CN203235057U - 用于填充骨缺损的纤维填料 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有絮状三维结构的、用于填充骨缺损的纤维填料。所述纤维填料包括多个纤维，其中所述纤维之间的间距为几十微米或以上，以提供具有足够的间距允许细胞进入其中。

Description

用于填充骨缺损的纤维填料

相关引用文件 

本申请是申请日为2010年2月17日，申请号为12/707,302的美国专利申请的部分继续申请，该申请要求享有申请日为2009年7月10日，申请号为2009-163320的日本专利申请的优先权。本申请要求上述两项优先权以及另一项申请日为2011年2月3日，申请号为2011-021790的日本专利申请的优先权。上述三项在先申请的内容通过全部引入的方式并入本申请。 

技术领域

本实用新型涉及生物活性材料，其可用作填充骨缺损的骨修复材料和其他领域，例如口腔或颌面外科及整形外科。更具体地说，本实用新型涉及一种用于填充骨缺损的纤维填料。该纤维填料具有三维结构并包含可生物吸收-可生物降解树酯。 

背景技术

一些材料在埋入或植入骨缺损时会与骨头反应并与骨头直接化学性地结合。这些材料被称为生物活性材料并进一步被划分为表面生物活性材料，其反应只发生在材料的表面上；和生物可吸收材料，其反应发生在材料的内部并且这些材料将逐渐被骨头替换。典型的商业化的表面生物活性材料包括羟基磷灰石陶瓷（例如，由日本保谷株式会社提供的名为APACERAM(TM)的产品）；和典型的商业化的生物可吸收材料包括β相磷酸三钙陶瓷（例如，由日本奥林巴斯泰尔茂生物材料株式会社（Olympus Terumo Biomaterials Corp.）提供的名为OSferion(TM)的产品）。 

碳酸钙（CaCO₃）和石膏（CaSO₄H₂O）也是公知可生物吸收的。但是，这些物质具有较低的强度和韧性且难以加工。与此相比，诸如聚乳酸、聚羟基乙酸以及它们的共聚物和聚己内酯等生物可降解聚合物具有较高的 弹性且容易机械加工。但是，由于它们的可生物降解性源自它们在体内被降解并由此被排出的现象，这些可生物降解的聚合物并没有显示成骨能力（骨形成能力）。另外，已经有一些报道，某些可降解生物材料可能会影响骨头的周围组织，因为它们通常被降解成乳酸或乙醇酸而具有酸度。在这种情况下，已有一些调查提供这些有机化合物和无机化合物之间的复合材料以使得复合材料具有成骨能力和生物可吸收性以及进一步改进的机械性能。例如，日本未经审查的专利申请公报（JP-A）2001-294673披露了一种通过聚乳酸和碳酸钙结合来制备生物可吸收材料的方法。具体地说，该申请文件涉及一种通过含碳酸钙的球霰石作为主要成分与诸如聚乳酸的可生物降解聚合物化合物混合聚乳酸来合成可生物吸收材料的方法，其中球霰石是能高度溶于水的碳酸钙。该技术的优点还在于PH始终保持中性，因为即使聚乳酸分解而具有酸性，该酸性会由于溶解的碳酸钙的缓冲作用而被中和。 

在这个前所未有的老龄化的社会，骨缺损被期望得到尽可能早的治愈，因为这对于保持和确保咀嚼，以及维持健康的运动能力都十分重要。为提高成骨能力，已经尝试在可生物吸收膜中掺入诸如骨形成诱导物（参见日本未经审查专利申请公报（JP-A）号H06(1994)-319794)，或增值因子或骨形态形成性蛋白（参见日本未经审查专利申请公报（JP-A）号2001-519210和日本未经审查专利申请公报（JP-A）号2006-187303)等因子。然而，这些因子难以处理。因此，需要开发一种具有优越的骨再造能力的生物可吸收材料从而使得骨骼的自我再生更可靠和更迅速。 

鉴于最近关于生物相关材料的研究和技术趋势，研究的主流已从材料与骨结合的材料设计转移到骨再生的材料设计。在这些研究中，硅在骨形成中的作用已引起了广泛的关注，一系列硅掺杂的材料已经被设计(TSURU Kanji,OGAWA Tetsuro,and OGUSHI Hajime,“Recent Trends of Bioceramics Research,Technology and Standardization”,Ceramics Japan,41,549-553(2006))。例如，已有报道称硅的控制释放能作用于细胞以促进骨形成(H.Maeda,T.Kasuga,and L.L.Hench,“Preparation of Poly(L-lactic acid)-Polysiloxane-Calcium Carbonate Hybrid Membranes for Guided Bone Regeneration”,Biomaterials,27,1216-1222(2006))。独立地，当由聚乳酸 和三种类型的碳酸钙（方解石，霰石，球霰石）之中的一种合成的复合材料被制备并浸泡在模拟体液（SBF）中时，聚乳酸与球霰石的复合物形成在具有骨样组成和尺寸的羟基磷灰石的时间在三种复合材料中最短(H.Maeda,T.Kasuga,M.Nogami,and Y Ota,“Preparation of Calcium Carbonate Composite and Their Apatite-Forming Ability in Simulated Body Fluid”,J.Ceram.Soc.Japan,112,S804-808(2004))。这些发现表明，使用可逐渐释放硅的球霰石被认为是提供能更快速造骨的材料的一个关键。 

