本发明专利技术提供了一种钠碳硅复合掺杂HA生物陶瓷的制备方法，首先以Ca(OH)2和H3PO4为羟基磷灰石（HA）的基础生成体系，以Na2SiO3·9H2O为硅源，以Na2CO3为碳源，采用超声共聚法和硅碳源后加方式制备碳酸化含硅HA生物陶瓷前驱体粉末；再以Na2CO3或NaOH为钠源，采用微波固相反应烧结方法实现Na+对HA中羟基的H+的取代掺杂，从而制备出钠碳硅复合掺杂HA生物陶瓷。本发明专利技术反应能够在很短的时间内快速发生，碳酸化含硅HA生物陶瓷前驱体粉末与钠源的混合物只需在室温下处理，合成工艺简单，实现了SiO44-和CO32-的取代型掺杂，且制备出的钠碳硅复合掺杂HA生物陶瓷的晶型发育较好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属生物医用材料领域，尤其涉及一种钠碳硅复合掺杂HA生物陶瓷的制备方法。
技术介绍
羟基磷灰石(Caltl (PO4) 6 (OH)2, Hydroxyapatite,简称HA)生物陶瓷具有优良的骨组织相容性和骨组织诱导性，是举世公认的硬组织修补和替代生物活性材料，在骨科医学领域被广泛采用。然而，相比于其它生物活性材料如生物玻璃或A-W生物玻璃陶瓷，采用HA生物陶瓷植入体的缺憾之处是它与骨骼之间的反应性和整合速率都相对较低，即在体内的降解速率与骨组织生长速率不太匹配，这就意味着病人需要更长的康复时间。究其原因，由于自然骨中的无机组分并非单纯的羟基磷灰石，而是多种非化学计量的羟基磷灰石晶体，其中还含有碳酸根和钠、镁、硅、锶、锌等基团或元素。因此为了满足临床应用的要求，常需在羟基磷灰石生物材料中添加一些元素来改善其临床性能。含硅羟基磷灰石(Ca10 (PO4) 6_x (SiO4) x (OH) 2，Si_HA)就是其中的一类改性材料。硅在动物体中的主要存在形式为可溶性水合二氧化硅(硅酸)。动物实验表明:硅与骨骼的成长及结构有关，骨生成旺盛的地方有硅渗入。在骨化过程中，硅与钙的含量正相关。缺少硅元素可使骨骼异常、畸形、牙齿及釉质发育不良。多项研究表明硅元素对骨骼的形成和矿化有重要的作用。究其机理在于S1-HA与羟基磷灰石具有相同的晶体结构，只是硅酸根取代了部分磷酸根，与自然骨成分更接近，因而更能有效地提高HA的生物活性。鉴于硅掺杂的有效改性作用，近年来在国内外有关S1-HA的研究成果亦有不少(E.S.Thian et.al., Mater.Sc1.Eng.2007, C27: 251-256 ；N.Pater et.al., Mater Scimater med.，2002，13:1123-1127 ;张超武等，材料导报，2010，24 (11):42-45)。碳酸根是自然骨磷灰石中含量较多的一种杂质离子基团，它在骨矿物组成中的质量含量在4 8%范围。碳酸化羟基磷灰石(C-HA)与人体骨矿物成分更接近，体内降解速率明显加快。其原因是碳酸化羟基磷灰石的晶格相中碳酸根取代了部分磷酸根。这种取代导致羟基磷灰石晶格内存在缺陷，晶体尺寸变小，结晶度降低，溶解度相应增加。一段时间以来，有关碳酸化羟基磷灰石的研究也有一些报道(朱庆霞等.功能材料，2007，38 (12):2055-2057)。然而，制备C-HA生物陶瓷的最大难点在于碳酸根的引入方法。由于碳酸根形成难溶钙盐比有效掺入HA中形成掺碳羟基磷灰石的倾向大得多，加之碳酸根很容易分解放出C02，因而制备结果常常或者形成碳酸钙沉淀，或者因分解无碳酸根的掺入。张等人在有效引入碳酸根和硅酸根，制备碳酸化含硅羟基磷灰石(CS1-HA)生物陶瓷方面进行了积极的研究，取得了富有成效的结果(张超武等，硅酸盐学报，2011，39(12):1915-1921)。 钠是自然骨矿物组成中含量最多的一种杂质离子，质量约占整个矿相组成的17%左右。由于Na+是人体组织中具有很高活性的成分，因此，掺钠的HA生物陶瓷植入体在提高其与骨骼之间的反应性和整合速率方面发挥着积极的作用。然而，迄今为止在掺钠羟基磷灰石(Na-HA)生物陶瓷的研究方面还不多见，尤其是钠与碳酸根、硅酸根的复合掺杂方面未见报道。这是因为几乎所有钠的化合物都是水溶性的，这就使得利用液相法制备钠与碳酸根、硅酸根的复合掺杂的羟基磷灰石生物陶瓷几乎不可能实现。
