CN103785062A

CN103785062A - 一种涂层羟基磷灰石的骨修复材料及其制备方法

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Publication number: CN103785062A
Application number: CN201410045026.8A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2014-05-14

Abstract

本发明公开了一种涂层羟基磷灰石的骨修复材料及其制备方法。涂层羟基磷灰石的骨修复材料按重量比计，角叉胶1~150份，涂层羟基磷灰石（THA）1~150份，钙盐1~30份，溶剂1~200份。本发明涂层羟基磷灰石的骨修复材料可以用于骨修复外科手术或微创修复手术，凝胶材料具有良好的力学性能、孔隙率和连通性，有利于细胞的迁移，养分的传输和代谢物的排泄，有良好的生物可替换性和相容性，有利于细胞的粘附、增殖，降解产物对生物体无毒害，产品易于加工、消毒、使用。

Description

一种涂层羟基磷灰石的骨修复材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种人工骨修复材料技术领域，更具体地指出，本发明涉及一种涂层羟基磷灰石的骨修复材料及其制备方法，涂层羟基磷灰石的骨修复材料可以用于骨修复外科手术或微创修复手术。

背景技术

生物材料又称为生物医用材料，是用以和生物系统结合，以诊断、治疗或替换机体中的组织、器官或增强其功能的材料。随着社会文明的进步和生活水平的提高，人类迫切需要新的生物材料以对人体内发生病变、损伤或老化的组织器官进行替代、修补和校正，为此长期以来，科技工作者一直在不懈地研制和开发适合于人体器官使用的生物材料。公元前3500年到20世纪20年代是人类主要利用天然和半天然生物材料的阶段。此后，人类进入了使用全人工合成生物材料的时代。除了人脑等极少部分器官外，人类的各个部位都可以用人工制备的生物材料对其进行修补和置换，其中，陶瓷、金属、高分子是使用最广泛的材料。人工植骨材料，即替代人体硬组织（骨骼、牙齿等）的生物材料，是重要的生物医用材料之一。

世界每年因为各种原因造成骨折和骨组织缺损的患者人数多达几千万。对于骨组织缺损主要是通过异体骨移植、自体骨移植以及骨组织替代材料进行修复。由于骨来源及生物相容性等问题的限制，异体骨移植与自体骨移植在实际应用中有很大的局限性，所以骨修复材料的发展与研究已经成为了人们关注的对象。

由于在使用过程中与人体生理环境相接触，因而与其它功能材料相比，植骨生物材料还必须具备某些特殊要求。一般来说，植骨生物医用材料应满足如下基本要求：（1）尽可能小的人体排异性，即植入人体后，无不良刺激、无过敏、不引起感染等症状。（2）足够的强度和韧性。（3）稳定的理化特性。（4）优良的生物活性。目前人工植骨材料主要分为三大类：生物医用金属材料，高分子生物材料，生物陶瓷材料。

自从羟基磷灰石（hydrosyapatite，HA）在本世纪70年代被成功合成以来，各国学者都对其进行了大量研究，证明其有优良的生物活性和骨传导性。羟基磷灰石是自然骨中无机材料的主要成分。在人骨中，约占72%，牙齿中的则达到了97%以上。HA具有良好的生物相容性及稳定性，可以与受损骨组织紧密结合，HA无毒、无刺激。另外，羟基磷灰石还具有很强的吸附功能，对葡萄糖及一些重金属离子都有很好的吸附作用。由于羟基磷灰石及其复合材料具有良好的生物相容性及生物降解性，且与人体骨组织成分十分相近，人们对它的发展更是格外的关注。但是目前所制备得到的羟基磷灰石均有明显的力学缺陷。

随着纳米科学的发展，人们开始关注纳米级的羟基磷灰石在骨修复领域的作用。目前的研究表明，材料的性能随着粒径减小到纳米级而发生巨大变化，纳米级的HA因其优良特性已在骨缺损修复领域显示出广阔的前景。HA虽然具有极好的生物相容性和生物活性，但纯羟基磷灰石材料的力学性能不足，特别是抗折强度和断裂韧性不符合要求，因此人们研制出多种复合材料，以弥补其不足，这些研究、发明增强了HA的某些性能。

