專利名稱：用于硬組織修復的生物活性納米氧化鈦陶瓷及其制備方法
技術領域：
本發明涉及生物醫學工程中用于硬組織修復的生物活性材料及其制備技術，特別是涉及用于硬組織修復的生物活性納米氧化鈦陶瓷及其制備方法。
背景技術：
硬組織修復用的生物活性材料是指植入體內后與骨組織通過形成類骨磷灰石界面層實現化學結合的材料。在本發明作出以前，廣泛用于人體硬組織修復的生物活性材料包括羥基磷灰石陶瓷、生物活性玻璃、表面改性的生物活性金屬等。這些材料植入骨內，通過在植入的生物活性材料與骨組織的界面上形成類骨磷灰石界面層實現生物活性的化學結合。而用于硬組織修復的生物活性材料現在面臨的主要問題是其一，生物活性材料植入體內后因為降解或者磨損產生的微粒在植入部位可能導致感染的發生；其二，所用材料其成本昂貴，其中羥基磷灰石的市場售價至少在5000元人民幣/公斤以上，生物活性玻璃和生物活性金屬的成本更高，因而限制了中低收入患者的使用。為了提高更廣大的中低收入階層人士的生活質量，必須開發相對廉價的同時性價比高的生物活性硬組織修復材料。
發明內容
本發明提出一種用于人體或動物硬組織修復的生物活性納米氧化鈦陶瓷及其制備方法。旨在同時賦予硬組織修復用的生物活性材料以抗感染性并大大降低其成本；該方法操作簡單、易于實現。
本發明的目的是通過下述技術方案實現的。
本發明提出的生物活性材料是以滿足生物醫用要求的納米氧化鈦粉為原料，通過控制燒結工藝，獲得具有納米晶粒的陶瓷塊，陶瓷塊在體內或體外生理環境下吸附鈣磷離子，在陶瓷塊表面形成類骨磷灰石層，從而與骨組織形成生物活性的化學結合。采用的納米氧化鈦粉原料可為晶紅石粉、或銳鈦礦粉、或它們兩者的復合粉。其制備步驟是以上述納米氧化鈦粉為原料，首先加入質量百分比為0.01～10％的氧化鎂粉為晶粒生長抑制劑，以分析純酒精為溶劑，將上述納米氧化鈦粉和氧化鎂粉混合粉料淹沒在酒精中，再用超聲波發生器在超聲波作用下將混合粉料充分混合，混合時間為1～30分鐘，置于室溫下干燥后，用冷等靜壓機在10～500Mpa壓力下將混合粉料成型，然后將成型的坯體放入馬腹爐中，以1～50℃/分的升溫速率升至保溫溫度，保溫溫度為600～1200℃。在保溫溫度下保溫1～5小時后，隨爐冷卻至室溫，即可獲得生物活性的具有納米結晶的納米氧化鈦陶瓷。
本發明采用的納米氧化鈦粉原料晶紅石粉、或銳鈦礦粉、或它們兩者的復合粉，也可加入質量百分比為0.01～10％的氧化鋁粉為晶粒生長抑制劑，再按照上述的制備步驟，即所用混合時間、成型壓力、升溫速率、保溫溫度及保溫時間相同，即可獲得生物活性的具有納米結晶的納米氧化鈦陶瓷。
本發明采用的納米氧化鈦粉原料晶紅石粉、或銳鈦礦粉、或它們兩者的復合粉，還可加入質量百分比為0.01～10％的焦磷酸鈣粉為晶粒生長抑制劑，再按照上述的制備步驟，即所用混合時間、成型壓力、升溫速率、保溫溫度及保溫時間相同，即獲得生物活性的具有納米結晶的納米氧化鈦陶瓷。
本發明所用納米氧化鈦粉原料的粒徑介于1～100納米之間，納米氧化鈦中金屬雜質元素總量小于50mg/kg，砷元素含量小于3mg/kg，鎘元素含量小于5mg/kg，汞元素含量小于5mg/kg，鉛元素含量小于30mg/kg。
本發明與現有技術相比具有以下特點1、本發明用于硬組織修復的生物活性納米氧化鈦陶瓷其制備方法簡單、操作方便、容于實現。
2、本發明制備的生物活性納米氧化鈦陶瓷具有抗感染功能，使其植入體內安全、可靠。
3、本發明使用的納米氧化鈦粉來源廣泛，目前市場售價為500元人民幣/公斤，可大大降低用于硬組織修復的生物活性材料的成本，從而使更廣大的人士能夠應用，并減輕經濟負擔。
四
附圖為本發明生物活性納米氧化鈦陶瓷結構示意圖。
五具體實施例方式
下面結合附圖并用實施例對本發明作進一步的說明，但本發明的內容不僅限于本實施例中所涉及的內容。
