CN1065640A

CN1065640A - 多孔型颗粒羟基磷灰石及制备方法

Info

Publication number: CN1065640A
Application number: CN 91107174
Authority: CN
Inventors: 冯建清; 张兴栋; 李泽贵
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 1991-04-11
Filing date: 1991-04-11
Publication date: 1992-10-28

Abstract

多孔型颗粒羟基磷灰石是一种球形或类球形多孔颗粒人工骨材料，在颗粒内部具有贯通孔隙，这些孔隙有利于体液循环和新生骨组织的长入，新生骨在孔隙内形成的结果可加速成骨过程并使其形成的再建骨更接近于天然骨。其制备方法是湿法合成羟基磷灰石后，经洗滤、烘干、粉碎、颗粒成型，烧结等工序后再分筛为不同粒度等级的球形或类球形颗粒，并通过控制细粉粒度来控制颗粒的孔隙率。

Description

本发明涉及一种人工骨材料及其制备方法，特别涉及一种多孔型颗粒羟基磷灰石人工骨材料及其制备方法。

羟基磷灰石是构成人体硬组织的主要无机质，植入人体后，它能与周围骨组织良好地生物相容与原骨形成骨性结合，是一种比较理想的骨种植材料。通常羟基磷灰石人工骨材料有致密型和多孔型两大类。致密块状型具有足够的强度，早己用于拔牙后牙窝槽的立即种植。而多孔的块状羟基磷灰石材料强度虽不及致密性材料，但其孔隙率却有利于体液循环和新生骨组织的长入，新生骨在孔隙内形成的结果可大大提高人工骨的强度和韧性使其形成的再建骨更接近于天然骨。临床面临的骨块缺损形态各异，块状的羟基磷灰石材料的一个缺点是不便于临床赋形。为解决临床赋形问题，颗粒状的羟基磷灰石材料得到了发展并投入了临床使用。但市售的颗粒羟基磷灰石材料，大多是将块状羟基磷灰石破碎后经筛分而得到，它的不规则的外形易对组织产生机械剌激导致机体对异物的排斥反应。在CN86018700A专利申请文件中公布了一种多晶羟基磷灰石颗粒的制做方法，但属于致密型颗粒。这种致密型颗粒对体液的吸附能力低于多孔型羟基磷灰石材料，同时骨组织不能长入颗粒内部。

本发明的目的在于：制备一种多孔颗粒型羟基磷灰石人工骨材料，它植入生物体后新生骨不仅可长入颗粒间的间隙而且可长入颗粒中的贯通性孔隙并和羟基磷灰石形成为骨性结合，从而最终形成为由自然骨和羟基磷灰石颗粒形成的具有活性和足够强度的再建骨，达到修复骨块缺损的目的。与致密型颗粒羟基磷灰石人工骨材料相比，使用本发明形成的再建骨将含有更多的自然骨，其性质更接近于自然骨，并可缩短成骨时间。本发明的特点是其制备工艺简单，易于掌握而且具有良好的重复性。

本发明的发明要点在于多孔型颗粒羟基磷灰石人工骨材料是由不同粒度的细小的羟基磷灰石微粉构成，内部具有贯通性孔隙，外形为球形或类球形的颗粒。可按下列化学反式合成适当粒度的羟基磷灰石粉料：

混入可完全被烧结挥发掉的粘结剂后，用振动拍击或摇滚方法成型为颗粒状毛坯，毛坯经缓慢干燥后，在潮湿的氧气氛中烧结并随炉冷却至室温，再经过筛分即可得到球型或类球型的不同粒度等级的多孔型颗粒羟基磷灰石人工骨材料。

多孔型颗粒羟基磷灰石具有较为理想的球形或类球形外形，与外形不规则的颗粒比较它不会产生由于对活体组织的机械刺激而导致的机体对异物的排斥反应。同时其物理、化学特性也符合对人工骨材料的要求。颗粒中由于存在贯通性孔隙，其毛细管作用增强了颗粒对体液的吸附能力并增加了种植体与体液的接触面积，所以与致密型颗粒相比，加速了成骨过程。由于多孔型颗粒种植体为新生骨生长提供的空间，在相同的粒度及使用条件下多于致密型颗粒种植体的10%以上，加上颗粒间的间隙，其新生骨生长空间可达种植腔体积的60%以上。新生骨不仅能长入颗粒间隙，而且可长入颗粒本身的孔隙，这不仅充分发挥了新生的天然骨对种植体的补强增韧作用。而且原骨与颗粒表面为直接的骨性结合，无明显中间渡层，骨化后的种植体性质比致密型颗粒更接近于天然骨。