中国专利文献申请号为200310111033.5（申请日为2003年11月27日，公开日为2004年11月10日，公开号为CN1544099A）公开了纳米羟基磷灰石/聚酞胺系列生物医用复合材料的制备方法。

纳米羟基磷灰石/聚酞胺系列生物医用复合材料的制备方法，以聚酞胺类成分与纳米羟基磷灰石为原料，按聚酞胺/纳米羟基磷灰石为重量8/2~2/8的比例，分别将聚酞胺溶于含有氯化钙的甲醇溶液，将纳米羟基磷灰石混合于由聚乙二醇与水或与含水甲醇的溶液所成的纳米羟基磷灰石浆液，在搅拌条件下将二者相互混合进行复合，将所得产物在水中沉淀，再分别用热水和无水乙醇洗涤。

中国专利文献申请号为200510107942.0（申请日为2005年10月10日，公开日为2006年5月24日，公开号为CN1775306A）公开了多孔胶原复合纳米羟基磷灰石人工骨的制备方法。

首先制备纳米径粒羟基磷灰石，然后制备胶原溶液，在羟基磷灰石粉体中加入胶原溶液，最后将灰石和胶原的混合膏状物冷冻干燥成为多孔胶原复合纳米羟基磷灰石人工骨。用本法制备的人工骨，具有传导作用强、孔隙率高、孔隙交通好等优点，有利于骨细胞生长，为临床骨科手术提供了一种骨科植入材料。

中国专利文献申请号为200610147383.0（申请日为2006年12月15日，公开日为2008年6月18日，公开号为CN101199870A）公开了一种羟基磷灰石/尼龙纳米人工骨及其制备方法。

发明提供了一种羟基磷灰石/尼龙纳米人工骨，它包括：50~66重量%的纳米羟基磷灰石，以人工骨总重量计34~50重量%的尼龙，以人工骨总重量计；所述纳米羟基磷灰石以平均长度尺寸在60~80nm之间的分散相分散在尼龙中；所述尼龙的分子量在9000~13000之间；且所述人工骨不含有机溶剂。

中国专利文献申请号为200710151057.1（申请日为2007年12月14日，公开日为2008年5月28日，公开号为CN101185776A）公开了一种纳米羟基磷灰石/聚合物复合骨替代材料的制备方法。

发明是一种纳米羟基磷灰石/聚合物复合骨替代材料的制备方法，纳米羟基磷灰石nHA非水溶胶与聚合物原位共混制备的nHA/聚合物复合骨替代材料，其中nHA的含量为20~60wt%。制备方法包括：将具有极性和亲水性的高分子聚合物溶入有机溶剂；与nHA溶胶搅拌共混，使nHA颗粒在聚合物中均匀分布并与之形成化学键合；后经离心分离、干燥、热压成型等得到nHA/聚合物复合材料。

中国专利文献申请号为200910136997.2（申请日为2009年4月30日，公开日为2009年10月14日，公开号为CN101554493A）公开了颗粒定向排列的纳米羟基磷灰石/胶原支架的制备方法。

本发明以聚乙烯吡咯烷酮同时为模板剂、分散剂和改性剂在碱液控制体系中充分混合，形成钙磷摩尔比达1.6~1.7:1，按质量百分比计聚乙烯吡咯烷酮含量为0.01~50%的溶胶体系；经陈化洗涤得到纳米羟基磷灰石溶胶；然后按照纳米羟基磷灰石溶胶：胶原溶质质量比为0.1~9:1的比例混合并高速分散，注入模具后冷冻干燥，得到纳米羟基磷灰石/胶原支架。