技术实现思路
本专利技术提供了一种钠碳硅复合掺杂HA生物陶瓷的制备方法。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案包括以下步骤:1)按照η (Si) /n (C) /n (P) = (1 4): (4 16): (80 95)的摩尔百分比分别称取Na2SiO3.9Η20,Na2CO3和量取H3PO4 ;然后将Na2SiO3.9Η20和Na2CO3混合并用去离子水溶解，制成混合溶液A ;将H3PO4配制成0.3mol/L的溶液B ；2)按照η (Ca) /n (P+Si+C) =1.67的摩尔比称取分析纯的Ca (OH)2,并按照每升去离子水0.5mol的Ca(OH)2的比例与去离子水混合；然后用氨水将pH值调节为10.5 11.5，得到悬浮液C ； 3)将悬浮液C置于调温数控超声波发生器中，加热至45 55°C，然后开启超声波发生器，并搅拌悬浮液C，同时将溶液B滴加到悬浮液C中，得到初生态高分散羟基磷灰石胶凝液；接着在超声波的作用和搅拌下，于45 55°C将混合溶液A滴加到初生态高分散羟基磷灰石胶凝液中，反应30min，然后陈化24小时，得到絮凝产物，将絮凝产物进行洗涤、抽滤、干燥，得到碳酸化含硅HA生物陶瓷前驱体粉末；4)将钠源和碳酸化含硅HA生物陶瓷前驱体粉末混合，然后研磨成均匀粉体，再将均匀粉体制成压片；其中，钠源为Na2CO3或NaOH ;钠源中钠的质量占碳酸化含硅HA生物陶瓷前驱体粉末质量的16 18% ；5)将压片用活性炭包埋，在微波炉中反应烧结，使用微波功率160W，反应烧结时间2(T40min，制得钠碳硅复合掺杂HA生物陶瓷。所述的步骤3)中调温数控超声波发生器的型号为KQ3200DDE。所述的步骤4)中的均匀粉体是采用玛瑙研钵研磨成的。所述的步骤4)制成压片前，均匀粉体用去离子水喷雾加湿。所述的步骤5)的微波炉的型号为EG823LA6-NS⑴。由于自然骨中的无机组分是以羟基磷灰石为主，同时还含有碳酸根和钠、镁、硅等多种元素，尤以碳酸根和钠离子为多，因而研究在羟基磷灰石陶瓷中采用多种元素复合掺杂，例如将碳酸根、硅酸根和钠离子引入，制备钠碳硅复合掺杂HA生物陶瓷，使其临床上在人体内的降解速率与骨组织生长速率相匹配，缩短病人的康复时间，这必然是未来研究的方向。本专利技术首先以Ca(OH)2和H3PO4为羟基磷灰石(HA)的基础生成体系，以Na2SiO3.9Η20为硅源，以Na2CO3为碳源，采用超声共聚法和硅碳源后加方式制备碳酸化含硅HA生物陶瓷前驱体粉末；再以Na2CO3或NaOH为钠源，采用微波固相反应烧结方法实现Na+对HA中羟基的H+的取代掺杂，从而制备出钠碳硅复合掺杂HA生物陶瓷。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于:本专利技术的反应能够在很短的时间内快速发生，碳酸化含硅HA生物陶瓷前驱体粉末与钠源的混合物只需在室温下处理，合成工艺简单。由于超声波的空化作用在极小范围内所产生的巨大能量可以使Si044_与C032_进入HA的晶格中，所以，在制备钠碳硅复合掺杂HA生物陶瓷过程中有效的实现了 Si044_和C032_的取代型掺杂；而且本专利技术制备的钠碳硅复合掺杂HA生物陶瓷的Na+离子有效掺杂量在95%以上。