CN102631701A

CN102631701A - 无机生物活性骨修复填充材料

Info

Publication number: CN102631701A
Application number: CN2011102890841A
Authority: CN
Inventors: 廖书辉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2012-08-15

Abstract

本发明涉及一种特殊组成和结构非晶态固体的生物活性的无机骨修复填充材料，其特征是：该材料由SiO2 41％-49％，Na2O 20％-25％，CaO 20％-25％，P2O5 5％-7％组成。本发明所要解决的问题是克服现有技术的不足，专门针对硬组织修复，提供一种配方合理，性能稳定，工艺简单的无机生物活性骨修复填充材料。

Description

无机生物活性骨修复填充材料

技术领域：

本发明为一种具有特殊组成和结构非晶态固体的生物活性的无机骨修复填充材料，其应用于修复因各种原因导致的骨缺损。

背景技术：

生物玻璃(Bioglass)是在70年代初由美国佛罗里达大学的Hench教授最早开始研制的骨修复用生物活性材料，经过20多年的前期基础及性能的完善，在90年代经美国食品及药品监督管理局(FDA)正式批准应用于骨、齿科临床，用于修复因各种原因导致的骨缺损，并取得良好的治疗效果。经过十多年的临床应用，证明无机生物活性材料具有良好的骨修复功能，用于牙周缺损修复、颌骨囊肿摘除后骨缺损填冲、牙槽脊增高及人工种植牙根周围固定，这些产品在临床应用中收到良好的治疗效果。在后来的研究中还发现，无机生物活性材料不仅具有同骨组织形成牢固的化学结合(骨性结合)的特性，同时与软组织也具有很好的结合性，并可促进皮肤等软组织的再生，经过大量的前期研究，开发了用于治疗各种皮肤溃疡、烧伤、口腔溃疡、糖尿病性溃疡及妇科宫颈糜烂等疾病的皮肤创面愈合的无机生物活性材料产品，并完善了产品的制作工艺。现在所采用的材料组成、结构及生产工艺均比较以前有了关键性的突破和创新性的改进，为本项目的成功实施奠定了坚实的基础。

无机生物活性材料是一种具有特殊组成和结构非晶态固体生物医学材料。该材料的高生物化学活性，在水溶液中材料表面会发生快速的离子交换反应，最终在材料表面形成类似于人体骨组织的碳酸羟基磷灰石(HCA)层，HCA层对于材料植入骨组织缺损处后可以在较短时间内同活的骨组织形成化学键合起到关键性的作用。

生物玻璃可以在材料界面诱发特殊的生理响应，从而导致材料与组织之间形成化学结合，材料和无机生物活性材料与骨结合的过程归纳为如下12个步骤：

1.体液中的H⁺(或H₃O⁺)离子与玻璃表面的Na⁺发生离子交换；

2.玻璃表面硅羟团(≡Si-OH)形成；

3.硅羟团相互聚合≡Si-OH+HO-Si≡→≡Si-O-Si≡；

4.Ca²⁺、PO₄ ^3-、CO₃ ^2-、OH^-离子吸附在材料表面附近，并以无定形磷酸盐形式析出；

5.晶化形成碳酸羟基磷灰石(Ca₁₀(PO₄，CO₃)₆(OH)₂，HCA)；

6.各种生理物质吸附于HCA层；

7.巨噬细胞活动(action of microphages)；

8.成骨干细胞(osteoblast stem cells)附着；

9.成骨细胞同步增殖和分化(Synchronised proliferation and differentiation)；

10.基质生成；

11.基质晶化；

12.新骨生长。

骨祖细胞在材料植入骨内48小时后进入无机生物活性材料表面的HCA层(第六步)，并开始分泌出各种与骨修复有关的因子，激发成骨细胞的有丝分裂和细胞外基质蛋白的生成(第十步)。完成骨基质的晶化(矿化)(第十一步)；骨细胞在胶原纤维和HCA构成的骨基质中成熟化，最终形成新生骨组织(第十二步)，这一步骤完成需要6-12天。研究表明，上述第八、九、十一步骤对于无机生物活性材料与宿主骨界面形成新骨非常关键，无机生物活性材料直接通过基因控制来调节细胞周期的诱导和发展，而骨祖细胞周期的基因控制的生理性结果是成骨细胞的迅速增殖和分化；其临床治疗结果便是骨缺损被新生骨组织完全填充。这一过程实际上也是一个组织工程化人工骨的形成和修复骨缺损的过程。