中国专利文献申请号为201110363143.5（申请日为2011年11月16日，公开日为2012.05.02，公开号为CN102432680A）公开了重组胶原蛋白及含氟纳米羟基磷灰石复合胶原蛋白人工骨。

本发明基于水热合成法，以可溶性钙盐、磷酸盐和氟盐为原料，辅助以聚乙烯基吡咯烷酮和油酸（亚油酸），制备出具有具有良好表面性质的含氟羟基磷灰纳米棒，并使之与类人胶原蛋白复合，制备出良好机械强度和孔径分布的可降解人工骨材料，材料本身充分组合了氟离子、羟基磷灰石和类人胶原蛋白各自的性优异性能，具有良好的临床应用潜力。

目前，由于纳米羟基磷灰石难于成型，因此，在研究或产品中基本使用了多孔的纳米羟基磷灰石复合骨修复材料，增强纳米羟基磷灰石支架材料以及具有骨诱导缓释功能的纳米羟基磷灰石支架材料。但是这些复合物呈固态，在临床应用过程中只能通过外科手术植入到修复部位，不能通过微创植入。另一方面，对纳米羟基磷灰石本身进行涂层增强力学性能，也未见有报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明公开了一种涂层羟基磷灰石的骨修复材料及其制备方法。本发明一种涂层羟基磷灰石的骨修复材料包含：按重量比计，角叉胶1~150份，涂层羟基磷灰石（THA）1~150份，钙盐1~30份，溶剂1~200份。

所述的角叉胶为Kappa、Lambda、Iota、Mu、Nu、Theta、Xi型角叉胶的一种或其中任意重量比的多种混合物。

所述的涂层羟基磷灰石为纳米羟基磷灰石通过涂层技术增加金属涂层，提高了纳米羟基磷灰石的强度、韧性等力学性能，其中，纳米羟基磷灰石可以采用共沉淀法制备或溶胶-凝胶法制备，涂层羟基磷灰石（THA）可以通过等离子喷涂、离子溅射、离子注入、电沉积、溶胶-凝胶法、热喷涂、仿生法等制备，涂层金属可以是钛金属、氧化钛、钛合金、铬金属、氧化铬、铬合金。

所述的钙盐可以是硫酸钙、氯化钙、醋酸钙、乳酸钙、柠檬酸钙等。

所述的溶剂可以是去离子水、海藻酸溶液、海藻酸盐溶液等。

一种涂层羟基磷灰石的骨修复材料的制备方法，具体包括以下步骤：

纳米羟基磷灰石—>制备涂层羟基磷灰石—>混合角叉胶—>混合钙盐—>粉末产品THACA—>溶剂搅拌—>凝胶备用。

采用共沉淀法制备或溶胶-凝胶法制备纳米羟基磷灰石，直径1~30nm，长10~1000nm的棒状纳米颗粒；通过等离子喷涂、离子溅射、离子注入、电沉积、溶胶-凝胶法、热喷涂、仿生法等方法制备涂层羟基磷灰石（THA），涂层金属可以是钛金属、钛合金、铬金属、铬合金；取涂层羟基磷灰石（THA）1~150份，与精制角叉胶1~150份，粒径10目~500目，充分混合；加入钙盐粉末1~30份，粒径10~1000nm，充分混合，制得粉末产品THACA。所述材料用⁶⁰Co辐照灭菌，辐射剂量为20kGy，产品制备在无菌的条件下进行。

当制取外科手术或微创手术所需骨修复材料时，将粉末产品THACA在溶剂中混合均匀，形成溶胶液。放入磁力搅拌1小时形成浆料，静置得到未凝胶化的溶胶。一种使用方法可以将溶胶迅速装入模具，30~60分钟后在模具中形成骨修复模块，作为外科手术植入材料；另一种使用方法可以将胶液加入针管，作为微创手术材料注入受体体内替换修复部位，注入体内3小时内可以形成固态胶体骨修复材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）有良好的孔隙率和连通性，有利于细胞的迁移，养分的传输和代谢物的排泄。（2）有良好的生物相容性，有利于细胞的粘附、增殖，降解产物对生物体无毒害。（3）提高了机械强度，且杨氏模量等力学参数应尽量与所植入部位的要求相匹配。（4）有良好的降解性能，且降解速率和新组织的生长速率相匹配。（5）具有可塑性，易于加工与消毒。