實施例1本發明采用晶紅石納米氧化鈦粉為原料，加入質量百分比2.5％的氧化鎂粉為晶粒生長抑制劑，以分析純酒精為溶劑，將晶紅石納米氧化鈦粉和氧化鎂粉浸沒在酒精中，再用超聲波發生器在超聲波作用下將上述粉料充分混合10分鐘后，置于室溫下干燥后，用冷等靜壓機在50Mpa(兆帕)下將混合粉料成型，然后將成型的坯體放入馬腹爐中，以10℃/分的升溫速率升至保溫溫度，保溫溫度為1000℃。在保溫溫度下保溫2小時后，隨爐冷卻至室溫，即可獲得生物活性的具有納米結晶的納米氧化鈦陶瓷。
實施例2以銳鈦礦納米氧化鈦粉為原料，加入質量百分比5％的氧化鋁粉為晶粒生長抑制劑，以分析純酒精為溶劑，將上述銳鈦礦納米氧化鈦粉和氧化鋁粉粉料淹沒在酒精中，再用超聲波發生器在超聲波作用下將上述粉料充分混合20分鐘后，置于室溫下干燥后，用冷等靜壓機在150MPa(兆帕)壓力下將混合粉料成型，然后將成型的坯體放入馬腹爐中，以50℃/分的升溫速率升至保溫溫度，此時保溫溫度為600℃。在保溫溫度下保溫5小時后，隨爐冷卻至室溫，即可獲得生物活性的具有納米結晶的納米氧化鈦陶瓷。
實施例3以銳鈦礦粉和晶紅石粉的混合納米氧化鈦粉為原料，加入質量百分比1％的焦磷酸鈣粉為晶粒生長抑制劑，以分析純酒精為溶劑，將上述兩種混合粉料淹沒在酒精中，再用超聲波發生器在超聲波作用下將其混合粉料充分混合30分鐘后，置于室溫下干燥后，用冷等靜壓機在200MPa壓力下將混合粉料成型，然后將成型的坯體放入馬腹爐中，以10℃/分的升溫速率升至保溫溫度，此時保溫溫度為1200℃。在保溫溫度下保溫3小時后，隨爐冷卻至室溫，即可獲得生物活性的具有納米結晶的納米氧化鈦陶瓷。
本發明所獲得的生物活性納米氧化鈦陶瓷中的納米晶粒1尺寸介于0.1～1微米之間，并且在納米晶粒1之間含有0.1～3微米大小的貫通性納米微孔2，貫通性納米微孔為類骨磷灰石的生成提供豐富的晶粒成核點，并為新骨的生長提供營養通路。
將本發明生物活性納米氧化鈦陶瓷植入人的牙或骨缺損腔內，材料與骨組織在一個月內形成生物活性結合。本發明的生物活性納米氧化鈦陶瓷也可用于動物硬組織的修復。
本發明獲得的生物活性納米氧化鈦陶瓷用于硬組織修復具有抗感染功能，使用安全、可靠，而且價格遠遠低于現有硬組織修復的生物活性材料，減輕了人們的經濟負擔，是硬組織修復用的理想生物活性材料。
權利要求
1.一種用于硬組織修復的生物活性納米氧化鈦陶瓷的制備方法，其特征在于所用材料以滿足生物醫用要求的納米氧化鈦粉為原料，通過控制燒結工藝，獲得具有納米晶粒的陶瓷塊，陶瓷塊在體內或體外生理環境下吸附鈣磷離子，在陶瓷塊表面形成類骨磷灰石層，從而與骨組織形成生物活性的化學結合，采用的納米氧化鈦粉原料可為晶紅石粉、或銳鈦礦粉、或它們兩者的復合粉，其制備步驟是以上述納米氧化鈦粉為原料，加入質量百分比為0.01～10％的氧化鎂粉為晶粒生長抑制劑，以分析純酒精為溶劑，將上述納米氧化鈦粉和氧化鎂粉混合粉料淹沒在酒精中，再用超聲波發生器在超聲波作用下將混合粉料充分混合，混合時間為1～30分鐘，混合粉料置于室溫下干燥后，再采用冷等靜壓機在10～500Mpa壓力下將混合粉料成型，然后將成型的坯體放入馬腹爐中，以1～50℃/分的升溫速率升至保溫溫度，保溫溫度為600～1200℃，在保溫溫度下保溫1～5小時后，隨爐冷卻至室溫，即獲得生物活性的具有納米結晶的納米氧化鈦陶瓷。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于所說晶紅石粉、或銳鈦礦粉、或它們兩者的復合粉，也可加入質量百分比為0.01～10％的氧化鋁粉為晶粒生長抑制劑，再按照權利要求1所述制備步驟，即所用混合時間、成型壓力、升溫速率、保溫溫度及保溫時間相同，即獲得生物活性的具有納米結晶的納米氧化鈦陶瓷。
3.按照權利要求1所述的方法，其特征在于所說晶紅石粉、或銳鈦礦粉、或它們兩者的復合粉，還可加入質量百分比為0.01～10％的焦磷酸鈣粉為晶粒生長抑制劑，再按照權利要求1所述制備步驟，即所用混合時間、成型壓力、升溫速率、保溫溫度及保溫時間相同，即獲得生物活性的具有納米結晶的納米氧化鈦陶瓷。