使用材料填充骨缺损时，患区（骨缺损）被切开，并且具有充分填补患处的尺寸的密实或多孔的材料被直接植入其中，或者在患区填入粒状材料。 

为确保骨形成，期望在患区植入或埋入这样的材料时没有空隙（间隙（clearance）。然而，加工密实或多孔的材料以紧密地配合患区的尺寸并不很容易。此外，如果粒状材料被填入患区，其在手术（植入）后经常会从患区脱落。因此，这些技术是容许得到改进的。 

独立地，使用屏蔽膜覆盖骨缺损的引导骨再生技术也是已知的。引导骨再生技术不将材料装入患区。相反，该技术使用具有防止不参与骨形成的细胞和组织侵入骨缺损的屏蔽膜，使得骨自我再生能力得到呈现并且帮助骨再造。该技术趋向于使用生命体固有的治愈能力来治愈骨缺损。例如，日本未经审查的专利申请公报（JP-A）号2009-61109披露了一种引导骨再生膜及其生产方法，其中引导骨再生膜具有双层结构，包括第一无纺织物层和第二无纺织物层，其中第一无纺织物层包含可释放硅的碳酸钙和可生物降解树脂为主要成分，第二无纺织物层包含可生物降解树脂为主要成分。据报道，这种膜的使用给出了令人满意的小鼠成骨细胞样细胞（MC3T3-E1细胞）的增殖，并且当这样的膜覆盖在兔颅骨的骨缺损时，观察到了令人满意的骨形成（成骨）（参见T.Wakita,A.Obata and T.Kasuga,“New Fabrication Process of Layered Membranes Based on Poly(Lactic Acid)Fibers for Guided Bone Regeneration”,Materials Transactions,50[7],1737-1741(2009))。然而这种膜不能用作填充骨缺损的材料，因为它具有很小的厚度，为230μm～300μm。此外，这种膜的堆积密度，大概为0.4g/cm³或更多，通常太高而不能用作填充骨缺损的材料。 

发明内容

因此，本实用新型的一个目的是提供一种由生物可吸收材料形成的，用于填充骨缺损的纤维填料，所述材料具有带有这样的化学组成的持续释放系统以有效地引导骨再造能力，并且具有带有灵活性的三维结构以满意地填充患区。 

在一个方面，本实用新型涉及一种用于填充骨缺损的纤维填料，其中所述纤维填料具有包括多个纤维的的絮状三维结构。所述纤维包含可生物降解树脂作为主要成分，以及包含或具有硅氧烷。 

在一个方面，本实用新型的纤维填料的纤维可以在其表面上涂有羟基磷灰石。可生物降解树脂为聚乳酸或其共聚物。所述纤维可以含有分散在碳酸钙微粒中的硅氧烷。 

在一个方面，本实用新型涉及一种包含多个纤维的用于填充骨缺损的纤维填料，所述纤维包含可生物降解树脂和球霰石相碳酸钙微粒，其中所述多个纤维在三维方向彼此缠绕以形成纤维填料，使得该纤维填料的堆积密度为0.005～0.3g/cm³。 

附图说明

下面结合附图对本实用新型进行详细说明，使得本实用新型的其他目的、特征和优势得到更好的理解。图中： 

图1示出常见的静电纺丝技术的示意图； 

图2示出根据本实用新型的一个实施例的静电纺丝技术的示意图； 

图3是显示大量的硅从实施例1中制备的Si-PLA₁₅的三维结构释放进入细胞培养基的曲线图； 

图4是显示大量的硅从实施例1中制备的Si-PLA₅₀三维结构释放进入细胞培养基的曲线图； 

图5显示实施例2中制备的Si-CaCO₃/PLA三维结构在1.5SBF中浸泡之前和之后的X-射线衍射图； 

图6是实施例2中制备的涂有羟基磷灰石的Si-CaCO₃/PLA三维结构和比较样品的细胞增殖测试的曲线图； 

图7示出根据本实用新型的一个实施方式的静电纺丝技术的示意图； 

图8（A）示出实施例3中制备的纤维填料的堆积密度的测定示意图；图8（B）示出实施例3中制备的纤维填料的可压缩率的测定示意图，其中重物被置于盖子上；图8（C）是实施例3中制备的纤维填料的压缩恢复率的测定示意图，其中重物从盖子上移走。 

