一種聚合鈦纖維增強多孔鎂基醫(yī)用材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種聚合鈦纖維增強多孔鎂基醫(yī)用材料的制備方法，屬于醫(yī)用材料制備領域。
【背景技術】
[0002]生物醫(yī)用金屬材料在生物骨組織替換中表現(xiàn)出良好的力學性能。但是，由于它在生物體內(nèi)受體液腐蝕嚴重，某些游離出的金屬離子對生物體有毒性，生物相容性不佳，仍不能成為理想的骨替換材料。
[0003]金屬鎂的彈性模量與生物骨較為接近，鎂離子是生物體所需離子，但金屬鎂的活性高，在生物體內(nèi)受體液腐蝕更為嚴重。羥基磷灰石是一種生物相容性優(yōu)良的骨修復和替換材料，植入生物體后可以與生物骨結合為一體，但陶瓷的脆性限制了其在骨組織替換中的應用。
[0004]傳統(tǒng)單一型生物醫(yī)用材料，如金屬材料、陶瓷材料、高分子材料在生物體中都有應用，但作為骨替代材料，都有其局限性。生物醫(yī)用金屬材料在生物體內(nèi)容易發(fā)生腐蝕，許多金屬離子對人體有害，金屬肩會引起周圍生物組織發(fā)生變化，另外，金屬元素向各種器官轉移，引起組織變態(tài)反應等問題。生物醫(yī)用陶瓷材料的脆性決定了它的使用范圍，高分子材料的強度不高，也限制了它在骨替代尤其是承重骨替代材料上的使用。
[0005]人造結構材料往往追求高致密固體，但自然界卻往往選用胞狀材料作為大型生物或植物的構體。天然骨由同心圓排列的骨板與哈佛系統(tǒng)構成，外層為致密的皮質骨，內(nèi)層為疏松多孔的松質骨。成熟骨的主要部分是由羥基磷灰石晶體緊密地嵌入膠原基體中構成的，因此可能把骨看成一個在基體中含有晶體的雙相復合材料。故自然骨也是一種復合材料，不過其各相成分在結晶形態(tài)、有序取向、空間分布等有更精細的組織結構。根據(jù)天然骨的特點，骨缺損材料應該具有非均質多孔連通梯度結構。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要解決的技術問題:針對目前傳統(tǒng)多孔鎂基醫(yī)用材料由于鎂的高活性，容易受到生物體液的腐蝕，游離出的鎂離子對生物體有毒性，生物相容性差，而羥基磷灰石是一種生物相容性很好的材料，但其脆性又限制了它應用的現(xiàn)狀，提供了一種利用聚合鈦纖維增強多孔鎂基，并用羥基磷灰石沉積修飾其表面的醫(yī)用材料，該材料通過聚合鈦纖維、鎂以及碳酸鉀的球磨，壓制，燒結和堿浸制備得到增強多孔材料，再將羥基磷灰石通過電泳沉積裝置包覆在材料表面，既解決了金屬鎂容易受體液腐蝕游離出有毒物質，與生物相容性差的缺陷，又解決了羥基磷灰石單獨使用質脆的不足，是一種很好的生物骨組織替換材料。
[0007 ]為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是:
(I)取10?15g鈦酸丁酯和6?8g醋酸鋅溶解在50?60mL 二甲基甲酰胺和20?30mL無水乙醇混合液中，用玻璃棒攪拌均勻，再加入3?5g聚乙烯吡咯烷酮調(diào)節(jié)混合液粘度，放置在磁力攪拌機上，以300?400r/min的轉速攪拌過夜；
(2 )將上述攪拌過夜后的混合液放入高壓靜電紡絲裝置貯液槽中，啟動高壓靜電發(fā)生器，將紡絲液用輸液栗擠出再由噴絲口噴出，噴出的混合液射流被固化形成聚合鈦纖維，以無序狀排列在收集板上；
(3)篩取500?600g過100?130目標準篩后的鎂粉以及100?200g同粒度的碳酸鉀粉末，將兩者混合均勻后放入行星球磨機中，繼續(xù)加入50?10g上述制備得到的聚合鈦纖維，加入10?20g碳化鎢球磨珠，在氬氣的保護下球磨I?2h;
(4)將球磨產(chǎn)物放在壓制機壓板下，以0.5?IMPa的壓力進行壓制，在達到預定壓力后，保壓5?1min，得到壓制板樣，將板樣移入高溫燒結爐中，充入氮氣，以5?8°C/min的速率程序升溫至650?700°C，保溫燒結50?60min;
(5)將保溫燒結后的樣板浸入質量濃度為40%的氫氧化鈉溶液，搖床振蕩反應3?6h，直至樣板表面無氣泡產(chǎn)生，取出后放入烘箱在105?110°C下干燥至恒重制得聚合鈦纖維增強鎂基多孔材料；
(6)用剛玉砂紙將上述制得的聚合鈦纖維增強鎂基多孔材料表面打磨I?3遍，將其放入電泳沉積設備的沉積槽中，向里加入質量濃度為60%的硝酸鈣溶液，直至將聚合鈦纖維增強鎂基多孔材料浸沒，再加入硝酸鈣總體積2/3的濃度為0.5mol/L的磷酸銨溶液，用玻璃棒攪拌均勻；