图1所示为本发明制备方法的工艺流程意图;

图2所示为多孔型颗粒羟基磷灰石;

图3所示为理想的等径园球的密堆积及其形成的孔隙示意图，其中（a）为等径园球的密堆积，（b）为四面体空隙，（c）为八面体空隙;

图4所示为颗粒断面的扫描电镜形貌相;

图5所示为多孔型颗粒羟基磷灰石的X射线衍射谱;

图6所示为本发明植入狗股骨90天后的三色组织切片×200;

图7所示为做为对照组的致密型颗粒羟基磷灰石植入狗股骨90天后的三色组织切片×200;

图8所示为使用多孔型颗粒羟基磷灰石为人工骨的下颌全牙槽重建患者术前及术后2年的X照片，其中（a）为术前照片，（b）为术后两年的照片。

下面以一个最佳实施例来详细描述本发明。在这个实例中，首先按

化学反应式合成羟基磷灰石粉料，经洗滤后在120℃左右的温度下烘干，然后粉碎过筛制成150目左右的羟基磷灰石微粉。微粉可以用纯水为粘结剂，也可以3%的聚乙烯醇水溶液或其它可完全被烧结挥发掉的材料为粘结剂。微粉经过颗粒成型工艺可制成球形或类球形颗粒。颗粒成型工艺可采用机械颗粒成型方法，本实施例采用了拍击震动或摇滚成型方法。经成型后的颗粒在1150℃的高温下烧结2小时后随炉冷却至室温，再经筛分后即可得到直径为φ2～1.5mm、φ1.5～1mm、φ1～0.5mm等不同的粒度等级。

本发明的临床应用原理可解释如下：由于颗粒为球型或类球型，根据结晶学密堆积原理，等径园球以最密积方式在空间堆积之后，球体之间形成的间隙近似于四面体及八面体如图2所示，其相应的线度分别为0.225r/2及0.414r/2。其中r为球体的直径。对于直径分别为φ2mm、φ1.5mm、φ1mm及φ0.5mm的理想球体，其堆积后在球体间形成的间隙线度分别为112～207μm，80～155μm、56～103μm和23～51μm，这些间隙彼此贯通，约占被堆积空间的25.95%以上。但临床使用颗粒羟基磷灰石时，颗粒间的聚集力仅来源于液体表面的张力，加之颗粒并不是理想的球体，因此颗粒间的间隙线度和堆积后的空隙率将远大于上述值，其堆积密度还会随颗粒直径而变化。φ0.5～2mm的颗粒来说，其颗粒内部可有＞50～μm的贯穿性微孔，颗粒表面孔隙率可＞100μm，其孔隙率可达50%～60%。这类孔隙率最适宜于活体组织及骨组织的长入。通过控制粉碎过重申的微粉粒度可的控制颗粒的孔隙率。

从图4所示的多孔颗粒断面的扫描电镱形貌照片可以看出，颗粒是由更细的粒度为10μm～50μm的羟基磷灰石晶粒聚集而成，晶粒间的间隙约为5～20μm，颗粒边缘表面粗糙，间隙达50～100μm。该颗的测定密度值为2.76g/cm³，与理论密度3.156/cm³比较，其空隙率约为12%。将颗粒孔隙中的空气抽出注射纯水后，再次进行密度测定，可知其中的贯通性孔隙约占颗粒体积的10%以上。

这意味着在相同粒度及使用条件下，多孔型颗粒为新生骨提供的生长空间多于致型颗粒10%以上，加上颗粒间的间隙，本发明的种体将为新生骨提供更多的空间，它不仅充分发挥了新生的天然骨对种植体的补强增韧作用，而且骨化后的种植体性质比致密型颗粒种植体更接近于天然骨。

