本發明涉及一種多孔磷酸鈣陶瓷的制備方法，屬于多孔生物陶瓷制備技術領域。

背景技術：

因為與骨的無機礦物成分相似，磷酸鈣一直成為骨缺損修復用首選材料。而在實際應用中，通常需要把磷酸鈣加工成具有多孔結構的陶瓷。之所以需要把磷酸鈣加工成多孔結構是因為合適的孔隙不但有利于骨組織長入和宿主骨整合，而且還能極大提高陶瓷的生物活性。為獲得具有良好生物學性能的磷酸鈣多孔陶瓷，到目前為止，已有不同用于制備多孔磷酸鈣陶瓷的技術被報道，例如使用制孔劑模板法（中國專利號200710016725.x，03135581.1，201110458811.2，201610063506.6），發泡法（中國專利號200410096287.9，200510021620.4，200610020320.9），冷凍干燥法（中國專利號200510120569.2）有機泡沫浸漬法（中國專利號200510043159.2，200610013334.8），水分解作為造孔劑法（中國專利號201210234006.6），有機制孔劑（中國專利號201510850673.0），低溫燒結自然成孔法（中國專利號201110154051.6），表面生物礦化制孔（中國專利號201410192445.4），多孔層交替疊層成型法（中國專利號201019114034.2）等。雖然這些方法都能制備出具有孔隙結構的磷酸鈣陶瓷，但是由這些方法制備出來的多孔磷酸鈣陶瓷的孔隙不均勻且孔結構不可控，而且由這些技術制備的多孔磷酸鈣陶瓷的大孔隙間的連接貫通性不好甚至不貫通。這就極大的影響了磷酸鈣陶瓷的生物學性能。

為了克服上述技術的缺陷，當前人們引入了一種增材制造技術來制備多孔磷酸鈣陶瓷。專利號為201410144150.5的專利和專利號為201210185006.1的專利分別公開了一種利用激光選區燒結的增材制造技術制備了磷酸鈣制支架的方法。使用增材制造技術制造多孔磷酸鈣陶瓷能很好的控制陶瓷中大孔隙的結構和直徑，并且能確保大孔隙之間的貫通性。盡管如此，使用增材制造技術制造的多孔磷酸鈣陶瓷也存在缺陷。由于增材制造技術是通過層層疊加材料的方式來構建陶瓷，這就導致構建的陶瓷層與層之間的陶瓷連接點處連接不緊密，這就導致制備的陶瓷的機械強度低；并且在層層疊加過程中因陶瓷不同步成型容易產生力學不穩定的陶瓷坯體，從而容易導致陶瓷開裂等現象。另外，當前使用增材制造把陶瓷粉末直接快速成型，導致成型的多孔陶瓷坯體內的陶瓷粉末顆粒之間的粘結性差，這樣也極大的影響了多孔磷酸鈣陶瓷的機械強度。

技術實現要素：

為了克服當前增材制造技術制備多孔磷酸鈣陶瓷的缺陷，本發明提出使用由增材制造技術制造的多孔支架作為模板，并結合凝膠澆注成型方法制備多孔磷酸鈣陶瓷。使用本發明的方法能有效克服增材制造技術制造過程中的因逐層疊加制造產生的不利因素和陶瓷粉末直接打印過程中陶瓷顆粒不能緊密連接的不利因素，獲得一次成型的、力學穩定的、且具有良好機械性能的多孔磷酸鈣陶瓷。

為實現上述目的，本發明是采用以下措施構成的技術方案來實現的。

本發明所述的制備多孔磷酸鈣陶瓷的技術，采用如下連續制備步驟：

a)預制貫通孔模板：使用增材制造打印機制造在三維方向孔徑都為20-1000微米的多孔支架模板；

b)原料配制：把水、磷酸鈣顆粒、分散劑、粘結劑、不飽和烯單體、多烯交聯劑、過硫酸銨和四甲基乙二胺按照重量比(30-50):(30-50):(0.2-2):(10-20):(2-6):1:(0.005-0.01)進行混合組成混合物m；

c)預制坯體：把混合物m灌注進入多孔支架模板，然后置于溫度為20-80℃，濕度為70-100%的氮氣保護環境中反應6-72小時，獲得多孔支架模板/陶瓷坯體；

d)除模板工藝：把多孔支架模板/陶瓷坯體置于有機溶劑中浸泡10-30小時除去多孔支架，然后放入烘箱中在30-100℃烘烤2-8小時獲得干燥的多孔陶瓷坯體；

e)高溫燒結工藝：把干燥的多孔陶瓷坯體放入溫度可控高溫燒結爐以2-5℃/min升溫速率加熱至1000-1200℃，并保溫3-6小時除去有機組分，然后以2-5℃/min降溫速率降溫至室溫，獲得多孔磷酸鈣陶瓷;

進一步地，在步驟a)中，所述的多孔支架的孔隙是三維貫通的；

進一步地，在步驟a)中，所述的多孔支架的組成是聚乳酸或者abs；

進一步地，在步驟b)中，所述的磷酸鈣顆粒，其化學成分是羥基磷灰石，或者是磷酸三鈣，或者是羥基磷灰石和磷酸三鈣的組合物；

進一步地，在步驟b)中，所述的粘結劑是羥丙基甲基纖維素、聚乙烯醇、聚乙二醇、或者它們的混合物；

進一步地，在步驟b)中，所述的分散劑是聚丙烯酸鈉或者聚乙烯吡咯烷酮；

進一步地，在步驟b)中，所述的不飽和烯單體是丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸鹽類、甲基丙烯酸鹽類、丙烯酰胺、丙烯酰胺衍生物、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺衍生物中的一種或一種以上；

