一種生物鎂基泡沫材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于生物醫用材料領域，具體涉及一種生物鎂基泡沫材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]生物醫用材料常被用于生物體的治療和修復，或被用于替換病損組織和器官，以及用于增進生物體的功能。進入二十一世紀以來，人們對生物醫用材料傾注了更大的興趣，該材料已成為世界各國競相研究和開發的熱點。現有的生物醫用材料主要包括生物醫用金屬材料、生物陶瓷和生物醫用高分子材料。生物醫用金屬材料以鈦合金、不銹鋼和鈷基合金最為常見。這些合金雖然具有較高的生物相容性，但存在彈性模量高、密度大、不能降解吸收等缺點，需要進行二次手術將其從體內取出。在生物陶瓷材料中以羥基磷灰石(hydroxyapatite，簡稱HA或HAP)的應用最為廣泛。該種材料與生物骨組織具有良好的生物相容性和生物活性，可以提高骨組織的愈合速度，且植入生物體后無需取出。但這種材料的力學性能較差，脆性大，不適于直接用作骨修復的支撐材料。聚乳酸作為可降解的生物醫用高分子材料在臨床上得到推廣應用。但是存在機械強度較低，因在體內降解過程中固定力減弱而導致二次骨折等問題。因此，對于生物醫用材料而言，人們一直處于不斷的改進和開發研究之中。
[0003]鎂和鎂合金擁有良好的生物相容性，鎂離子在人體骨骼中大量存在，參與有機體的眾多新陳代謝過程。鎂及鎂合金具有很高的比強度和比模量，與現有的醫用金屬材料相比，鎂合金的楊氏模量與人體骨骼更為接近，可以消除應力屏蔽效應。鎂合金在人體內能夠降解，植入人體后無需取出。因此，鎂和鎂合金作為生物醫用材料具有獨特的優勢。當鎂合金被制成多孔結構時，其三維空間結構將更有利于組織微循環，促進細胞的滲入和生長，提高骨骼的愈合速度。所以，多孔鎂合金材料又引起了研究者極大的興趣。但是，鎂和鎂合金在人體內的降解速度較快，在骨折固定初期容易造成力學性能下降。這些問題的出現，再一次推動了多孔鎂基復合材料的研發。
[0004]CN200710047941公開了一種生物體內可降解的多孔鎂基復合組織工程支架材料。該材料由高純度鎂及鎂合金粉70?20%，HA粉10?20%，造孔劑20?70%構成，其所用鎂合金粉為高純Mg-Zn合金、高純Mg-Zn-Ca合金、高純Mg-Zn-Ca-Fe合金、高純Mg-Mn合金、高純Mg-Zn-Mn合金。文獻 “B1degradable magnesium-hydroxyapatite metal matrix(3011^10 8；^68”公開了一種可降解鎂/輕基磷灰石金屬基復合材料的制備和性能(科技期刊《B1materials》2007年28卷第2163-2174頁)，該復合材料由AZ91D鎂合金粉末與20wt%HA粉末混合后擠壓而成。研究發現，含有HA增強體的鎂合金復合材料的細胞相容性良好，樣品上的骨原細胞、成骨細胞和巨噬細胞的數量比對照組多，且具有可調節的機械和腐蝕性能。但由于AZ91D鎂合金中含有鋁元素，該元素具有神經毒性，在一定程度上降低了細胞活性。另外，CN200510047728也公開了一種熔體直接發泡制備泡沫鎂的方法。該方法包括鎂-鋁-鈣合金熔化、添加增粘劑、加發泡劑并攪拌、傾倒轉移、發泡和切割成型等工藝步驟，制備的泡沫鎂中除含有鋁元素外，還含有碳化硅顆粒。由于該材料含有大量的碳化硅顆粒等雜質，使其生物相容性降低，限制了其在生物領域中的應用。鑒于上述制品中均含有一定影響其生物性能的成分，所以制品性能仍有待進一步改進。
[0005]CN101099873A公開了一種多孔鎂/羥基磷灰石生產工藝方法。該方法將羥基磷灰石粉(Ca/P ?1.67)和粒度80?200目的鎂粉(99.5% )按1: 2的比例混合，冷壓成型，施加壓力為200MPa-400MPa，然后在1100?1300°C燒結，保溫時間為I?7h等，最后制備出多孔鎂/羥基磷灰石。CN104928517A公開一種多孔鎂基-羥基磷灰石復合材料制備方法及其所得材料。該方法包括將石蠟型芯卡接于外模套內，在外模套與型芯之間的空隙中填充鎂粉，得到外模套基體;對外模套基體加壓成型后進行真空燒結，去除外模套得到多孔鎂基體;通過電泳沉積在多孔鎂基體表面沉積形成羥基磷灰石層，得到多孔鎂基-羥基磷灰石復合材料。由于上述方法涉及粉末冶金和真空燒結等過程，工藝相對復雜，生產成本較高。
【發明內容】
[0006]本發明目的在于克服現有技術中存在的問題，提供一種生物鎂基泡沫材料的制備方法，是一種具有多孔結構的鎂基泡沫的制備方法，該方法操作簡單、制備出的生物鎂基泡沫材料制品性能良好。
[0007]本發明的生物鎂基泡沫材料的制備方法，包括合金熔化、粉末添加劑加入、攪拌和保溫發泡等工藝過程，具體包括如下步驟:
[0008]步驟I:
[0009](I)按質量配比稱取配料，鎂鈣合金:羥基磷酸鈣:碳酸鎂=1:(5?15%): (I?5% )，其中鎂I丐合金中I丐質量分數為2?10%，輕基磷酸I丐粒度為48?147μηι，碳酸鎂粒度為48?147ym;
[0010](2)在坩禍中于680?720°C將鎂鈣合金熔化;然后攪拌條件下加入羥基磷酸鈣；降溫至570?630°C，攪拌條件下加入碳酸鎂，攪拌均勾;
[0011 ] 步驟2:升溫至600?640°C，保溫發泡2?8min ；
[0012]步驟3:將盛有泡沫體的坩禍冷卻至室溫，制得生物鎂基泡沫材料。
[0013]所述的步驟I中，鎂鈣合金為采用真空熔鑄制成的高純鎂鈣合金，羥基磷酸鈣為高純羥基磷酸鈣，碳酸鎂加入前在380?420°C下預熱0.5?1.5h;所述的步驟2中，加入羥基磷酸I丐時攪拌速度為500?1500r/min，攪拌時間為2?4min，加入碳酸鎂時攪拌速度為1500?2500r/min，攪拌時間為2?4min;所述的步驟3中，冷卻方式為自然冷卻、風冷或水冷。
[0014]本發明制備的的生物鎂基泡沫材料，為三維胞孔結構，胞狀孔洞的孔壁上存在宏觀或顯微裂紋，孔棱和孔壁上均分布有羥基磷酸鈣顆粒。
[0015]本發明的生物鎂基泡沫材料的制備方法，與現有技術相比，產生的積極效果是:
[0016](I)本發明以真空合成的鎂鈣合金和市售高純羥基磷酸鈣為原料，制品中不含對人體有害的雜質，能夠滿足醫療領域對生物醫用材料的要求；
[0017](2)本發明制備的生物鎂基泡沫材料的密度和孔徑可調，可通過控制孔洞和孔壁裂紋促進骨組織生長和物質交換，加快