免烧贝壳结构仿生层状磷酸钙复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了免烧贝壳结构仿生层状磷酸钙复合材料的制备方法，包括：将磷酸钙骨水泥固相粉与液相混合，得到磷酸钙骨水泥半干浆料，将磷酸钙骨水泥半干浆料在辊压机上辊压得到磷酸钙骨水泥坯片；在磷酸钙骨水泥坯片上涂覆有机生物材料，然后重复进行对折、辊压轧制多次，得到有机生物材料弥散均匀分布的片状复合材料；将片状复合材料进行多次对折，得到块体复合材料；对块体复合材料进行保压成型，得到贝壳结构仿生层状磷酸钙复合材料。提高了磷酸钙骨水泥力学性能。酸钙骨水泥力学性能。酸钙骨水泥力学性能。

【技术实现步骤摘要】
免烧贝壳结构仿生层状磷酸钙复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于生物医用材料
，涉及免烧贝壳结构仿生层状磷酸钙复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]目前人体因为老龄化、车祸、外伤等引起的骨缺损现象日益增多，给患者带来极大的痛苦，对骨缺损修复材料的需求也越来越大。生物活性陶瓷作为一种性能优良的骨移植替代材料，具有良好生物相容性、力学相容性、可降解性和化学稳定性，但是其固有的脆性，阻碍了在承重部位的应用。因此，提高生物陶瓷材料的韧性，提高使用可靠性成为目前的研究热点。研究发现自然界中的贝壳珍珠层是一种高性能的生物材料，它由95wt％高度取向排列的文石片晶(主要成分为CaCO3)以及5wt％的少量有机生物聚合物(主要成分为蛋白质和多糖)所组成。贝壳珍珠层结构可以描述为一种多层次的“砖
‑
泥结构”，片状碳酸钙作为砖块，规则地交错层叠排列，砖块与砖块之间填充少量有机物充当“泥浆”，起到粘结作用。在受到较大冲击时，夹层会发生较大塑性变形来消耗、吸收能量，同时使裂纹发生钝化、偏转，从起点开始沿传播方向呈阶梯状扩展，增加裂纹扩展路径，提高断裂强度。因此可以模仿贝壳珍珠层的结构制备高韧性的层状复合材料。现有的层状复合材料是将基片层和有机生物界面层相互交替叠层，经过一定的工艺烧结而成。但是高温烧结导致有机高分子材料挥发不复存在，后续进行灌注时受到层的厚度、间距等尺寸限制，并且真空烧结过程中由烧结助剂产生的碳等物质影响材料的力学、生物性能。选用免烧结的、自固化的磷酸钙陶瓷(CPC)可以有效解决这一问题。因此，开发一种通过贝壳结构仿生实现高强度和高韧性结合的复合材料是目前该领域的研究重点之一。
[0003]中国专利《一种复合材料仿生骨及其制备方法》(申请号：202111344147.9，公开号：CN 114010838 A，公开日：2022.02.08)公开了一种复合材料仿生骨及其制备方法，通过纳米羟基磷灰石和I型胶原分别复原骨骼的无机和有机成分，同时，二者所组成的混合物能较好的复原骨骼的硬度等物理性质，其次，通过盐酸万古霉素和氢氧化钠能够调整复合材料的PH数值，使其更接近于人体环境，从而使得复合材料仿生骨更接近于骨骼的性质，解决现有替代骨骼难以满足较高使用要求的问题。但该方法通过物理共混、结构无序的方式复合无机和有机成分，无法实现力学性能显著提升。
[0004]中国专利《一种骨再生多重仿生支架材料及其制备方法》(申请号：202110021590.6，公开号：CN 112870447 B，公开日：2022.03.11)公开了一种骨再生多重仿生支架材料及其制备方法，该方法是以生物活性纳米无机颗粒、水溶性天然蛋白和纳米纤维束的混合溶液为原料，通过预冷冻—冷冻处理—冷冻干燥—后处理的工艺流程，制得包括片层材料及分散在片层材料层间的插层结构的骨再生多重仿生支架材料。但是其力学性能较差，不能满足实际需要。
[0005]中国专利《一种多层交替结构复合型骨修复材料及制备方法》(申请号：202010281473.9，公开号：CN 111603612 B，公开日：2022.05.13)公开了一种多层交替结构
复合型骨修复材料及制备方法，通过磷酸氢钙微米带在碳布表面均匀生长，形成带状修饰布，磷酸氢钙微米带一方面可以赋予复合材料生物活性，另一方面可以作为带状纳米体提升复合材料的强度。但是该方法无法实现强度和韧性的协同提升。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种免烧贝壳结构仿生层状磷酸钙复合材料的制备方法，解决了现有技术中存在的磷酸钙骨水泥力学性能差的问题。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是，免烧贝壳结构仿生层状磷酸钙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、将磷酸钙骨水泥固相粉与液相混合，得到磷酸钙骨水泥半干浆料，将磷酸钙骨水泥半干浆料在辊压机上辊压得到磷酸钙骨水泥坯片；
