TWI407979B - Preparation of Microspheres with Hydroxyapatite and Gelatin - Google Patents

Description

具氫氧基磷灰石及明膠的微米球製備方法

本發明係有關一種生醫複合材料的製備方法，尤指一種具氫氧基磷灰石及明膠的微米球的製備方法。

人體中骨骼成份主要由35%的有機質和65%的無機質所組成，其中無機質主要是由磷酸鈣鹽和小部份的碳酸、檸檬酸、氟離子和鎂、鈉離子等合成的無機化合物，而磷酸鈣鹽中的主要成份則為氫氧基磷灰石(hydroxyapatite,Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)。氫氧基磷灰石為一具有高度生物相容性之生醫材料，即在人體中容易與骨骼組織形成鍵結，並在植入生物體後兼具引導骨骼向內生長(osteoconductivity)以及骨整合(osseointegration)之能力，可與骨骼組織直接形成化學鍵結，且有不引起毒性、不刺激組織等特性，在整型外科及齒科方面有廣泛的研究與應用。因此，許多科學家開始利用如水熱法(hydrothermal)、固態反應法(solid-state reaction)、溶膠凝膠法(sol-gel synthesis)、微乳液法(microemulsion synthesis)及微波合成法(microwave synthesis)等製備出氫氧基磷灰石粉末。而因天然的骨頭組成含有部分的有機成分，因此也越來越多的研究嘗結合各種生物高分子和氫氧基磷灰石來合成出結構組成和功能與人體更貼近的生醫陶瓷粉末，以增加人工合成材料與組織及細胞間的相容性和相互補強機械性質。

此外，明膠具有良好的生物降解和可吸收的特性，在37℃人體內，因體液 不斷地擴散到明膠所構成的材料中，緊隨著發生持續性的溶解和膨脹現象，材料因而被分解代謝，提供了細胞增殖與成長的胺基酸，已有許多研究利用浸漬法加入磷酸鈣鹽後，冷凍乾燥製成骨組織的填補材料，並且得到良好的生物特性，可有效導引骨細胞的修補。

再者，近年來研究指出多孔型態之植入材提供了高比值的表面積與開放空間，若作為藥物載體時，將具有更高的載藥量；若是使用於骨缺陷處之填補時，將更有利於養分的循環因而促進細胞向內生長，達到導骨作用。另一方面，許多報告指出不規則形狀之植入材料將引起組織發炎反應導致新骨生長遲緩，於是乎發展具有多孔性之微球體將極為適合應用於藥物載體及生醫材料與組織工程的開發。

因此，隨著技術不斷的更新改進，如中華民國專利公告第55732號提出一種多孔隙陶瓷材料之製造方法，利用加熱處理去除動物海綿骨之有機質，再將海綿骨浸泡於磷酸鹽水溶液中，經乾燥後，以900℃以上高溫燒結而得一不同結晶相組成之多孔隙陶瓷材料。此由動物骨經高溫處理所得之氫氧基磷灰石多孔體，其孔隙率雖可達70%體積比，擁有多孔體的優點，但其機械強度較差，應用上受到限制，且其在高溫熱處理前，為防止在加熱過程發生油炸使材料內部產生大量的裂痕，須將動物海綿骨中所含有之有機質先行去除，而這步驟包含去油、去脂、酒精脫水及烘乾等步驟，耗時數天又費工，不符經濟效益。

此外，與高分子材料混合製作成具有生物相容性與生物活性之填充材亦已被提出，如中華民國專利公告第420604號提出一種可吸收式磷酸鈣生醫複合材料顆粒及其製程，主要是透過製程控制使膠原蛋白具備網狀纖維結構，結合均勻散佈於其中的磷酸鈣系陶瓷粉末，經混合及交聯程序合成一種可被人體吸收，成份結構、組成均與骨組織相似的生醫複合材料。然其詳細製程包含牛皮之除脂處理、膠原蛋白之萃取、膠原蛋白之純化及可吸收 式磷酸鈣系生醫複合材料顆粒之製備等四個步驟，不僅過程繁雜，且所耗費的成本相對極高，而材料顆粒的製程須經由交聯及分離得到，故使用了戊二醛(glutaraldehyde)、芍藥萃取液(genipin)或氰胺(carbodiimide)等交聯劑，產物其後雖有清洗步驟，仍有化學藥劑殘留之可能。

