一種納米氧化鋯多孔組織工程支架及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于生物材料領域，涉及一種納米氧化鋯多孔組織工程支架及其制備方法。
【背景技術】
[0002]組織工程是興起于80年代末的一個多學科交叉的新興領域，其中開展最為廣泛、發(fā)展最為迅速的是骨組織工程領域。在骨組織工程的研究中，多孔生物支架是不可替代的重要組成部分，它的作用是給需要生長的細胞提供一個場所，有利于細胞附著、生長、分化和繁殖。骨組織工程研究中應用的支架材料主要包括天然高分子材料、人工合成高分子材料、無機材料和復合材料等。
[0003]本發(fā)明中選用的骨組織工程支架材料是納米級的釔穩(wěn)定氧化鋯材料。氧化鋯材料具有優(yōu)異的生物相容性和化學穩(wěn)定性，同時其力學性能非常優(yōu)異，它的磨損系數(shù)也很低，完全能夠替代生物體中的骨頭，關節(jié)等。
[0004]目前用于制備多孔結(jié)構(gòu)的方法包括有機模板復制法、顆粒堆積法、冷凍干燥法、溶膠凝膠法、電腦控制的快速成型法、靜電紡絲法等。本發(fā)明采用有機模板復制法，以聚氨酯作為有機模板。該方法利用有機模板本身的多孔結(jié)構(gòu)，通過浸漬方法即可得到與模板結(jié)構(gòu)相似的多孔支架，操作簡單，實用性強。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種兼具優(yōu)異的生物相容性與力學性能的納米氧化鋯多孔組織工程支架及其制備方法。
[0006]本發(fā)明所述的納米氧化鋯多孔組織工程支架所用原料為日本T0S0H公司產(chǎn)的納米3Y-TZP (3%乾穩(wěn)定四方相氧化錯)粉體，平均粒徑40nm，有機模板采用30ppi的聚氨酯模板，氧化鋯漿料固含量為80%。
[0007]本發(fā)明采用多次浸漬的方法以提高納米氧化鋯多孔組織工程支架的力學性能，浸漬時通過保持低溫和減緩分散速率來提高氧化鋯漿料的分散性和穩(wěn)定性。
[0008]本發(fā)明使用的燒結(jié)工藝為:在200-700°C范圍內(nèi)緩慢升溫，并在700°C保溫1小時，接著以5°C /min的速率升溫至1350°C，在1350°C溫度下保溫3小時。本文采用的氧化鋯材料在1100-1350°C煅燒范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的四方相晶型。煅燒后氧化鋯顆粒由粉體的40納米長大為170納米。燒結(jié)成型后形成孔徑在1000-1500 μ m的多孔骨組織工程支架，這種孔徑利于細胞生長和形成血管化。
[0009]本發(fā)明的制備過程流程圖如圖1所示。
【附圖說明】
[0010]圖1氧化鋯生物陶瓷支架的制備過程流程圖。
[0011 ] 圖2單輥裝置示意圖。
[0012]圖3納米氧化鋯骨組織工程支架的數(shù)碼照片。
[0013]圖4為納米氧化鋯支架的微觀結(jié)構(gòu)，a為低倍下支架的孔隙結(jié)構(gòu)圖，b為支架的微觀結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖5氧化鋯支架的SEM圖片。
【具體實施方式】
[0015]1)納米氧化鋯漿料的制備及含量確定。
[0016]在燒杯中稱取一定量的蒸餾水配制固含量(質(zhì)量分數(shù))為80%的漿料，在超聲分散的作用下將納米氧化鋯粉緩慢添加到燒杯中，使用冰水浴保持整個體系溫度為0°C，持續(xù)攪拌直到漿料保持均一。
[0017]2)聚氨酯模板的選擇及改性。
[0018]選用軟質(zhì)30ppi聚氨酯作為模板，將聚氨酯模板常溫加工成2cm*lcm*lcm的尺寸，并浸入2mol/L溶度的氫氧化鈉溶液中進行氫氧化鈉溶液水解處理，常溫浸泡0-5小時，清水沖洗，放入烘箱烘干。
[0019]3)聚氨酯模板浸漬漿料及去除多余漿料。
[0020]將特定尺寸的聚氨酯模板浸入氧化鋯漿體中，反復擠壓，使?jié){料浸沒聚氨酯模板，保證漿料均勻的充滿模板孔隙。當模板浸漬漿料后，需要去除多余的漿料，這個過程中最重要的是保持力度的均勻。首先利用我們自行設計的單輥裝置(圖2所示)均勻的碾壓陶瓷胚體，除去大多數(shù)的漿料。然后用高速氣槍處理胚體的表面，防止?jié){料堵塞聚氨酯模板的孔洞。
[0021]4)烘干。
[0022]聚氨酯模板浸漬后吸附足夠漿料在表面，擠出多余漿料后，即得到納米氧化鋯多孔骨組織工程支架的胚體。將胚體放入電熱鼓風干燥箱中經(jīng)過低溫(30°C)緩慢烘干，防止胚體在干燥過程中開裂。