附图说明

图1是THACA骨修复材料与天然骨的红外光谱对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施实例，进一步详细地说明本发明。应理解下面实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明范围。

实施实例1

制备涂层羟基磷灰石的骨修复材料。

采用共沉淀法制备纳米羟基磷灰石，配制Ca(NO₃)₂和NH₄H₂PO₄的稀溶液（Ca/P=1.67），并使用氨水调节其pH值大于10。在持续搅拌下将NH₄H₂PO₄溶液缓慢地滴入Ca(NO₃)₂溶液。滴加溶液后，得到的是缺钙的磷灰石，使反应完全。悬浮液采用两种处理方法：室温持续搅拌72h和在水热釜中反应（120℃，5h）。反应结束后，清洗悬浮液至pH降到7。用抽滤除去羟基磷灰石粉末HA悬浮液中大部分的水。以正丁醇为溶剂，将除去大部分水的HA粉末与正丁醇混合，持续搅拌，在一定温度下除去水和正丁醇的共混物，直至水被替换完全。所得粉末的正丁醇悬浮液在80℃干燥，在400℃锻烧去除残余的有机物，得到松散的纳米羟基磷灰石粉末，直径1~30nm，长10~1000nm的棒状纳米颗粒。

通过电沉积方法制备涂层羟基磷灰石（THA），在反应釜中钛金属片为阴极，以聚四氟乙烯薄膜包裹留出1cm²的沉积面，圆筒形铝箔（直径4cm）为阳极。采用直流电源，乙酸配为分散剂，经成化，超声15分钟后开始通电沉积。涂层晾干后，在800℃，真空下烧结以致密化涂层。升温速度为200℃/h，保温2h，降温速度为60℃/h。

按重量比计，取涂层羟基磷灰石（THA）100g，与精制角叉胶100g，粒径300目，充分混合；加乳酸钙粉末5g，粒径500nm，充分混合，制得粉末产品THACA。所述材料用⁶⁰Co辐照灭菌，辐射剂量为20kGy，产品制备在无菌的条件下进行。

粉末产品THACA在150g去离子水中混合均匀，形成溶胶液。放入磁力搅拌1小时形成浆料，静置得到未凝胶化的溶胶。将溶胶迅速装入模具，30~60分钟后在模具中形成骨修复模块，作为外科手术植入材料。

实施实例2

制备涂层羟基磷灰石的骨修复材料。

使用与实施实例1相同的方法制备涂层羟基磷灰石，按重量比计，取涂层羟基磷灰石（THA）150g，与精制角叉胶150g，粒径400目，充分混合；加入无水硫酸钙粉末10g，粒径200nm，充分混合，制得粉末产品THACA。所述材料用⁶⁰Co辐照灭菌，辐射剂量为20kGy，产品制备在无菌的条件下进行。

粉末产品THACA在3wt%海藻酸钠溶液120g中混合均匀，形成溶胶液。放入磁力搅拌1小时形成浆料，静置得到未凝胶化的溶胶。将胶液加入针管，作为微创手术材料注入受体体内替换修复部位，注入体内2小时内可以形成固态胶体骨修复材料。

实施实例3

与天然骨对比。

取实施实例1THACA骨修复材料样品和人体天然骨样品，在红外光谱仪上进行红外分析，如图1 THACA骨修复材料与天然骨的红外光谱对比所示，结果表明THACA骨修复材料与天然骨的红外图谱具有相似的峰形，这说明THACA骨修复材料可以作为一种有效的天然骨替代修复材料。