進一步地，在步驟b)中，所述的多烯交聯劑是n,n-亞甲基-雙丙烯酰胺、二（甲基）丙烯酸乙二醇酯、戊二醛、含1,2二醇結構的交聯劑中的一種或一種以上；

進一步地，在步驟d)中，所述的有機溶劑是二氯甲烷、三氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺、丙酮、四氫呋喃，或者它們的組合；

本發明通過使用上述方法得到的多孔磷酸鈣陶瓷，其孔徑在三維方向都為20-1000微米。

本發明具有以下特點及有益的技術效果：

本發明的構成方法形成的多孔磷酸鈣陶瓷，因為使用的由增材制造技術制造多孔支架作為模板，其的孔隙大小、結構和三維貫通性是可以預先設計的，所以多孔磷酸鈣陶瓷的孔隙大小和結構也是可控的、且孔在三維方向能保證是相互貫通的。這就保證了制備的多孔磷酸鈣陶瓷具有良好的生物學性能。

本發明所述的多孔磷酸鈣陶瓷，因為是往由增材制造技術制造的多孔支架孔隙內一次性澆注含磷酸鈣顆粒的混合物m，所以是一次性成型，這樣就避免了增材制造的因層層疊加成型影響產品的機械性能。

本發明使用凝膠澆注方法，即在把含磷酸鈣顆粒的凝膠前驅體混合物m灌注進入由增材制造技術制造的高分子多孔支架后，凝膠前驅體會交聯形成高分子網絡結構。在混合物m干燥過程中，混合物m內的水凝膠網絡會逐漸收縮導致水凝膠網絡內磷酸鈣顆粒緊密接觸并避免陶瓷開裂，從而獲得具有良好機械性能的多孔磷酸鈣陶瓷。

此外，使用本發明的構成方法，在提高陶瓷的機械性能的同時，并沒有改變由增材制造技術制造形成的多孔支架的復雜結構和形貌，所以完全能成為增材制造在臨床設計并制造復雜硬組織多孔磷酸鈣陶瓷的一個后續補充手段。

附圖說明

圖1是本發明實施例1所使用的由增材制造技術制備的三維貫通的聚乳酸支架作為模板的sem照片。

圖2是本發明實施例1構成的多孔羥基磷灰石陶瓷的sem照片。

圖3是本發明實施例1構成的多孔羥基磷灰石陶瓷局部結構的sem照片。

具體實施方式

下面用具體實施例對本發明作進一步的詳細說明，但不應理解為是對本發明保護內容的任何限定。

實施例1

根據本發明的步驟a)，使用熔融沉積成型（fdm）增材制造打印機和聚乳酸作為耗材制造出如圖1的孔徑為500微米的、孔貫通的聚乳酸多孔支架模板；

步驟b)，把3.0克水、3.0克羥基磷灰石顆粒、0.025克分散劑聚丙烯酸鈉，0.1克粘結劑羥丙基甲基纖維素，0.2克丙烯酰胺單體，0.033克n,n-亞甲基-雙丙烯酰胺交聯劑，0.010克過硫酸銨和0.015克四甲基乙二胺充分混合獲得混合物m；

步驟c)，把混合物m灌注進入多孔支架模板，然后置于溫度為50℃，濕度為90%的氮氣保護環境中反應24小時，獲得多孔支架模板/陶瓷坯體；

步驟d)，把多孔支架模板/陶瓷坯體置于二氯甲烷中浸泡20小時除去多孔支架，然后放入烘箱中在60℃烘烤5小時獲得干燥的多孔陶瓷坯體；

步驟e)，把干燥的多孔陶瓷坯體放入溫度可控高溫燒結爐以2℃/min升溫速率加熱至1100℃，并保溫5小時除去有機組分，然后以2℃/min降溫速率降溫至室溫，獲得如圖2和圖3的孔隙為400微米的，且孔隙三維貫通的多孔羥基磷灰石陶瓷。

實施例2

使用abs作為打印耗材，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙為400微米的、且孔隙三維貫通的多孔羥基磷灰石陶瓷。

實施例3

使用磷酸三鈣作為磷酸鈣顆粒，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙為400微米的、且孔隙三維貫通的多孔磷酸三鈣陶瓷。

實施例4

使用羥基磷灰石/磷酸三鈣組分比為6:4的雙相磷酸鈣作為磷酸鈣顆粒，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙為400微米的、且孔隙三維貫通的多孔羥基磷灰石/磷酸三鈣雙相陶瓷。

實施例5

使用聚乙烯醇作為粘結劑，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙為400微米的、且孔隙三維貫通的多孔羥基磷灰石陶瓷。

實施例6

使用聚乙二醇作為粘結劑，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙為400微米的、且孔隙三維貫通的多孔羥基磷灰石陶瓷。

實施例7

使用聚乙烯吡咯烷酮作為分散劑，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙為400微米的、且孔隙三維貫通的多孔羥基磷灰石陶瓷。

實施例8

使用甲基丙烯酸作為不飽和烯單體，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙為400微米的、且孔隙三維貫通的多孔羥基磷灰石陶瓷。

實施例9

使用戊二醛作為多烯交聯劑，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙為400微米的、且孔隙三維貫通的多孔羥基磷灰石陶瓷。

實施例10

步驟d)中，使用三氯甲烷作為有機溶劑，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙為400微米的、且孔隙三維貫通的多孔羥基磷灰石陶瓷。

實施例11

步驟a)中，打印孔徑為1300微米的多孔聚乳酸支架，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙為1000微米的、且孔隙三維貫通的多孔羥基磷灰石陶瓷。

實施例12

步驟a)中，打印孔徑為26微米的多孔聚乳酸支架，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙為20微米的、且孔隙三維貫通的多孔羥基磷灰石陶瓷。