CN101987208A - 墨鱼骨转化多相大孔径骨再生支架材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大孔径骨再生支架材料及其制备方法，属于医用仿生材料工程技术领域。采用一种天然多孔无机生物材料(墨鱼骨)与磷酸二氢铵在高温高压条件下充分反应，使之转化为多相生物陶瓷(碳酸钙、羟基磷灰石和磷酸钙)。该材料制备不仅工艺简单，原料来源丰富，成本低廉；而且所制备的材料生物相容性好，抗压强度高，绿色环保。骨细胞实验表明该类材料具有骨传导活性，能够促进并诱导骨再生自行修复，在体内可梯度降解，是一种理想的骨移植替代材料，在骨外科手术中具有广泛的应用价值和显著的社会与经济效益。

Description

墨鱼骨转化多相大孔径骨再生支架材料及制备方法

技术领域：

本发明涉及医用仿生材料技术领域，尤其涉及一种大孔径具有生物活性、可降解骨再生支架材料及其制备方法。

背景技术：

由于意外事故、创伤、战争或矫形手术所致的骨缺损需要进行骨移植。另外，随着人年龄的增长，骨骼强度逐渐降低，发生骨折的几率逐渐增大，需要骨移植的案例也在不断增加。目前，骨移植材料大体可分为自体骨、同种异体骨和人工替代骨。自体骨移植是治疗骨缺损的最好方法，但自体骨来源有限，给患者增加了新的创伤，并且取骨区会有一定的并发症；同种异体骨虽然具有成骨传导作用，但易诱发抗原性和传播病原体，或引发一些社会伦理问题等原因，因此，也不是理想的骨移植材料。为了克服上述两类材料的缺陷，运用材料科学和生物医学技术，研究开发跟人体自然骨接近的骨移植材料成为当前人们关注的热点。

人体和动物骨骼、牙齿的最主要的无机成分是羟基磷灰石(hydroxyapatite，HAP)，其约占骨成分的77％，在齿骨中则高达97％。目前HAP的研究主要集中在纳米化、陶瓷涂层和多孔复合材料方面，被应用于药物的缓释控释载体、催化载体、高效液相色谱分析中的固定相。HAP陶瓷对人体无毒副作用，力学强度高，有抑制癌症的作用，具有独特的生物相容性和生物活性，其界面结合性能均优于各类医用钛、硅橡胶及植骨用碳素材料，可以与骨形成牢固的结合。即新骨可以从HAP植入体与原骨结合处沿着植入体表面和内部贯通性孔隙攀附生长，能与组织在界面上形成化学键性结合，是一种最有前途的骨移植替代物。

国内外学者对合成HAP的方法进行了大量研究探索，主要包括固相反应法和湿法。固相反应法要求相对较高的温度和热处理时间，而且用该方法得到的粉末可烧结性较差。湿法主要有水解法、水热反应法、共沉淀法、溶胶凝胶法、气溶胶分解法和微乳液法等。因采用湿法合成HAP的洗涤较困难，到现在为止仍然没有实现产业化生产。据报道，以贝壳、珊瑚、乌贼骨为原料，均可制备羟基磷灰石。但珊瑚骨本身脆性大，骨诱导作用差，降解速度过快，用于较大型的复杂的骨缺损修复和承力区的骨缺损修复存在一些困难。并且珊瑚是国家二类保护动物，来源有限。乌贼骨，又称墨鱼骨，是海洋软体动物乌贼背上的脊骨，其主要是碳酸钙沉，具有与珊瑚相同的化学组成，同时具有与其海洋漂浮习性相适应的三维网状、多孔房架式结构。相比与海珊瑚，乌贼骨数量较多、可塑性较好。因此如果通过化学手段将其转化为HAP，同时保持它原有多孔房架式结构，这种HAP化的乌贼骨具有一些有益的生物医学性能，将其作为人工骨填充修复材料具有重要的研究价值。