（附图标记说明） 

1.电压电源    2.注射器        3.集电极  4.喷嘴 

5.泰勒锥      6.纺丝末梢      7.纤维    8.纤维累积形成絮状结构 

9.集电极      10.乙醇溶液     11.盖子   12.填料  13.重物 

具体实施方式

结合附图中的各实施方式对本实用新型进行进一步的描述。本实用新型的实施方式涉及用于填充骨缺损的生物活性材料。所述材料包括纤维填料。该材料具有包含可生物降解树脂为主要成分的纤维状物质的絮状三维结构。所述纤维状物质包含或具有硅氧烷。 

在此处使用的絮状三维（3D）结构是一种松散蓬松的3D结构。本实用新型中所描述的具有的这样的松散蓬松的三维结构的生物材料可以由各种物理/化学参数来限定，比如在此描述的它的重量、堆积密度、可压缩性和压缩恢复能力。这些物理/化学参数可以使用已知的标准方法来确定，例如日本工业标准（JIS）的方法，尤其是JISL1097方法。 

硅氧烷是由结构式为(R₂SiO)_n组成的任何化学化合物，其中R是氢原子或烃基（例如，甲基，乙基，丙基和丁基）。硅氧烷具有包括交替的Si和O的主链。用于本实用新型的实施方式的硅氧烷可以是任何能够在体内释放硅的硅氧烷。参见如 Wakita et al., “Preparation of electrospun siloxane-poly (lactic acid)-vaterite hybrid fibrous membranes for guided bone regeneration,” Compos. Sci. Technol., 2010; 70: 1889-1893. 

本实用新型中的生物活性材料可通过使用静电纺丝技术来制备。静电纺丝使用电荷从液体或浆料中抽出很细的纤维（通常为微米或纳米尺寸）。当足够高的电压施加到液滴上，液滴本身变成带电的。液滴的静电斥力将抵消表面张力，并且液滴被拉伸。当斥力超过表面张力，液体物流将从表 面喷射。喷射点是已知的泰勒锥。如果液体的分子凝聚力足够高，该物流不会破裂而形成带电液体喷射流。 

当喷射流在飞行中干化，随着电荷迁移到纤维表面，电流从欧姆模式变为对流模式。喷射流然后被由纤维中的小弯曲引起的静电斥力导致的抖动过程拉长，直到最终沉积在接地的集电极上。由这样的弯曲不稳定产生的纤维延长和细化会导致具有纳米级直径的均匀纤维的形成。 

根据本实用新型的一实施例，当电压被正常地施加到常规的静电纺丝过程中的溶液或浆料时，电压是施加到集电极，而不是聚合物溶液（或浆料），因而，聚合物溶液是接地的。当以这种方式施加电压时，聚合物溶液或浆料被喷射成纤维，并且纤维被拉长形成三维结构。 

作为选择，具有三维结构和良好柔韧性的用于填充骨缺损的材料也可通过实施改进的静电纺丝技术来获得，随后将静电纺丝材料浸泡在由羟基磷灰石过饱和的缓冲溶液中。 

用于本实用新型实施方式的可生物降解树脂的例子包括合成聚合物，例如聚乙二醇（PEGs），聚己内酯（PCLS），聚乳酸聚乳酸（PLAs），聚乙醇酸（PGAs），以及PEG和PCL的共聚物；以及天然聚合物，例如纤维蛋白，胶原蛋白，藻酸，透明质酸，几丁质和脱乙酰壳多糖。优选的可生物降解树脂的例子包括聚乳酸（PLA）；以及聚乳酸和聚羟基乙酸（PGA）的共聚物（即，乳酸-羟基乙酸共聚物）。 

根据本实用新型的实施方式，用于填充骨缺损的材料可采用如下方法来制备。首先，将可生物降解树脂（如PLA）溶解在合适的溶剂中，如三氯甲烷（CHCl₃）和/或二氯甲烷溶液中，用以制备溶液。将氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）的水溶液加入到该溶液中。在此过程中，PLA：APTES的重量比约为1:0.01到1:0.5，优选为1:0.01到1:0.05（重量）。因为如果APTES被添加过多，大部分APTES会在水溶液浸泡的早期阶段溶出，并且因此不那么有效。PLA的分子量为约20x10⁴到约30x10⁴kDa。为了满意的纺丝，溶液中PLA的浓度最好是为4％到12％（重量）。为了保持令人满意的纺丝条件，可在溶液中添加相对于氯仿和/或二氯甲烷比例为约50％（重量）或更少的二甲基甲酰胺和/或甲醇）。 

