一种液晶羟基磷灰石／聚合物复合各向异性骨替代材料及其制备方法，包括以下步骤：（１）将具有极性和亲水性的高分子聚合物溶入有机溶剂；（２）与适量ｎ－ＨＡ液晶搅拌共混，使液晶ｎ－ＨＡ颗粒在聚合物中均匀取向排列；（３）加热共混液使有机液体挥发；（４）将混溶浓缩物在超低温度下冷冻，固定ｎ－ＨＡ在聚合物中的有序排列；（５）干燥２４ｈ；（６）热压成型，得到ｎ－ＨＡ／聚合物生物复合材料。所说的ｎ－ＨＡ为直径１５－２０ｎｍ长２００－３００ｎｍ棒状液晶颗粒，并沿一定方向均匀分布在聚合物基体中，使沿ｎ－ＨＡ排列方向的力学性能大大优化，即从成分、结构、性能上实现对自然骨的仿生，满足临床对人体承重骨替代材料的使用要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无机/有机生物复合材料制备技术，特别是一种利用 羟基磷灰石液晶在外力场作用下的高流动性和易取向性，制备性能 各向异性的骨修复替代材料技术。(二)
技术介绍
人体的骨骼和牙齿是由纳米羟基磷灰石针晶(n-HA)有序排列于 胶原纤维而组成的天然复合材料，具有优异的力学性能。近年来，以 仿生生物结构及功能为目标，围绕纳米羟基磷灰石与聚合物复合骨修 复材料的研究己经成为热点。综观国内外研究，所开发的复合材料各具特色，但也都存在一定 的问题。如早期开发的高分子量聚乙烯/HA复合材料，由于HA颗粒 与聚合物分子间没有化学键合，HA的加入量较低，不仅力学性能不理 想，而且也缺乏生物活性；将分子自组装技术与模拟生物矿化相结合， 合成的多级微结构仿生的胶原/ n-HA复合纳米人工骨，由于胶原基体 的强度较低，使复合材料不能用于人体承重骨的替代。因此， 一些强 度高、塑性好，能与HA表面形成键合，并具有一定极性和亲水性的高 分子聚合物被用作聚合物/ n-HA复合生物活性材料的增韧体。如多聚 糖、聚乳酸、聚e己内脂、聚二甲基硅氧垸及聚酰胺(PA66)等，可与 n-HA因化学键合、氢键连接和电荷吸引而紧密结合，复合材料综合力 学性能优异、骨引导性显著、生物活性和相容性良好。然而，由于这 类聚合物没有胶原纤维那样的弓i导矿化作用，目前的方法均无法实现 n-HA在聚合物中的取向和均匀分布，这也成为制约生物复合材料临床 应用的瓶颈之一。上述复合材料只是对骨组织的成分仿生，它们的力 学性能指标分别为抗压强度70 170MPa，抗拉强度50 80MPa，抗拉 弹性模量7 10Gpa，均为各向同性。而自然骨中的n-HA晶体是沿胶 原纤维长度方向排列的，人体承重骨轴向的抗压强度为120 170MPa， 抗拉强度为120 150MPa，弹性模量17 20GPa。显然，如何使n-HA晶体在聚合物中取向排列，实现对骨组织纤巧 微观结构的真正模拟，是人体承重骨修复材料能否达到临床使用要求的关键。而使n-HA均匀、取向分布的n-HA/聚合物仿生骨修复材料的 制备方法和所制备的材料国内外未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计一种液晶羟基磷灰石/聚合物复合各向异 性骨替代材料及其制备方法，得到n-HA在聚合物基体中均匀存在、 呈取向分布，是- -种性能各向异性的用于人体承重骨替代的生物复合 材料。本专利技术的技术方案 一种液晶羟基磷灰石/聚合物复合各向异性 骨替代材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤(1) 将具有一定极性和亲水性的高分子聚合物溶入有机溶剂；(2) 按设计比例取适量n-HA液晶，在50-8(rC温度下，与聚 合物溶液搅拌共混2-5h，在搅拌力场作用下，使液晶n-HA颗粒在 聚合物中均匀取向排列；(3) 加热共混溶液至120-18(TC，使有机液体挥发，混溶液浓缩；(4) 采用急冷法，将混溶浓縮物在-5。C -l(TC超低温度下冷冻 3-5h，固定n-HA在聚合物中的有序排列；(5) 在大气条件下使残留的有机溶剂缓慢熔化，然后在恒温 箱中30-6(TC下干燥24h;(6) 用常规热压成型机压制干燥多孔块体，得到n-HA/聚合物 复合材料。上述所说的步骤(1)中的高分子聚合物取聚乳酸、聚二甲基硅氧垸及聚酰胺等。上述所说的步骤(1)中的有机溶剂为乙酸或环己垸等。 上述所说的步骤(2)中的搅拌力场可为电子搅拌力场或超声振荡力场；上述所说的步骤(6)中所说的热压成型温度为260-30(TC，时 间为20-30min。一种液晶羟基磷灰石/聚合物复合各向异性骨替代材料，其特征 在于羟基磷灰石为直径15-20nm长200-300nm棒状液晶颗粒，沿一定 方向均匀分布在聚合物基体中，使沿n-HA取向排列方向的力学性能 指标大大优化，即从成分、结构、性能上实现对自然骨的仿生。本专利技术的工作原理为由于制备羟基磷灰石液晶时，必须对其表面进行改性，即在HA颗粒表面包覆接枝了酰胺键-NH、 C二0基团的聚 合物。当羟基磷灰石液晶与聚合物共混时，表面接枝的极性酰胺基 团使液晶n-HA颗粒具有亲水性，可与同样具有酰胺键的聚合物基体 之间产生良好的混溶性。同时液晶的高流动特性，保证了在搅拌外 力作用下实现液晶n-HA颗粒在聚合物中的良好分散和取向分布(非 液晶n-HA颗粒在相同搅拌力场作用下是不可能取向的)。