CN100581594C - 具有混凝土特性的生物骨材的制造方法 - Google Patents

具有混凝土特性的生物骨材的制造方法 Download PDF

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Abstract

一种具有混凝土特性的生物骨材的制造方法，该方法的特点在于利用不同粒径大小的生物骨材，进行混合后形成具有混凝土特征与特性的骨骼填充物。该方法所产出的生物骨材特征，为一具有不同颗粒混合的固体，并且具有一定强度的生物骨材。

Description

具有混凝土特性的生物骨材的制造方法
技术领域
本发明是有关一种生物骨材的制造方法，尤指具有混凝土特性的生物骨材的制造方法。
背景技术
硫酸钙(calcium sulfate)即是一般所谓的石膏，分为无水石膏(CaSO4)、半水石膏(CaSO4·1/2H2O)及二水石膏(CaSO4·2H2O)三种，医疗上经常使用的高硬度石膏即是半水硫酸钙(hemihydro calcium
sulfate)。其加水后产生结晶水，变成二水硫酸钙就会有凝固硬化效果出现。化学反应式如下：
CaSO4·1/2H2O+3/2H2O→CaSO4·2H2O
整个反应过程中每摩尔(mole)的半水硫酸钙除了加入3/2摩尔(mole)的水之外，还要加入更多的水使整个浆体能搅拌均匀。所以加入越多的水会使凝固硬化过程越慢，所需时间就越久。待整个反应结束后，过多的水留在硫酸钙内蒸发后即变成孔洞，所以加入越多的水，硬化后的硫酸钙强度就越差。
磷酸钙为人体骨骼的主要成份，为目前医疗上骨科常用的填充材料，用来替代硬骨组织。磷酸钙填充材料具有骨传导(osteoconductivity)的特性，其植入后促进宿主骨与磷酸钙填充物材料表面结合，提供一个引导骨形成。且磷酸钙填充材料具有良好的生物兼容性(biocompatibility)，其pH值与人体相近，在植入动物体或人体内将逐渐退化被主体所吸收，能和原组织(host tissue)相互键结并能刺激周围的组织生长，在骨填充物中占有重要的角色。一般生物陶瓷材料的机械强度不佳，特别是处于复杂的应力状态时，所以其实际使用上受到很大的限制。因此，对于生物材料的要求则在于如何控制植入体内后填充物的流失速率、改善机械强度，并同时保有良好的生物兼容性。
骨科手术中经常因骨折愈合不良、骨瘤、严重外伤或骨髓炎而需施行骨移植术，但临床上往往难以取得足够的海绵骨来配合手术或因感染不适宜立即接受海绵骨移植术。近年来骨科在临床上，常会遇到骨质老化及疏松症等案例。随着人们年纪增长，骨替代产品(bone
substitute)更是需求孔急。因疾病而造成局部的缺陷或因外伤、骨骼疾病而造成局部的缺陷，只需将该部位加以修补即可。而填充材料除了自体骨移植、同种尸骨、加工后的动物尸骨的传统方式以外，骨科常用的填充材料以硫酸钙为主的骨水泥，如Collagraft及OsteoSet bonegraft substitute等硫酸钙材料。但常会因取得不易、病患本身排斥、感染、二次手术、溶解速率太快、软纤维组织的长入等缺点。同时为了因应人体骨骼修补的各种复杂形状及其相对产生的应力，所以上述各种骨填充材料在实际上使用受到很大的限制。所以要如何避免二次手术及降低植入材料的流失速率、促进骨细胞生长等特性是目前的研究重点。希望能使填充材料的流失速率接近骨头的生长速率，则可避免纤维组织的长入。
骨骼填充材料是一种植入性的材料，可为单一材料或是多种材料组合的复合材料；其可借骨生成(osteogenic)、骨诱导(osteoinductive)或骨引导(osteoconductive)的影响方式而具有促进骨的修复反应。
可促进骨生成的材料为材料内含有具有分化成骨能力的活细胞。骨引导性材料为在骨的表面形成一个有功能的有容纳性的支架可增强骨的形成作用(bone formation)的材料。骨诱导性材料为材料本身可提供生物性的刺激以诱导植入处局部位置的细胞或转植入的细胞分化为成熟的成骨细胞(mature osteoblast)。一个具有骨生成(osteogenic)特性的材料可定义成：包含有能力可分化成骨组织的活细胞。具有骨引导性(osteoconductive)的材料是促进骨组织骨存在于材料的表面，具有部分功能类似鹰架式结构，帮助骨组织形成。而骨诱导(osteoinductive)材料为提供一个生物学(biologic)的刺激，此刺激可诱导(induces)局部或转化细胞进入可以分化成成熟骨母细胞(osteoblasts)的信道。
是以，由上可知，上述公知填充材料，在实际使用上，显然具有不便与缺陷存在，而可待加以改善。
由以上原因，本发明人有感上述缺陷的可改善，且依据多年来从事此方面的相关经验，悉心观察且研究之，并配合学理的运用，而提出一种设计合理且有效改善上述缺陷的本发明。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种具有混凝土特性的生物骨材的制造方法，该方法的特点在于利用不同粒径大小的生物骨材，如半水硫酸钙盐、磷酸钙盐系列的生物玻璃或生物玻璃陶瓷或生物陶瓷相，以不同比例进行浆体混合后形成具有混凝土特征与特性的骨骼填充物。该方法所产出的生物用骨材特征，外观上为一具有大小颗粒混合的固体，并且具有一定强度的生物骨材。
为了达成上述的目的，本发明提供一种具有混凝土特性的生物骨材的制造方法，其步骤包括：混合水或稀酸溶液与一骨水泥，以形成骨水泥浆体；将复数个粒径范围为小于590微米的骨材混入该骨水泥浆体，以形成骨水泥砂浆体；以及将复数个粒径范围为590～1410微米的骨材混入该骨水泥砂浆体，以形成具有混凝土特性的生物骨材。
本发明在于提供一种具有混凝土特性的生物骨材的制造方法，该方法的特点在于利用不同粒径大小的生物骨材，如半水硫酸钙盐、磷酸钙盐系列的生物玻璃或生物玻璃陶瓷或生物陶瓷相，以不同比例进行浆体混合后形成具有混凝土特征与特性的骨骼填充物。该方法所产出的生物用骨材特征，外观上为一具有大小颗粒混合的固体，并且具有一定强度的生物骨材。
为了更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明具有混凝土特性的生物骨材的制造方法的流程图；
图2为本发明不同粒径大小的生物骨材的示意图；
图3为本发明混合不同粒径大小的生物骨材的示意图；以及
图4为本发明混合不同粒径大小的生物骨材的扫描式电子显微镜图；
主要元件符号说明：
1    细骨材             2    粗骨材
3    中骨材             4    砂
5    石头
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供一种具有混凝土特性的生物骨材的制造方法，其步骤包括：混合水或稀酸溶液与一骨水泥，以形成骨水泥浆体(S100)；将复数个细骨材1混入该骨水泥浆体，以形成骨水泥砂浆体(S102)；以及将复数个粗骨材2混入该骨水泥砂浆体，以形成具有混凝土特性的生物骨材(S104)。其中更包括：将一特殊添加物混入该具有混凝土特性的生物骨材，以形成具有混凝土特性的特殊生物骨材(S106)，该特殊添加物为抗生素或成长因子(growth factor)。
该稀酸溶液为稀磷酸加水的水溶液，该骨水泥为α和β相的半水硫酸钙盐。该细骨材1为二水硫酸钙颗粒、磷酸钙盐的生物玻璃、生物玻璃陶瓷、生物陶瓷或聚左旋乳酸(PLLA)。该细骨材1粒径范围为小于590微米(μm)。该粗骨材2为二水硫酸钙颗粒、磷酸钙盐的生物玻璃、生物玻璃陶瓷、生物陶瓷或聚左旋乳酸(PLLA)。该粗骨材2粒径范围为840～1410微米(μm)，其中有复数个中骨材3，粒径范围为590～840微米(μm)。
本发明(1)将打锭完成后医疗等级二水、半水硫酸钙锭剂与磷酸钙系玻璃或玻璃陶瓷或陶瓷以均质机分别打碎后，通过粉体震荡过筛机，进行粉体过筛。分别经过ASTM(美国试验材料学会)规范下的标准分析筛网325、200、120、100震荡过筛。(2)将过筛后的碎裂体经过分级后，将较细微粉体经雷射粒径分析后，取特定比例的最小粒径粉体。(3)利用两种或两种以上大小粒径不同的粉体进行混合浆体。其中，将二水硫酸钙盐做为基材，半水硫酸钙盐为砂体，混入磷酸钙盐。(4)待浆体硬化完成后即形成。
请参阅图2与图3所示，为本发明混合细骨材1、中骨材3及粗骨材2的示意图，请参阅图4所示，为本发明混合不同粒径大小的生物骨材的扫描式电子显微镜图，其中可看出有些混合为砂4，有些混合为石头5。
本发明在于提供一种具有混凝土特性的生物骨材的制造方法，该方法的特点在于利用不同粒径大小的生物骨材，如半水硫酸钙盐、磷酸钙盐系列的生物玻璃或生物玻璃陶瓷或生物陶瓷相，以不同比例进行浆体混合后形成具有混凝土特征与特性的骨骼填充物。该方法所产出的生物用骨材特征，外观上为一具有大小颗粒混合的固体，并且具有一定强度的生物骨材。
需要说明的是，以上所述，仅为本发明最佳的一具体实施例的详细说明与附图，但本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以权利要求为准，凡合于本发明权利要求的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范畴中，任何熟悉该项技艺者在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在以下本案的保护范围中。