现有的骨科修复产品中TTCP(Tetracalcium phosphate)：产品规格：粉末；应用领域：骨科、齿科、整形外科；理化性质：比重：3.1g/cc，强度：120-200Mpa，溶解度：难溶于水，溶于稀盐酸，Ca/P：2.0，结晶构造：单斜晶系；

HAP(Hydroxyapatite)，产品规格：粉末、多孔颗粒、块状(非标定型)产品；应用领域：骨替代材料、整形和整容外科、齿科、层析纯化、补钙剂；理化性质：熔点：1650℃，比重：3.16g/cm，溶解度：0.4ppm，Ca/P：1.67结晶构造：六角晶系；

TCP(Tricalcium phosphate)，产品规格：粉末、多孔颗粒、块状(非标定型)产品；应用领域：骨科、齿科、补钙剂；理化性质：无嗅，熔点：1670℃，比重：3.14g/cm，Ca/P：1.50，结晶构造：四角晶系、六角晶系。溶解度：不溶于水、乙醇、乙酸，溶于稀盐酸或硝酸；

以上产品生物活性低，植入体内难以与自体骨愈合，大大影响修复效果。

本发明所要解决的问题是克服现有技术的不足，专门针对硬组织修复，提供一种配方合理，性能稳定，工艺简单的无机生物活性骨修复填充材料，通过配料、高温熔融、球磨、筛分等过程最终得到本产品。

应用于骨、齿科以修复肢体骨及颌骨缺损。在非受负荷的骨缺陷处单独或与自体骨和异体异源骨混合使用；髋臼和长骨缺损以及脊柱骨稳定和融合时的缺陷；因囊肿、肿瘤或损伤导致的骨组织丢失的再生；骨折引起的缺陷，骨折、骨不连、骨迟连的愈合。

下面结合实例对本发明作进一步的描述：

具体实施方式：

本发明为一种具有特殊组成和结构非晶态固体的生物活性的无机骨修复填充材料，其特征是：该材料由SiO₂ 41％-49％，Na₂O 20％-25％，CaO 20％-25％，P₂O₅ 5％-7％组成。

本发明无机生物活性骨修复填充材料按以下工艺步骤加工：(1)、配料：将SiO₂、CaO、Na₂O、P₂O₅按照引入物分析纯SiO₂、CaCO₃、Ca₃(PO₄)₂、Na₂CO₃重量比400∶363∶152∶418进行组合配料。(2)高温熔融：将配料搅混均匀，放入铂金坩埚中，放置在升降炉中800℃保温30分钟后升至1350℃下保温60分钟熔融至形成均匀的熔融液。(3)冷却：将上述熔融液缓慢倒入冷却液中进行冷却。(4)干燥筛分：将冷却的产物进行干燥，球磨筛分出90微米到710微米之间的颗粒。(5)分装：根据规格进行双层分装。(6)灭菌：通过环氧乙烷灭菌，检测无菌。(7)解析：进行环氧乙烷解析，达到产品标准要求。

Claims

1.一种具有特殊组成和结构非晶态固体的生物活性的无机骨修复填充材料，其特征是：该材料由SiO2 41％-49％，Na2O 20％-25％，CaO 20％-25％，P2O5 5％-7％组成。具有高生物化学活性，在水溶液中材料表面会发生快速的离子交换反应，最终在材料表面形成类似于人体骨组织的碳酸羟基磷灰石(HCA)层，HCA层对于材料植入骨组织缺损处后可以在较短时间内同活的骨组织形成化学键合起到关键性的作用。