[0009]步骤2、在磷酸钙骨水泥坯片上涂覆有机生物材料，然后重复进行对折、辊压轧制多次，得到有机生物材料弥散均匀分布的片状复合材料；
[0010]步骤3、将片状复合材料进行多次对折，得到块体复合材料；
[0011]步骤4、对块体复合材料进行保压成型，得到贝壳结构仿生层状磷酸钙复合材料。
[0012]本专利技术的特点还在于：
[0013]磷酸钙骨水泥固相粉按照质量百分比包括以下组分：
[0014]40～70％磷酸四钙、10～40％二水磷酸氢钙、5～20％柠檬酸钠，以上各组份的质量百分比总和为100％。
[0015]液相为蒸馏水、血液、生理盐水、稀酸、血清、磷酸盐溶液中的任意一种。
[0016]磷酸钙固相粉与液相的固液比为1：0.2～2.0g/ml。
[0017]磷酸钙骨水泥坯片厚度为0.2
‑
1.5mm。
[0018]有机生物材料为医用树脂、海藻酸钠、明胶、聚乙烯醇、果胶、琼脂糖、淀粉、羧甲基纤维素钠中的任意一种。
[0019]有机生物材料占贝壳结构仿生层状磷酸钙复合材料总质量的2～10％。
[0020]步骤4具体为：在37℃、100％湿度、1
‑
4MPa压力条件下，对块体复合材料进行保压成型，固化时间为6
‑
24h，得到贝壳结构仿生层状磷酸钙复合材料。
[0021]本专利技术的有益效果是：本专利技术免烧贝壳结构仿生层状磷酸钙复合材料的制备方法，采用辊压轧制工艺，快速高效的实现磷酸钙和有机生物材料弥散均匀交替分布；在材料受到弯曲或冲击时，主裂纹沿垂直方向扩展并穿透磷酸钙层到达有机界面层，由于有机界面层平均强度比较低，主裂纹倾向于沿两者的界面扩展，使得裂纹的扩展发生偏折，产生阶梯状的断裂模式，使裂纹扩展路径增大，能量在裂纹扩展中被释放出来，从而达到增韧的效果，具有较高的力学性能；同时磷酸钙水化后的成分与人骨相同，且无需烧结，晶化程度也与人骨相似，降解性能和生物相容性与人骨更为匹配。
附图说明
[0022]图1是本专利技术免烧贝壳结构仿生层状磷酸钙复合材料的制备方法得到的复合材料的结构示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0024]免烧贝壳结构仿生层状磷酸钙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0025]步骤1、将磷酸钙骨水泥固相粉与液相混合，得到磷酸钙骨水泥半干浆料，将磷酸钙骨水泥半干浆料在辊压机上辊压得到磷酸钙骨水泥坯片；
[0026]磷酸钙骨水泥固相粉按照质量百分比包括以下组分：
[0027]40～70％磷酸四钙、10～40％二水磷酸氢钙、5～20％柠檬酸钠，以上各组份的质量百分比总和为100％。
[0028]液相为蒸馏水、血液、生理盐水、稀酸、血清、磷酸盐溶液中的任意一种。
[0029]具体的，按照质量分数将40～70％磷酸四钙、10～40％二水磷酸氢钙、5～20％柠檬酸钠球磨2h，混合均匀，然后与液相按固液比为1：0.2～2.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.免烧贝壳结构仿生层状磷酸钙复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将磷酸钙骨水泥固相粉与液相混合，得到磷酸钙骨水泥半干浆料，将所述磷酸钙骨水泥半干浆料在辊压机上辊压得到磷酸钙骨水泥坯片；步骤2、在磷酸钙骨水泥坯片上涂覆有机生物材料，然后重复进行对折、辊压轧制多次，得到有机生物材料弥散均匀分布的片状复合材料；步骤3、将所述片状复合材料进行多次对折，得到块体复合材料；步骤4、对所述块体复合材料进行保压成型，得到贝壳结构仿生层状磷酸钙复合材料。2.根据权利要求1所述的免烧贝壳结构仿生层状磷酸钙复合材料的制备方法，其特征在于，所述磷酸钙骨水泥固相粉按照质量百分比包括以下组分：40～70％磷酸四钙、10～40％二水磷酸氢钙、5～20％柠檬酸钠，以上各组份的质量百分比总和为100％。3.根据权利要求1所述的免烧贝壳结构仿生层状磷酸钙复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1所述液相为蒸馏水、血液、生理盐水、稀酸、血清、磷酸盐溶液中的任意一种。4.根据权利要求1所述的免烧贝壳结构仿生...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤玉斐，宋雨婷，赵康，吴子祥，陈磊，梁倩，张诗彤，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：