应用Jarrerr-Ash公司的ICP9000型直读光谱仪，对本发明的人工骨材料进行微量分析得到的结果表明，其有害金属元素小于5ppm，对人体是安全、无害的。用12千瓦旋转阳极X-射线衍射仪测定了多孔型颗粒羟基磷灰石的相组成，其衍射谱如图5所示，衍射线的位署和强度均与ASTM卡片的羟基磷灰石完全符合，无任何杂相谱线出现。经过对本发明材料的饱和水溶液做PH值测定，在20℃时为8.5，与在相同条件下牙和骨的碎块的饱和水溶液的PH值8.3与7.6近似，表明植入生物体内后不会产生不同于牙和骨的化学环境。将本发明材料置于37℃的生理盐水中72小时，对溶出的Ca和P进行了测定，羟基磷灰石的溶出量为9.98ppm，表明它在体内应当是较为稳定的。热差分析表明，高于1200℃时，多孔型羟基磷灰石仍保持稳定，所以完全可以耐受高温灭菌处理。对于φ0.5～2mm的单颗粒羟基磷灰石的抗压强度用颗粒抗压强度计测得的抗压强度平均值在3.4～6.5kg/粒。它虽然低于致密型颗粒的抗压强度（5.7～8.7kg/粒），但即使在口腔咬合的情况下，上下颚骨所承受的抗压强度也仅分别为0.8kg/cm²和1.77kg/cm²，就是不考虑骨组织长入颗粒内部及其间隙所导致的对种植体的增强作用，本发明材料也足以满足种植材料的要求。

图6（a）所示为本发明材料植入狗骰骨90天的三色组织切片，其活体组织及新生骨不仅已长入颗粒间的间隙，而且长入了颗粒间的孔隙，颗粒的表面已为新生骨组织所包烧，其间的间隙已基本消失。随着骨组织的进一步钙化，植入的颗粒正在结合为整体骨。图7为做为对照组的致密型颗粒羟基磷灰石植入狗股骨90天的组织切片。该切片表明，活体组织与骨组织虽然已长入了颗粒间的间隙，但是不能伸入颗粒内部，而且颗粒表面还存在一层膜状物，表明新生骨还未完全良好地与颗粒结合。显然，对于新生骨既充斥于颗粒间隙又充斥于颗粒内部孔隙的多孔型颗粒羟基磷灰石种植体来说，其成内后的性质与致密型颗粒羟基磷灰石种植体相比较更皎于天然骨，其骨化过程也先于致密型颗粒。

将多孔型颗粒羟基磷灰石材料临床试验应于萎缩性牙槽脊重建、摘除骨囊肿或肿瘤后骨缺损的充填、牙同骨缺损的修复及颌面整容等手术中，术后随访已逾两年，疗效均良好，材料与骨床界面，材料与骨粘膜界面或材料颗粒之间均无移动现象发生，表明植入材料与骨床形成了骨性结合，颗粒间的界面已由软、硬组织所充填，也没有发生因溃疡形成而导致材料暴露的病例。从图8所示的下颌全牙脊增高术前和术后两年的X射线照片中，可看出牙脊槽已明显增高，并保持了足够的高度，多孔型颗粒羟基磷灰石种植体已经完全骨化。

Claims

1、一种多孔型颗粒羟基磷灰石，其特征在于它是由羟基磷灰石(Ca₅(OH)(PO₄)₃+NH₄(NO₃)构成的球型或类球型颗粒，在颗粒中可存在贯通性孔隙。

2、如权利要求1所述的羟基磷灰石，其特征在于所述的球型或类球型颗粒可由细小羟基磷灰石微粉构成，颗粒中的贯通性孔隙率约占颗粒体积的10%以上。

3、如权利要求1或权利要求2所述的羟基磷灰石，其特征在于所述的多孔型颗粒直径可为φ0.5～2mm，并可分为φ2～1.5mm、φ1.5～1mm、φ1～0.5mm等不同的粒度等级。

4、一种多孔型颗粒羟基磷灰石的制备方法，包括湿法合成，洗滤、烘干、粉碎、粘结成型、烧结等工序，其特征在于还包括颗粒成型及分筛工序，将5Ca（NO₃）₂+3（NH₄）₃（PO₄）+NH₄OH→Ca₅（OH）（PO₄）₃+NH₄（NO₃）粉料经粘结合成后，再经洗滤、烘干及粉碎过筛工艺后进行颗粒成型，成型后的颗粒经高温绕结后再经过分筛成为不粒度等级的多孔型颗粒羟基磷灰石。

5、如权利要求4所述的制备方法，其特征在于在粘结合成工序中可使用纯水做粘合剂，也可使用3%的聚乙烯醇或其它可完全被烧结挥发的材料为粘合剂。

6、如权利要求4所述的制备方法，其特征在于在颗粒成型工序中可采用拍击震动法或摇滚法进行颗粒成型。

7、如权利要求4所述的制备方法，其特征在于可使用不同粒度的羟基磷灰石微粉成型颗粒，并可通过控制微粉粒度来控制颗粒孔隙率。

8、如权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述的烧结工序中，烧结温度可为1150℃，烧结时间可为2小时，烧结后的颗粒仍为羟基磷灰石相所构成。