本专利技术的优越性在于由此制备的材料具有各向异性，优势在于 沿颗粒排列方向的拉伸和弯曲强度及弹性膜量明显提高，而材料整体 的断裂韧性不会降低，实现从组成到性能，特别是微观结构的仿生与 优化，满足临床对人体承重骨修复材料的使用要求。且制备的复合材 料的性能指标达到(1)沿n-HA排列方向的压縮强度:150-200MPa; 弯曲强度250-300 MPa;拉伸强度150-200 MPa;弹性模量15-20Gpa。 (2)在模拟体液中浸泡不同时期(最长50周)，各力学性能指标下 降不超过10-20%。 (3)材料的细胞毒性等级为0级，细胞增殖率与 纯HA相当。(四) 附图说明附图1为本专利技术所涉液晶羟基磷灰石/聚合物复合各向异性骨替 代材料及其制备方法中羟基磷灰石棒状液晶颗粒在聚合物基体中排 列结构示意图。其中l为聚合物基体，2为羟基磷灰石棒状液晶颗粒。(五) 具体实施例方式实施例1: 一种液晶羟基磷灰石/聚合物复合各向异性骨替代材 料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤(1 )将聚酰胺(PA66)溶入有机溶剂环己垸中(2) 按设计比例取适量n-HA液晶，在5(TC温度F，与PA66 溶液搅拌共混3h，在搅拌力场作用下，使液晶n-HA颗粒在PA66 中均匀取向排列；(3) 加热共混溶液至14(TC，使有机液体挥发，混溶液浓缩；(4) 将混溶浓缩物放入-10。C快速冷冻5h，固定n-HA在聚合物 中的有序排列；(5) 在大气条件下使残留的有机溶剂冰释，然后在恒温箱中40°C卩干燥24h;(6)采用热压成型机，在28(TC热压得到n-HA/ PA66复合材料。一种以羟基磷灰石液晶与聚酰胺(PA66)为原料，采用共混、浓縮、 冷冻、干燥、热压成型技术制备的n-HA/PA66生物复合材料，其特 征在于羟基磷灰石为直径15-20nm长200-300腦棒状液晶颗粒2，沿 一定万向均匀分布在PA66聚合物基体1中(见附图)，使沿n--HA取 向排列方向的力学性能指标大大优化，即从成分、结构、性能上实 现对自然骨的仿生。实施例2:-—种液晶羟基磷灰石/聚合物复合各向异性骨替代材 料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤(1) 将聚亚安酯(PU)溶入有机溶剂乙酸中；(2) 按设计比例取适量n-HA液晶，在6(TC温度下，与PU溶 液搅拌共混3h，在搅拌力场作用下，使液晶n-HA颗粒在PA66中均 匀取向排列；(3) 加热共混溶液至160°C，使有机液体挥发，混溶液浓縮；(4) 将混溶浓縮物放入-l(TC快速冷冻5h，固定n-HA在聚合物 中的有序排列；(5) 在大气条件下使残留的有机溶剂冰释，然后在恒温箱中 4(TC下干燥24h;(6) 采用热压成型机，在28(TC热压得到n-HA/PU复合材料。 一种以羟基磷灰石液晶与聚亚安酯(PU)为原料，采用共混、浓縮、冷冻、干燥、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种液晶羟基磷灰石／聚合物复合各向异性骨替代材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：（１）将具有一定极性和亲水性的高分子聚合物溶入有机溶剂；（２）按设计比例取适量ｎ－ＨＡ液晶，在５０－８０℃温度下，与聚合物溶液搅拌共混２－５ｈ，在搅拌力场作用下，使液晶ｎ－ＨＡ颗粒在聚合物中均匀取向排列；（３）加热共混溶液至１２０－１８０℃，使有机液体挥发，混溶液浓缩；（４）采用急冷法，将混溶浓缩物在－５℃～－１０℃超低温度下冷冻３－５ｈ，固定ｎ－ＨＡ在聚合物中的有序排列；（５）在大气条件下使残留的有机溶剂缓慢熔化，然后在恒温箱中３０－６０℃下干燥２４ｈ；（６）用常规热压成型机压制干燥多孔块体，得到ｎ－ＨＡ／聚合物复合材料。
【技术特征摘要】
1、一种液晶羟基磷灰石/聚合物复合各向异性骨替代材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤(1)将具有一定极性和亲水性的高分子聚合物溶入有机溶剂；(2)按设计比例取适量n-HA液晶，在50-80℃温度下，与聚合物溶液搅拌共混2-5h，在搅拌力场作用下，使液晶n-HA颗粒在聚合物中均匀取向排列；(3)加热共混溶液至120-180℃，使有机液体挥发，混溶液浓缩；(4)采用急冷法，将混溶浓缩物在-5℃～-10℃超低温度下冷冻3-5h，固定n-HA在聚合物中的有序排列；(5)在大气条件下使残留的有机溶剂缓慢熔化，然后在恒温箱中30-60℃下干燥24h；(6)用常规热压成型机压制干燥多孔块体，得到n-HA/聚合物复合材料。2、 根据权利要求1所说的一种液晶羟基磷灰石/聚合物复合各向 异性骨替代材料的制备方法，其特征在于所说的步骤(1)中的高分 子聚合物取聚乳酸、聚二甲...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈民芳，由臣，刘德宝，沈荣臻，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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