(7)攪拌均勻后，加熱升溫至75?85°C，加入一根石墨棒作為陽極，鎂基材料為陰極，接通直流電源，電脈沉積I?2h，使羥基磷酸鈣沉積在材料表面，取出后用去離子水沖洗3?5次，干燥后即得一種聚合鈦纖維增強多孔鎂基醫(yī)用材料。
[0008]所述的紡絲射流固化方法是以硫酸和硫酸鈉按質量比為5:1配成的水溶液作為凝固浴，將紡絲射流固化。
[0009]本發(fā)明的具體應用方法:將本發(fā)明制得的聚合鈦纖維增強多孔鎂基醫(yī)用材料制成仿真骨料，先將其于600°C下高溫消毒處理3?5h，之后冷卻至室溫后，將成骨細胞(2 X 14)直接接種于仿真骨料表面，于37°C恒溫和5%C02的潮濕空氣氛圍下培養(yǎng)，每隔3?5天檢測細胞數(shù)目，發(fā)現(xiàn)細胞增長率達30?40%，證明本材料可用于活體移植。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明既解決了金屬鎂容易受體液腐蝕游離出有毒物質，與生物相容性差的缺陷，又解決了羥基磷灰石單獨使用質脆的不足，是一種很好的生物骨組織替換材料。
【具體實施方式】
[0011]取10?15g鈦酸丁酯和6?8g醋酸鋅溶解在50?60mL 二甲基甲酰胺和20?30mL無水乙醇混合液中，用玻璃棒攪拌均勻，再加入3?5g聚乙烯吡咯烷酮調(diào)節(jié)混合液粘度，放置在磁力攪拌機上，以300?400r/min的轉速攪拌過夜;將上述攪拌過夜后的混合液放入高壓靜電紡絲裝置貯液槽中，啟動高壓靜電發(fā)生器，將紡絲液用輸液栗擠出再由噴絲口噴出，噴出的混合液射流被固化形成聚合鈦纖維，以無序狀排列在收集板上；篩取500?600g過100?130目標準篩后的鎂粉以及100?200g同粒度的碳酸鉀粉末，將兩者混合均勻后放入行星球磨機中，繼續(xù)加入50?10g上述制備得到的聚合鈦纖維，加入10?20g碳化媽球磨珠，在氬氣的保護下球磨I?2h;將球磨產(chǎn)物放在壓制機壓板下，以0.5?IMPa的壓力進行壓制，在達到預定壓力后，保壓5?lOmin，得到壓制板樣，將板樣移入高溫燒結爐中，充入氮氣，以5?8°C/min的速率程序升溫至650?700°C，保溫燒結50?60min;將保溫燒結后的樣板浸入質量濃度為40%的氫氧化鈉溶液，搖床振蕩反應3?6h，直至樣板表面無氣泡產(chǎn)生，取出后放入烘箱在105?110°C下干燥至恒重制得聚合鈦纖維增強鎂基多孔材料；用剛玉砂紙將上述制得的聚合鈦纖維增強鎂基多孔材料表面打磨I?3遍，將其放入電泳沉積設備的沉積槽中，向里加入質量濃度為60%的硝酸鈣溶液，直至將聚合鈦纖維增強鎂基多孔材料浸沒，再加入硝酸鈣總體積2/3的濃度為0.5mol/L的磷酸銨溶液，用玻璃棒攪拌均勻;攪拌均勻后，加熱升溫至75?85°C，加入一根石墨棒作為陽極，鎂基材料為陰極，接通直流電源，電脈沉積I?2h，使羥基磷酸鈣沉積在材料表面，取出后用去離子水沖洗3?5次，干燥后即得一種聚合鈦纖維增強多孔鎂基醫(yī)用材料。
[0012]所述的紡絲射流固化方法是以硫酸和硫酸鈉按質量比為5:1配成的水溶液作為凝固浴，將紡絲射流固化。
[0013]實例I
取1g鈦酸丁酯和6?8g醋酸鋅溶解在50mL二甲基甲酰胺和20mL無水乙醇混合液中，用玻璃棒攪拌均勻，再加入3g聚乙烯吡咯烷酮調(diào)節(jié)混合液粘度，放置在磁力攪拌機上，以300r/min的轉速攪拌過夜;將上述攪拌過夜后的混合液放入高壓靜電紡絲裝置IC液槽中，啟動高壓靜電發(fā)生器，將紡絲液用輸液栗擠出再由噴絲口噴出，噴出的混合液射流被固化形成聚合鈦纖維，以無序狀排列在收集板上;篩取500g過100目標準篩后的鎂粉以及10g同粒度的碳酸鉀粉末，將兩者混合均勻后放入行星球磨機中，繼續(xù)加入50g上述制備得到的聚合鈦纖維，加入1g碳化鎢球磨珠，在氬氣的保護下球磨Ih;將球磨產(chǎn)物放在壓制機壓板下，以0.5MPa的壓力進行壓制，在達到預定壓力后，保壓5min，得到壓制板樣，將板樣移入高溫燒結爐中，充入氮氣，以5°C/min的速率程序升溫至650°C，保溫燒結50min;將保溫燒結后的樣板浸入質量濃度為40%的氫氧化鈉溶液，搖床振蕩反應3h，直至樣板表面無氣泡產(chǎn)生，取出后放入烘箱在105°C下干燥至恒重制得聚合鈦纖維增強鎂基多孔材料；用剛玉砂紙將上述制得的聚合鈦纖維增強鎂基多孔材料表面打磨I遍，將其放入電泳沉積設備的沉積槽中，向里加入質量濃度