具有比可生物降解树脂更大的相对介电常数的液体可加入到所得的 溶液中以产生用于三维结构制备的纺丝溶液。通常情况下，当可生物降解树脂是聚乳酸时，可添加具有比乳酸更大的相对介电常数的液体。具有比乳酸（相对介电常数：22.0）更大相对介电常数的液体的例子包括甲醇（相对介电常数：32.6），乙醇（相对介电常数：24.6），乙二醇（相对介电常数：37.7），1，2-丙二醇（相对介电常数：32.0），2，3-丁二醇，甘油（相对介电常数：42.5），乙腈（相对介电常数：37.5），丙腈（相对介电常数：29.7），苄腈（相对介电常数：25.2），环丁砜（相对介电常数：43.3）和硝基甲烷（相对介电常数：35.9）。这些中的任何一种都是有用的，但是可使用最具优势的水（相对介电常数：70至80）。然而，水与作为PLA的溶剂的氯仿和/或二氯甲烷不混溶且可完全从中分离。为避免这种问题，诸如甲醇，乙醇，丙醇，和/或丙酮等的两亲性液体优选与溶剂和水共存。此处使用的两亲性液体并不局限于它们的相对介电常数，只要它们是两亲的并且与溶剂（如氯仿和/或二氯甲烷）和水中都可满意地混溶。作为举例，可以在每1g的PLA中添加0.5至5g的两亲性的液体（如甲醇，乙醇，丙醇，和/或丙酮）和0.5至3g的水。 

纺丝溶液可进一步结合碳酸钙形成浆料（纺丝浆料）。这有助于加速（促进）在羟基磷灰石的过饱和缓冲液中浸泡静电纺物品从而在其上形成可吸收的羟基磷灰石的步骤。可吸收的羟基磷灰石有助于赋予较高的初始细胞粘附度。碳酸钙的量可以为60%重量或者更少，因为如果添加的量大于60%重量，碳酸钙可能会难以在溶液中混合而得到均匀的浆料。然而，如果添加的量少于10%重量，碳酸钙可能不能显著地展现出它的效果。溶液或浆料可进一步包括用于体内而没有问题的一种或者多种无机物质。所述无机物质的例子包括羟基磷灰石，磷酸三钙，硫酸钙，磷酸钠，磷酸氢钠，磷酸氢钙，磷酸八钙，磷酸四钙，焦磷酸钙，以及氯化钙。 

根据本实用新型的实施实施方式，用于填充骨缺损的材料也可为包含可生物降解树脂为主要成分并进一步包含或具有硅氧烷的物质。所述物质可通过制备具有分散其中的硅氧烷的碳酸钙微粒（Si-CaCO₃）来制备，通常的方法如日本未经审查的专利申请公报（JP-A）2008-100878描述的方法；以及混合60％（重量）或更少的Si-CO₃微粒与PLA。以碳酸钙计，Si-CaCO₃的重量相对于PLA优选为从10%到60%（重量）。为使得微粒均 匀分散，所述物质优选在加热捏合机中以一定比例混炼PLA和Si-CaCO₃微粒来制备，以得到复合物。然后将所述复合物溶解在溶剂中以得到纺丝溶液。 

根据现有的静电纺丝技术，如图1所示，电荷通过电压电源1被施加到注射器2的喷嘴。在这种方式下，正电荷被施加到纺丝溶液；并且溶液从喷嘴的前端缓慢地挤出。当电场效应大于表面张力时，溶液被拉伸成纤维并射向与接地电极连接的集电极3。在去往集电极3的途中，溶液中的溶剂蒸发，从而形成纤维的无纺织物薄层。然而，即使改变纺丝条件（如纺丝溶液的浓度，溶液中所含溶剂的种类，溶液的供应速度，纺丝时间，施加的电压，以及喷嘴和集电极之间的距离），这种技术也不会产生三位结构。这是因为沉积在集电极3上的残留溶液和树脂本身带电而相互排斥。这样的排斥阻碍了在厚度方向上的沉积。在这一点上，来自沉积在集电极3上的溶液中的纤维树脂会蒸发更多的溶剂。然而，微量的溶剂会完整的（即包含溶剂）沉积在集电极3上。 

与此相反，根据本实用新型的实施方式，如图2所示，在注射器2的喷嘴接地时（即不向其施加电荷）实施静电纺丝可形成具有三维结构的纤维填料。与此同时，正电荷被施加到集电极3上。根据此技术，如果常规的纺丝溶液从喷嘴的前端缓慢挤出，因为所述溶液不带电，所述纺丝溶液将会以液滴形式落下。然而，当纺丝溶液进一步包含诸如水的，具有比可生物降解树脂更高的相对介电常数的液体时，所述液体可能会受到电场的影响，并且纺丝溶液在极化的作用下可被拉向集电极。在这种情况下，纺丝溶液本身不带电并且在集电极3上容易形成三维结构沉淀，并不受静电斥力的影响。在此过程中，液体（溶液）可能被分为两股或者多股并从注射器2的喷嘴拉向集电极3。这些股在集电极3上缠绕形成成絮状三维结构。 