实施实例4

测试生物相容性和活性。

从白鼠的长骨骨髓中分离出骨髓干细胞，进行体外细胞培养实验。比较观察了细胞在各种材料周围和表面的生长、吸附、增殖特征，对材料的生物相容性和生物活性进行初步的评价。结果表明，细胞在THACA骨修复材料周围和表面均可附着、生长，培养3天时间后细胞形貌不变，无死细胞，表明各种材料对细胞是无毒的。细胞在材料表面生长良好，以伪足吸附在材料表面。培养5天时间后，细胞增殖迅速，10天后细胞长满材料表面，形成细胞层，证明THACA骨修复材料中各种材料的生物相容性均表现良好。

Claims

1. 一种涂层羟基磷灰石的骨修复材料及其制备方法，其特征在于：涂层羟基磷灰石的骨修复材料按重量比计，角叉胶1~150份，涂层羟基磷灰石（THA）1~150份，钙盐1~30份，溶剂1~200份。

2. 根据权利要求1所述一种涂层羟基磷灰石的骨修复材料的制备方法，具体制备包括步骤：纳米羟基磷灰石—>制备涂层羟基磷灰石—>混合角叉胶—>混合钙盐—>粉末产品THACA—>溶剂搅拌—>凝胶备用。

3. 根据权利要求1所述一种涂层羟基磷灰石的骨修复材料，其特征在于：所述的角叉胶为Kappa、Lambda、Iota、Mu、Nu、Theta、Xi型角叉胶的一种或其中任意重量比的多种混合物。

4. 根据权利要求1所述一种涂层羟基磷灰石的骨修复材料，其特征在于：所述的涂层羟基磷灰石为纳米羟基磷灰石通过涂层技术增加金属涂层，提高了纳米羟基磷灰石的强度、韧性等力学性能，其中，纳米羟基磷灰石可以采用共沉淀法制备或溶胶-凝胶法制备；涂层羟基磷灰石（THA）可以通过等离子喷涂、离子溅射、离子注入、电沉积、溶胶-凝胶法、热喷涂、仿生法等制备，涂层金属可以是钛金属、氧化钛、钛合金、铬金属、氧化铬、铬合金。

5. 根据权利要求1所述一种涂层羟基磷灰石的骨修复材料，其特征在于：所述的钙盐可以是硫酸钙、氯化钙、醋酸钙、乳酸钙、柠檬酸钙等。

6. 根据权利要求1所述一种涂层羟基磷灰石的骨修复材料，其特征在于：所述的溶剂可以是去离子水、海藻酸溶液、海藻酸盐溶液等。

7. 根据权利要求2所述一种涂层羟基磷灰石的骨修复材料，其特征在于：采用共沉淀法制备或溶胶-凝胶法制备纳米羟基磷灰石，直径1~30nm，长10~1000nm的棒状纳米颗粒；通过等离子喷涂、离子溅射、离子注入、电沉积、溶胶-凝胶法、热喷涂、仿生法等方法制备涂层羟基磷灰石（THA），涂层金属可以是钛金属、钛合金、铬金属、铬合金；按重量比计，取涂层羟基磷灰石（THA）1~150份，与精制角叉胶1~150份，粒径10目~500目，充分混合；加入钙盐粉末1~30份，粒径10~1000nm，充分混合，制得粉末产品THACA，所述材料用⁶⁰Co辐照灭菌，辐射剂量为20kGy，产品制备在无菌的条件下进行。

8. 根据权利要求2所述一种涂层羟基磷灰石的骨修复材料，其特征在于：当制取外科手术或微创手术所需骨修复材料时，将粉末产品THACA在溶剂中混合均匀，形成溶胶液，放入磁力搅拌1小时形成浆料，静置得到未凝胶化的溶胶；一种使用方法可以将溶胶迅速装入模具，30~60分钟后在模具中形成骨修复模块，作为外科手术植入材料；另一种使用方法可以将胶液加入针管，作为微创手术材料注入受体体内替换修复部位，注入体内3小时内可以形成固态胶体骨修复材料。