Claims (4)

1.一种具有混凝土特性的生物骨材的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：
混合水或稀酸溶液与一骨水泥，以形成骨水泥浆体；
将复数个粒径范围为小于590微米的骨材混入该骨水泥浆体，以形成骨水泥砂浆体，其中，该个粒径范围为小于590微米的骨材为二水硫酸钙颗粒、磷酸钙盐的生物玻璃、生物玻璃陶瓷、生物陶瓷或聚左旋乳酸；以及
将复数个粒径范围为840～1410微米的骨材混入该骨水泥砂浆体，以形成具有混凝土特性的生物骨材，其中，该个粒径范围为840～1410微米的骨材为二水硫酸钙颗粒、磷酸钙盐的生物玻璃、生物玻璃陶瓷、生物陶瓷或聚左旋乳酸。
2.如权利要求1所述的具有混凝土特性的生物骨材的制造方法，其特征在于：上述的水为纯水或生理食盐水，而稀酸溶液为医疗级稀磷酸。
3.如权利要求1所述的具有混凝土特性的生物骨材的制造方法，其特征在于：该骨水泥为α和β相的半水硫酸钙盐。
4.如权利要求1所述的具有混凝土特性的生物骨材的制造方法，其特征在于：将该复数个粒径范围为840～1410微米的骨材混入该骨水泥砂浆体的步骤后，更包括：将一特殊添加物混入该具有混凝土特性的生物骨材，以形成具有混凝土特性的特殊生物骨材，其中，所述特殊添加物为抗生素或成长因子。
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