然而，为允许这种现象发生，纺丝溶液需要具有稍微低些的粘度。如果纺丝溶液具有过高的粘度，即使受到电场效应的影响，它可能也不会到达集电极3上。因此，根据本实用新型的实施方式制备的构成三维结构的纤维状物质的直径可基本上由纺丝溶液的粘度来控制。当纺丝溶液具有特别低的粘度时，纤维状物质可更容易地沉淀形成三维结构并且纤维状物质 将更可能具有更小的纤维直径。通常情况下，当通过将PLA溶解在氯仿中获得的溶液制备纺丝溶液，然后往其中加入乙醇和水时，所得到的纤维状物质的纤维直径的范围为约0.05μm到10μm。对于集电极3，不施加正电荷但施加负电荷是允许的，只要纺丝溶液能在极化作用下被拉向集电极。 

上述得到的纤维填料的三维结构可被分割成所需尺寸的小块，并且分割的小块可浸泡在含有钙离子和碳酸根离子并由羟基磷灰石饱和的缓冲液中，以在纤维骨架的表面覆盖羟基磷灰石。此处使用的缓冲液的例子包括含有浓度基本等于人血浆（模拟体液或SBF）中无机离子浓度的离子的三羟甲基氨基甲烷缓冲液（PH7.2到7.4）和含有浓度为SBF中离子浓度1.5倍的离子的溶液（1.5SBF）。所述1.5SBF是更有利的，因为纤维状物质能更迅速地被羟基磷灰石覆盖。 

根据本实用新型的实施方式，提供一种用于填充骨缺损的柔性材料，所述材料具有包括纤维物质的纤维填料的三维结构，其中所述纤维物质包含作为主要成分的以聚乳酸（PLA）为代表的可生物降解树脂，并且还包含或具有硅氧烷。本实用新型还提供一种用于骨修复的填充材料，其中构成三维结构的纤维物质的表面覆盖有羟基磷灰石。所述材料包括用于细胞进入的连通空间并且具有改善的在患区中的配合性，能够容易地采用通过静电纺丝生产三维结构来产生无纺织物的技术来制备。此外，可吸收羟基磷灰石的涂覆可以容易地通过将静电纺物品浸泡在由羟基磷灰石饱和的缓冲液中来实现，并且涂覆的可吸收羟基磷灰石有助于提供较高的初始细胞附着。 

由此得到的用于填充骨缺损的纤维填料具备源自由纤维状物质构成的三维结构的令人满意的弹性。这种纤维填料在使用成骨样细胞（MC3T3-E1细胞）的细胞亲和性检测中显示出高细胞增殖能力和优异的骨再造能力。本实施方式的纤维填料的堆积密度比现有技术，如JP-A-2009-61109，披露的屏蔽膜更低。 

根据本实用新型的其他实施方式，纤维填料的纤维由硅释放碳酸钙和可生物降解的聚合物的复合物形成。 

与上述讨论的示例性实施例类似，球霰石相碳酸钙的微粒可被用作硅 释放碳酸钙，其中硅的含量可为，例如，2%（重量）（下面称为2SiV）。如日本未审查专利申请公报(JP-A)No.2008-100878详细公开的，硅释放碳酸钙可通过碳化过程来获得，其中碳酸气体被喷入甲醇、熟石灰和有机硅化合物的混合物的悬浮液中。虽然微粒的直径各不相同且可通过调整生产条件来改变，优选的微粒直径的范围为约0.5μm到1.5μm。 

硅氧烷释放碳酸钙和可生物降解的聚合物的复合物可通过加热/混炼硅球霰石粉末和聚乳酸或聚乳酸和聚乙醇酸的共聚物的混合物来形成。聚乳酸或聚乳酸和聚乙醇酸的共聚物的分子量优选为150000到300000。为获得具有理想弹性的纤维填料，复合物中2SiV的含量优选为30-40%（重量）。该复合物可用溶剂（如氯仿）溶解，得到纺丝溶液。如此得到的纺丝溶液可以通过使用静电纺丝技术来加工成纤维填料。 

为了使用静电纺丝将纺丝溶液加工成纤维填料，如图7所示，在装有乙醇的集电极的容器接地的状态下，正电荷被施加到纺丝溶液。然后，纺丝溶液被制成纤维，静电纺丝的纤维被吸引并移向集电极的容器，而在该过程中，纺丝溶液的溶剂在电场中蒸发。这些被吸引到集电极容器中的纤维被累积在容器中的乙醇中，以形成棉状结构。通过改变纺丝条件（如纺丝溶液的密度，溶剂的种类，供给速度，静电纺丝的时间，施加的电压，喷嘴与集电极的容器中乙醇之间的距离），可形成所需形态的纤维填料。 