发明内容：

本发明的目的就在于公开一种大孔径骨再生支架材料及其制备方法。

墨鱼骨(CaCO₃)不溶于水，在常温常压条件下很难与磷酸二氢铵反应生成羟基磷灰石。我们通过调节温度、压力，使碳酸钙和磷酸二氢铵在水热条件下反应生成碳酸钙、羟基磷灰石和磷酸钙等多相生物陶瓷，用于骨再生支架材料(图1)。

制备材料时用蒸馏水为溶剂，分析纯的磷酸二氢铵和墨鱼骨为合成原料。合成设备使用不锈钢反应釜。保护气体为高纯度的氮气。具体的合成步骤如下：

1、称取适量的磷酸二氢铵和干净的墨鱼骨，并加入适量的蒸馏水，密封于不锈钢反应釜中，在鼓风干燥箱加热反应，温度大于100摄氏度，时间大于6小时。然后程序缓慢降温至室温，得到初始产品。

2、将上述初始产品置于磷酸二氢铵饱和溶液中浸泡12小时以上，然后再次放置于不锈钢反应釜中进行水热反应，冷却后取出转移到马弗炉中进行高温烧结，同时通入氮气保护。

3、将所制备的大孔径材料进行骨细胞增殖培养，实验证明骨细胞能够在材料表面并沿着孔道壁密集生长(图2)。

本发明的优点在于：(1)制备的大孔径多相生物材料(碳酸钙、羟基磷灰石和磷酸钙)保持墨鱼骨原有多孔房架式结构，具有三维贯通隧道；(2)材料生物相容性好，新骨可以沿着内部贯通性孔隙攀附生长，与周围骨组织形成牢固的结合；(3)原料来源广泛，价格低廉，不破坏生态环境，绿色环保。

制备的大孔径生物材料进行X射线粉末衍射测试，证明材料为相组成；进行成骨细胞增值生长实验，研究材料的细胞相容性。实验研究表明所制备的材料具有良好的生物相容性，可作骨再生支架材料应用。

附图说明：

图1.大孔径骨再生支架材料。

图2.骨细胞在材料表面并沿着孔道壁密集生长。

具体实施方式：

实现本发明的具体实施方式优选方案：

取产自东海新鲜墨鱼，清洗后取其脊骨，然后进行脱脂处理：(1)分析纯氯仿I浸泡24h；(2)分析纯氯仿II浸泡24h；(3)分析纯丙酮I浸泡24h；(4)分析纯丙酮II浸泡24h。

室温自然干燥作为反应原料。

将上述处理后的原料削切成大约长x宽x高为15x10x6mm块状和直径x高为10x15mm的圆柱体，然后将上述材料放入反应釜中，同时加入磷酸二氢铵(Ca∶P为1.0∶0.6)，180摄氏度反应24h，冷却室温后转移到坩埚中120摄氏度加热烘干。将烘干后的材料浸泡在磷酸二氢铵饱和溶液12h，再转移到反应釜中180摄氏度反应12h，冷却后取出转移到马弗炉中进行高温烧结，同时通入氮气保护。冷却至室温，取出即可得所要求的材料。

所制备的材料呈棕红色，具有三维贯通隧道。

Claims (3)

1.墨鱼骨转化多相大孔径骨再生支架材料，其特征在于它是由碳酸钙CaCO₃、磷酸钙Ca₃(PO₄)₂和羟基磷灰石Ca₅(PO₄)₃OH多相组分构成；各原料的质量百分比(wt％)为碳酸钙5-10％，羟基磷灰石60-75％，磷酸钙35-15％；热稳定性大于300摄氏度。

2.权利要求1的材料采用高温高压条件下将墨鱼骨和磷酸二氢铵通过水热反应，一步合成碳酸钙、磷酸钙和羟基磷灰石多相生物陶瓷。

3.将权利要求1所制备的孔材料用于骨再生支架材料。

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