另外，本专利技术由于采用了微波烧结法制备钠碳硅复合掺杂HA生物陶瓷，所以，制备出的钠碳硅复合掺杂HA生物陶瓷的晶型发育较好。附图说明图1是摩尔百分比为η (Si) Ai(C)AiO3) =4:16:80，掺入钠源中钠的质量占碳酸化含硅HA生物陶瓷前驱体粉末质量的17.1%时，不同微波反应烧结时间下制备的钠碳硅复合掺杂HA生物陶瓷的FT-1R图谱；其中，Ca)为实施例1的FT-1R图谱，(b)为实施例2的FT-1R图谱，(c)为实施例3的FT-1R图谱；图2是本本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钠碳硅复合掺杂HA生物陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）按照n(Si)/n(C)/n(P)=(1~4):(4~16):(80~95)的摩尔百分比分别称取Na2SiO3·9H2O、Na2CO3和量取H3PO4；然后将Na2SiO3·9H2O和Na2CO3混合并用去离子水溶解，制成混合溶液A；将H3PO4配制成0.3mol/L的溶液B；2）按照n(Ca)/n(P+Si+C)=1.67的摩尔比称取分析纯的Ca(OH)2，并按照每升去离子水0.5mol的Ca(OH)2的比例与去离子水混合；然后用氨水将pH值调节为10.5～11.5，得到悬浮液C；3）将悬浮液C置于调温数控超声波发生器中，加热至45～55℃，然后开启超声波发生器，并搅拌悬浮液C，同时将溶液B滴加到悬浮液C中，得到初生态高分散羟基磷灰石胶凝液；接着在超声波的作用和搅拌下，于45～55℃将混合溶液A滴加到初生态高分散羟基磷灰石胶凝液中，反应30min，然后陈化24小时，得到絮凝产物，将絮凝产物进行洗涤、抽滤、干燥，得到碳酸化含硅HA生物陶瓷前驱体粉末；4）将钠源和碳酸化含硅HA生物陶瓷前驱体粉末混合，然后研磨成均匀粉体，再将均匀粉体制成压片；其中，钠源为Na2CO3或NaOH；钠源中钠的质量占碳酸化含硅HA生物陶瓷前驱体粉末质量的16~18%；5）将压片用活性炭包埋，在微波炉中反应烧结，使用微波功率160W，反应烧结时间20~40min，制得钠碳硅复合掺杂HA生物陶瓷。...
【技术特征摘要】
1.一种钠碳硅复合掺杂HA生物陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: O按照η (Si)/n (C)/n (P) = (Il): (4 16): (80 95)的摩尔百分比分别称取Na2SiO3.9Η20,Na2CO3和量取H3PO4 ;然后将Na2SiO3.9Η20和Na2CO3混合并用去离子水溶解，制成混合溶液A ;将H3PO4配制成0.3mol/L的溶液B ； 2)按照η(Ca) /n (P+Si+C) =1.67的摩尔比称取分析纯的Ca (OH)2,并按照每升去离子水0.5mol的Ca(OH)2的比例与去离子水混合；然后用氨水将pH值调节为10.5 11.5，得到悬浮液C ； 3)将悬浮液C置于调温数控超声波发生器中，加热至45 55°C，然后开启超声波发生器，并搅拌悬浮液C，同时将溶液B滴加到悬浮液C中，得到初生态高分散羟基磷灰石胶凝液；接着在超声波的作用和搅拌下，于45 55°C将混合溶液A滴加到初生态高分散羟基磷灰石胶凝液中，反应30min，然后陈化24小时，得到絮凝产物，将絮凝产...
【专利技术属性】
技术研发人员：张超武，刘昌涛，徐彬，缪金良，时春辉，王芬，谢欢，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
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