本实施方式的纤维填料的外径优选为约0.05至约30μm，优选为约0.1至约20μm，更优选为约10至约20μm。按照日本工业标准JIS L 1097测得的纤维填料的堆积密度为约0.005g/cm3至约0.3g/cm3，优选为约0.01g/cm3至约0.1g/cm3，更优选为约0.014g/cm3至约0.021g/cm3。本实施方式中的纤维填料的可压缩性为约10％至约55％，优选为约20％至约55％，更优选为29％至55％。本实施方式的纤维填料的压缩恢复率为约5％至约76％，优选为约7％至约76％，更优选为约44％至约58％。 

本实用新型的优点 

由于实用新型的纤维填料是由硅释放碳酸钙和可生物降解的聚合物形成的，它显示出高的细胞增殖性，并具有优异的骨再造能力。与屏蔽膜相比，本实用新型的纤维填料的堆积密度非常低。此外，本实用新型的纤维填料具有柔韧性和优良的弹性。因而，它在手术中可以很容易地被填入骨 缺损并且能植入骨缺损而不形成空隙（间隙）。 

实施例一和实施例二 

下面参照几个涉及三维结构的制备方法的实施例，对本实用新型进一步进行详细的介绍。但是，需要注意的是，这些实施例是为了更好的理解本实用新型而例举的，不应当被认为是限制本实用新型的保护范围。本领域技术人员将理解，在不脱离本实用新型范围的情况下，各种修改是可能的。 

实施例一和实施例二中的原材料 

聚乳酸（PLA）：PURASORB PL聚（L-丙交酯），分子量为20×10⁴到30×10⁴，来自PURAC Biochem（CSM的一个部门；荷兰）。三氯甲烷（CHCl₃）：分析纯试剂，纯度为99.0％或以上，来自Kishida Chemical Co.,Ltd.,Japan.γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES):(TSL8331,具有98%或更高的纯度，GE Toshiba Silicones Co.,Ltd.,日本). 

硅氧烷掺杂的碳酸钙（Si-CaCO₃）：含有以硅离子含量计为2.9％（重量）的硅氧烷的球霰石并且用熟石灰来制备(Microstar T;具有96%或更高的纯度;Yabashi Industries Co.,Ltd.,日本)，甲醇(分析纯;具有99.8%或更高的纯度;Kishida Chemical Co.,Ltd.,日本)，APTES，以及二氧化碳气体(高纯度液化二氧化碳气体；具有99.9%的纯度;Taiyo Kagaku Kogyo K.K.,日本)。 

实施例一和实施例二的静电纺丝条件 

纺丝溶液的进料速率：0.1ml/min； 

施加的电压：施加到集电极板的电压为25千伏，喷嘴接地； 

喷嘴和集电极板之间的距离：100mm； 

纺丝时间：大约60min。 

实施例一 

将1g的APTES加入到0.5g的超纯水中，搅拌得到溶液。将该溶液逐滴加至8％（重量）的PLA的CHCl₃溶液中以分别获得APTES含量为0.015g和0.050g，随后搅拌。在该过程中，APTES被缩合以获得硅氧烷。向所得的混合物中加入1.5g乙醇和1g超纯水，得到纺丝液。这些纺丝液用于纺丝并由此得到三维结构，每个三维结构都包含含有可生物降解树脂作为主要成分并包含或具有硅氧烷（下文中，这些立体结构将被分别称为Si-PLA15和Si-PLA50）的纤维物质。 

这种立体结构的在扫描电子显微镜（SEM）下显示的立体结构是絮状结构，具有直径为几十纳米到8微米的纤维。在此条件下，该结构的重量为40g。该结构即使被浸泡在细胞培养基中并被从中回收也不会失去其柔韧性和弹性。 

上述制备的每一个立体结构被切割成10mm宽，10mm长和1mm厚的块，然后被浸泡在4ml的细胞培养基α-MEM中，在温度为37℃下保持在5％的二氧化碳气体氛围的培养箱中，然后在第1天，第3天，第5天更换细胞培养基。图3和图4示出通过电感耦合等离子体发射光谱法测得的被浸泡在细胞培养基中的立体结构中硅离子释放量。这些数据表明，两个样品（立体结构）在第1天释放大量的硅离子，然后释放的硅离子量显著减少，但持续释放硅离子至少到第7天。Si-PLA50在第1天释放约6.5ppm的硅离子，但是在第6天到第7天，硅离子释放量为1ppm或者更少，与Si-PLA15相比仅有轻微的差别。 