4.按照權利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所說納米氧化鈦粉原料的粒徑介于1～100納米之間，納米氧化鈦中金屬雜質元素總量小于50mg/kg，砷元素含量小于3mg/kg，鎘元素含量小于5mg/kg，汞元素含量小于5mg/kg，鉛元素含量小于30mg/kg。
5.按照權利要求1或4所述的方法，其特征在于所說以晶紅石納米氧化鈦粉原料制備的最佳工藝條件是，在晶紅石納米氧化鈦粉原料中加入質量百分比為2.5％的氧化鎂粉作為晶粒生長抑制劑，以分析純酒精為溶劑，將晶紅石納米氧化鈦粉和氧化鎂粉浸沒在酒精中，再用超聲波發生器在超聲波作用下將上述粉料充分混合10分鐘后，置于室溫下干燥后，用冷等靜壓機在50Mpa(兆帕)下將混合粉料成型，然后將成型的坯體放入馬腹爐中，以10℃/分的升溫速率升至保溫溫度，保溫溫度為1000℃。在保溫溫度下保溫2小時后，隨爐冷卻至室溫，即可獲得生物活性的具有納米結晶的納米氧化鈦陶瓷。
6.按照權利要求1或4所述的方法，其特征在于所說以銳鈦礦納米氧化鈦粉為原料制備的最佳工藝條件是，在銳鈦礦納米氧化鈦粉原料中加入質量百分比為5％的氧化鋁粉為晶粒生長抑制劑，以分析純酒精為溶劑，將上述銳鈦礦納米氧化鈦粉和氧化鋁粉粉料淹沒在酒精中，再用超聲波發生器在超聲波作用下將上述粉料充分混合20分鐘后，置于室溫下干燥后，用冷等靜壓機在150MPa壓力下將混合粉料成型，然后將成型的坯體放入馬腹爐中，以50℃/分的升溫速率升至保溫溫度，此時保溫溫度為600℃。在保溫溫度下保溫5小時后，隨爐冷卻至室溫，即可獲得生物活性的具有納米結晶的納米氧化鈦陶瓷。
7.按照權利要求1或4所述的方法，其特征在于所說以晶紅石納米氧化鈦粉和銳鈦礦納米氧化鈦粉的復合粉為原料制備的最佳工藝條件是，在復合粉中加入質量百分比為1％的焦磷酸鈣粉為晶粒生長抑制劑，以分析純酒精為溶劑，將上述復合粉料淹沒在酒精中，再用超聲波發生器在超聲波作用下將其充分混合30分鐘后，置于室溫下干燥后，用冷等靜壓機在200MPa壓力下將混合粉料成型，然后將成型的坯體放入馬腹爐中，以10℃/分的升溫速率升至保溫溫度，此時保溫溫度為1200℃。在保溫溫度下保溫3小時后，隨爐冷卻至室溫，即可獲得生物活性的具有納米結晶的納米氧化鈦陶瓷。
8.用于硬組織修復的生物活性納米氧化鈦陶瓷，其特征在于該納米氧化鈦陶瓷的納米晶粒(1)之間含有貫通性納米微孔(2)，其中的納米晶粒(1)尺寸介于0.1～1微米，在納米晶粒之間的納米微孔(2)尺寸有0.1～3微米大小，貫通性納米微孔為類骨磷灰石的生成提供豐富的晶粒成核點，并為新骨的生長提供營養通路。
全文摘要
本發明是一種用于硬組織修復的生物活性納米氧化鈦陶瓷及其制備方法。該方法以滿足生物醫用要求的納米氧化鈦粉為原料，如晶紅石粉、或銳鈦礦粉、或它們兩者的復合粉為原料，將所述原料與氧化鎂粉、或氧化鋁粉、或焦磷酸鈣粉等晶粒生長抑制劑混合后，經冷等靜壓成型和燒結工藝，即獲得生物活性納米氧化鈦陶瓷塊。該陶瓷塊在體內或體外生理環境下吸附鈣磷離子，在陶瓷塊表面形成類骨磷灰石層，從而與骨組織形成生物活性化學結合。本發明納米氧化鈦陶瓷植入人的牙或骨缺損腔一個月內能與骨組織形成生物活性結合，且無感染、安全、可靠本發明納米氧化鈦陶瓷價格遠遠低于現有硬組織修復用生物活性材料價格，以滿足更廣大人士的使用。
文檔編號C04B35/46GK1554617SQ20031010413
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月26日 優先權日2003年12月26日
發明者楊幫成, 虞奇峰, 吳堯, 張興棟 申請人:四川大學