[0023]5)預燒結(jié)。
[0024]將烘干后的多孔支架放入高溫燒結(jié)爐內(nèi)，緩慢升溫至700°C，保溫一定時間防止聚氨酯模板分解揮發(fā)速度過快，破環(huán)氧化鋯胚體，保溫一段時間，讓聚氨酯模板分解完全。接著繼續(xù)升溫，在較高溫度(1100°c)保溫一段時間后，降溫爐冷。
[0025]6)多次浸漬。
[0026]預燒結(jié)后的胚體表面往往會存在大量微裂紋，影響最終多孔支架的機械強度。將預燒結(jié)的多孔支架重新作為模板浸入漿料，再次燒結(jié)會有效增強其機械性能。
[0027]7)燒結(jié)。
[0028]將多孔支架烘干后，在200-700°C范圍內(nèi)緩慢升溫，并在700°C保溫1小時，接著以5°C /min的速率升溫至1350°C，在1350°C溫度下保溫3小時。
[0029]如圖3所示，經(jīng)過燒結(jié)，除去模板后支架沒有坍塌，肉眼觀察下完美的重現(xiàn)了模板本身的結(jié)構(gòu)，樣品本身帶有類金屬的光澤，整體透光性好，孔洞呈圓形，相互連接。
[0030]如上所述聚氨酯模板復制法工藝簡單，方便操作。圖4、圖5所示，這種方法制備的多孔納米氧化鋯骨組織工程支架孔隙率高，三維聯(lián)通性好，整體通透。
[0031 ] 按方法方法制備得到的納米氧化鋯多孔組織工程支架的孔徑有1000-1500 μ m，加上后期的表面處理，孔徑利于細胞的生長和形成血管，聚氨酯模板可以通過表面處理來減少本身結(jié)構(gòu)的缺陷，從而間接達到提高支架力學性能的作用。
【主權(quán)項】
1.一種納米氧化鋯多孔組織工程支架及其制備方法，具體為:先將粉體在o°c溫度下緩慢加入蒸餾水中，持續(xù)攪拌，配制納米氧化鋯漿料；選用軟質(zhì)聚氨酯作為模板，將聚氨酯模板常溫加工成2cm*lcm*lcm的尺寸，并浸入2mol/L溶度的氫氧化鈉溶液中進行氫氧化鈉溶液水解處理，常溫浸泡0-5小時，清水沖洗，放入烘箱烘干；使聚氨酯模板充分浸漬配制的漿料，擠出多余漿料后緩慢烘干，緩慢升溫至700°C，保溫一段時間后升溫到1100°C保溫一段時間，然后降溫爐冷；多次浸漬后燒結(jié)成型。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法制備納米氧化鋯多孔組織工程支架，其中納米氧化鋯漿料的固含量(質(zhì)量分數(shù))在80%-85%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法制備納米氧化鋯多孔組織工程支架，其中聚氨酯模板選擇為30ppi，制備出來的多孔支架孔徑為1000-1500 μ m，加上后期的表面處理，孔徑利于細胞的生長和形成血管。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法制備納米氧化鋯多孔組織工程支架，采用如下燒結(jié)工藝:將多孔支架烘干后，在200-700°C范圍內(nèi)緩慢升溫，并在700°C保溫1小時，接著以5°C /min的速率升溫至1350°C，在1350°C溫度下保溫3小時。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法制備納米氧化鋯多孔組織工程支架，燒結(jié)前氧化鋯粉體顆粒粒徑大小為40nm，燒結(jié)后氧化鋯骨組織工程支架中顆粒粒徑為大約170nm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米氧化鋯多孔組織工程支架的制備方法。該方法制備的納米氧化鋯多孔支架孔徑在1000到1500μm之間，利于細胞的生長和形成血管。樣品帶有類金屬的光澤，整體透光性好，孔洞呈圓形，相互連接。本發(fā)明采用的聚氨酯模板復制法工藝簡單，方便操作。這種方法制備的多孔納米氧化鋯骨組織工程支架孔隙率高，三維聯(lián)通性好，整體通透。由于其優(yōu)良的生物相容性和力學性能，本發(fā)明所制備的納米氧化鋯多孔支架主要適用于骨組織工程領域，特別適用于頜骨組織工程與骨髓間充質(zhì)干細胞研究等領域。
【IPC分類】A61L27/02, A61L27/50, A61L27/56
【公開號】CN105288725
【申請?zhí)枴緾N201510813505
【發(fā)明人】潘冠軍, 王陽, 蔡云鵬, 胡勇, 金磊, 孟祥康
【申請人】海安南京大學高新技術研究院
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月23日