实施例二 

在200℃下，通过在加热捏合机中混炼PLA和Si-CaCO₃15min制得Si-CaCO₃/PLA复合物来制备Si-CaCO₃/PLA三维结构，所述复合物包含40%（重量）的Si-CaCO₃；将1.67g的Si-CaCO₃/PLA复合物与8.33g的CHCl₃混合得到溶液；在该溶液中添加1.5g的乙醇和1g超纯水获得纺丝溶液；在上述条件下对该纺丝溶液进行静电纺丝。 

制得的三维结构呈絮状外观，其具有优异的柔韧性和弹性。 

Si-CaCO₃/PLA三维结构在扫描电子显微镜（SEM）下显示的立体结构包括直径为约0.1至3μm的细纤维，以及嵌入到纤维间的直径约为1μm的 球形碳酸钙颗粒。所述纤维具有较小的直径并且纤维之间的间距（间隙）足够大，大约为几十微米或以上，以提供具有足够的间距允许细胞进入其中。通过实施例一的方法对上述立体结构中硅离子的释放量进行测定，发现这种立体结构的硅离子释放量量在第1天为5.3ppm，第2天至第3天为0.8ppm，第4天至第5天为0.4ppm；并且第6天至第7天为0.4ppm，表明了持续的微量硅离子的释放。 

将上述立体结构切成10mm宽、10mm长、10mm厚的样品块，浸泡在40ml的1.5SBF中，在37℃下浸泡一天。然后，将样品从1.5SBF中回收并在扫描电子显微镜（SEM）下观察，发现大量凝聚粒子析出并且留有允许细胞进入其中的约几十微米的间距。图5示出样品块浸泡在1.5SBF之前和之后的X-射线衍射图，表明在浸泡后的样品块中观察到源自羟基磷灰石的峰。这些结果表明，构成Si-CaCO₃/PLA三维立体结构的纤维的表面可仅仅通过在1.5SBF中浸泡所述立体结构很容易地被羟基磷灰石涂覆。 

图6示出在羟基磷灰石涂覆的立体结构和对比样品（Thermanox：细胞培养用塑料圆盘）上接种小鼠成骨细胞样细胞（MC3T3-E1）后细胞数目的变化（以每1cm2细胞数计）。处理对比样品Thermanox的表面以改善细胞增殖并用于细胞培养。图6中的数据表明该立体结构具有比表面经处理的对比样品更高的细胞增长能力，并且预期可作为具有优异骨再造能力的材料。 

细胞培养的实验条件 

培养 

使用24孔板培养； 

细胞类型：小鼠成骨细胞样细胞(MC3T3-E1细胞;Riken Institute of Physical and Chemical Research,日本)； 

细胞接种数量：1×10⁴细胞/孔； 

介质：α-MEM培养基（含10％的胎牛血清）。 

介质更换：在接种后的第1天，此后每隔一天； 

样品：将3D立体结构样品切成10mm长，10mm宽，10mm厚的块（即，一个10mm的立方体）； 

细胞计数法：根据试剂附带的方案，使用细胞计数试剂盒-8(细胞生长/细胞毒性分析试剂；Dojindo Laboratories,日本)。 

实施例三 

将硅含量为2％（重量）（2SiV）的18g球霰石相碳酸钙与42g医用级聚乳酸混合并在200℃下加热/捏合45min。然后冷却获得复合物（SiPVH复合物），其中2SiV的含量为30%（重量）。 

将1g上述获得的SiPVH溶解在9.3g的氯仿中，并搅拌获得纺丝溶液。将该纺丝溶液装入静电纺丝机中，然后在下述条件下进行静电纺丝以获得纤维填料。 

静电纺丝条件： 

纺丝溶液的供应速度：0.2ml/min；施加的电压：17千伏；喷嘴4与集电极9（装有乙醇10）之间的距离：大约20cm；喷嘴4：注射器：18G。 

如图7所示，从集电极9（图7）回收累积在集电极9乙醇8中的纤维。样品1-4由从集电极9回收的纤维填料制备并且分析。可根据HS L1097对堆积密度、压缩率和压缩恢复率进行测定。 

1）纤维直径 

使用激光显微镜从18点测定纤维直径。结果发现，由此测得的每根纤维的直径存在显著的变化，直径分布的范围为约10μm至21μm。 

2)堆积密度 

将样品1至4（平均重为0.055g）中的每个置于内径为22mm的玻璃筒中。具有大致相同直径的圆形玻璃盖11（重1.148g）置于玻璃圆筒中的纤维填料12上。测量玻璃筒中其上置有该盖11的纤维填料12的高度（h₀）。纤维填料12的堆积密度根据由此测得的纤维填料12的体积和重量来计算（如图8（A）所示）。 

上述结果显示，尽管样品之间的存在显著变化，但是每个样品的堆积密度如下：样品1:0.015g/cm³；样品2：0.014g/cm³；样品3：0.018g/cm³；样品4：0.021g/cm³（平均为0.017g/cm³） 

