、蛋白质发泡剂、蔗糖和去离子水作为原料；将原料混合均匀，制成混合浆料；蛋白质发泡剂为锌粉质量的5～20％，蔗糖为锌粉质量的15～40％，去离子水为锌粉质量的0.9～7.3％；所述的锌粉粒径≤300目；所述的蛋白质发泡剂为鸡蛋蛋清或胶原蛋白；/n(2)将混合浆料用球磨机进行球磨混合，制成球磨浆料；/n(3)将球磨浆料加热至70～110℃进行发泡，发泡时间2～10h，随炉冷却至常温，获得预制体；/n(4)将预制体静置固化，时间2～10h，或者将预制体在80～100℃烘干至少2h，制成固化预制体；/n(5)将固化预制体进行真空烧结或覆盖石墨烧结，烧结过程中，将固化预制体逐渐升温到435±2℃；升温过程中，当温度达到150±2℃、180±2℃、260±2℃、290±2℃、320±2℃、390±2℃和435±2℃时，在该温度保温25～35min；当温度达到200±2℃、230±2℃、360±2℃和435±2℃时，在该温度保温55～65min；烧结完成后随炉冷却至常温，获得生物医用可降解多孔锌。/n...

【技术特征摘要】
1.一种蛋白质发泡制备生物医用可降解多孔锌的方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)将泡沫材料骨架锌粉、蛋白质发泡剂、蔗糖和去离子水作为原料；将原料混合均匀，制成混合浆料；蛋白质发泡剂为锌粉质量的5～20％，蔗糖为锌粉质量的15～40％，去离子水为锌粉质量的0.9～7.3％；所述的锌粉粒径≤300目；所述的蛋白质发泡剂为鸡蛋蛋清或胶原蛋白；
(2)将混合浆料用球磨机进行球磨混合，制成球磨浆料；
(3)将球磨浆料加热至70～110℃进行发泡，发泡时间2～10h，随炉冷却至常温，获得预制体；
(4)将预制体静置固化，时间2～10h，或者将预制体在80～100℃烘干至少2h，制成固化预制体；
(5)将固化预制体进行真空烧结或覆盖石墨烧结，烧结过程中，将固化预制体逐渐升温到435±2℃；升温过程中，当温度达到150±2℃、180±2℃、260±2℃、290±2℃、320±2℃、390±2℃和435±2℃时，在该温度保温25～35min；当温度达到200±2℃、230±2℃、360±2℃和435±2℃时，在该温度保温55～65min；烧结完成后随炉冷却至常温，获得生物医用可降解多孔锌。


2.根据权利要求1所述的蛋白...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆永亮，葛启琦，侯庆锋，柳力晨，乔爱科，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21