3）压缩率和压缩恢复率 

如图8（B）所示，在玻璃圆筒中的玻璃盖上放一个9.914g的重物13。30min后，测量在此状态下的玻璃圆筒中纤维填料12的高度（h₁）。从在该盖11上放置该重物13之前和之后的变化，按照下述公式计算纤维填料12的压缩率： 

压缩率(%)=(h₀-h₁)/h₀*100 

由此测得的样品1-4的纤维填料12的压缩率如下：样品1:45.56%；样品2:34.90%；样品3:29.01%；样品4:37.8%（平均为36.82%）。 

接下来，如图8（C）所示，将重物13从所述玻璃盖上移除。30分钟后，测量此状态下玻璃圆筒中纤维填料12的高度（h2）。从在该盖11上放置该重物13和从该盖11上移除该重物13之前和之后的变化，按照下述公式计算纤维填料12的压缩恢复率： 

压缩恢复率(%)=(h₂-h₁)/(h₀-h₁)*100 

测得的样品1-4的纤维填料12的压缩恢复率如下：样品1:58.47%；样品2:44.02%；样品3:56.14%；样品4:57.2%（平均为53.96%）。 

JIS L1097测试方法-1982(2008确定) 

日本工业标准（JIS）于1982年公布了一种测试合成纤维填料的标准方法L1097，其于2008年得到确定。该测试是根据JIS Z8703（测试室的标准条件）在一个具有2级标准温度和湿度（温度20±2℃，相对湿度65±2%）的室内进行的。 

样品准备 

从无包装的产品中取出填料块，并让每个块置于室内8小时以上。然后，随机抽取样品进行测试。测试样品堆积为20×20cm的尺寸，这样其重量为40g。将需要进行测试的测试样品置于在该状态下约1h。 

测试可包括测试颜色，比容（体积），压缩率（压缩恢复率），纤维长度和质量。 

测试方法 

比容（堆积密度） 

比容可通过前述方法测量制备的测试样品的重量来测量。将一个厚板（20×20cm尺寸和0.5g/cm²的平板）置于测试件上，然后将2Kg的重物A置于其上30min。然后，移除重物A，将测试样品在该状态下停留30min。重复上述步骤3次。在重物A被移除和在该状态下停留30min后，测量样品的4个角的高度和平均值。按照下述公式计算比容。该项测试对三个样品进行并且得到3个样品的平均值。 

比容(cm³/g)-(20*20*h₀)/10)/W 

其中，h⁰为测试样品的四个角的高度的平均值（mm）；W是测试样品的重量（g）。如果需要，比容(cm³/g)可直接转换为堆积密度(g/cm³)。 

压缩弹性（可压缩率，压缩恢复率） 

压缩弹性通过测量以上描述的测试件的四个角的高度来测量。将4Kg的块B置于其上30min。测量四个角的高度。然后，移除重物B，将测试样品停留3min。测量四个角的高度。求取它们的平均值。根据下式计算可压缩率和压缩恢复率。对三个样品进行所述测量并获得这三个样品的平均值。 

可压缩率(%)=(h₀-h₁)/h₀)*100 

压缩恢复率(%)=(h₂-h₁)/(h₀-h₁)*100 

其中，h₀：其上置有重物B之前四个角的高度（mm）； 

h₁：其上置有重物B时四个角的高度（mm）； 

h₂：移除重物B后四个角的高度（mm）。 

尽管上述是本实用新型优选实施方式的描述，然而本领域技术人员应该理解，在不脱离本实用新型权利要求保护的范围和中心思想的前提下，可以对本实用新型进行各种修改、变换和变化。 

Claims (7)

1.一种用于填充骨缺损的纤维填料，具有絮状三维结构，所述纤维填料包括多个纤维，其中所述纤维之间的间距为几十微米或以上，以提供具有足够的间距允许细胞进入其中。 

2.根据权利要求1所述的纤维填料，其中所述多个纤维涂覆有羟基磷灰石。 

3.根据权利要求1所述的纤维填料，其中所述多个纤维的外径为约0.05μm至约30μm。 

4.一种用于填充骨缺损的纤维填料，其包括多个纤维，其中所述多个纤维在三维方向彼此缠绕以形成纤维填料，其中所述多个纤维的外径为约0.05μm至约30μm，其中所述纤维之间的间距为几十微米或以上，以提供具有足够的间距允许细胞进入其中。 

5.根据权利要求4所述的纤维填料，其中所述纤维填料的堆积密度为约0.005至0.3g/cm³。 

6.根据权利要求4所述的纤维填料，其中所述多个纤维的外径为约0.1μm至约20μm。 

7.根据权利要求4所述的纤维填料，其中所述多个纤维被羟基磷灰石涂覆。 

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