本發明之主要目的，在於解決習知技術中耗時費工不符合經濟效益的問題。

本發明之另一目的，在於解決習知技術中製備過程複雜且易有化學藥劑殘留的問題。

為達上述目的，本發明提供一種具氫氧基磷灰石及明膠的微米球製備方法，其係應用於生醫複合技術中，該製備方法包括有步驟S1至S9，其步驟說明如下：S1：配置一明膠水溶液並裝於一容器中；S2：將該容器置於一水浴槽中並加熱；S3：攪拌該容器內之該明膠水溶液，其係利用一攪拌器對該明膠水溶液進行攪拌；S4：加入一磷酸二氫氨水溶液，並持續攪拌，加入該磷酸二氫氨水溶液於該容器中與該明膠水溶液一起攪拌；S5：加入一硝酸鈣水溶液，並混合攪拌，加入該硝酸鈣水溶液於該容器中混合攪拌；S6：將攪拌後的一混合水溶液靜置於該水浴槽內待複數微米球產生沉澱，該混合水溶液為該明膠水溶液、該磷酸二氫氨水溶液及該硝酸鈣水溶液之混合；S7：將該容器移至一烘箱內放置； S8：收集沉澱於該容器底部的該複數微米球並經過清洗與離心處理；及S9：經過濾收集得到該複數微米球。

本發明主要利用水熱法來合成具氫氧基磷灰石及明膠的微米球，提供了一操作簡便的合成方法，相較於習知技術，本發明之製備過程不需用任何有機溶劑，可以避免毒性化學物質的殘留，亦不需調整pH值或加入交聯劑，只需控制在特定溫度範圍下即可生成具氫氧基磷灰石及明膠的微米球，且相較於習知技術之製備過程需時數天，本發明之製備過程簡短僅需數小時內，所要求之設備成本亦低廉，可為一創新發明之製程。

10‧‧‧容器

11‧‧‧明膠水溶液

20‧‧‧水浴槽

21‧‧‧液體

30‧‧‧攪拌器

31‧‧‧攪拌棒

S1~S9‧‧‧步驟

圖1，係本發明一較佳實施例之步驟流程示意圖。

圖2，係本發明一較佳實施例之製備系統示意圖。

圖3，係本發明一較佳實施例之微米球的掃描式電子顯微鏡示意圖。

圖4，係本發明一較佳實施例之另一掃描式電子顯微鏡示意圖。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：請參閱圖1及圖2所示，圖1係本發明一較佳實施例之步驟流程示意圖，圖2係本發明一較佳實施例之製備系統示意圖。如圖所示：本發明為一種具氫氧基磷灰石及明膠的微米球製備方法，其係應用於生醫複合技術中，該製備方法包括有步驟S1至S9，其步驟說明如下：S1：配置一明膠水溶液11並裝於一容器10中，其中該明膠水溶液11之重量百分濃度為1~10wt%；S2：將該容器10置於一水浴槽20中並對該水浴槽20內之液體21加熱至一定溫度，在本實施例中，加熱溫度係設定在60~85℃；S3：攪拌該容器10內之該明膠水溶液11，其中係利用一攪拌器30及與該攪拌器30連接的一攪拌棒31以攪拌速率80~160rpm對該明膠水溶液11進行攪 拌；S4：加入一磷酸二氫氨水溶液，並持續攪拌，其中在加入該磷酸二氫氨水溶液之前，先將該磷酸二氫氨水溶液加熱至60~85℃再加入至該容器10內與該明膠水溶液一起攪拌；S5：加入一硝酸鈣水溶液，並混合攪拌，其中，該硝酸鈣水溶液需先加熱至60~85℃再加入至該容器10內與該明膠水溶液及該磷酸二氫氨水溶液一起攪拌，且該硝酸鈣水溶液中之鈣與該磷酸二氫氨水溶液中之磷之比為1：1.67。且該硝酸鈣水溶液在該磷酸二氫氨水溶液加入於該容器10後隨即加入該容器10內一同攪拌；S6：將攪拌後的一混合水溶液靜置於該水浴槽20內三十分鐘，待複數微米球產生沉澱，需特別說明的是，該混合水溶液為該明膠水溶液、該磷酸二氫氨水溶液及該硝酸鈣水溶液之混合，且由攪拌該明膠水溶液開始至將該容器移至該烘箱內前之總攪拌時間為二十~三十分鐘；S7：將該容器10移至一烘箱內放置三十分鐘，其中該烘箱之溫度為37℃；S8：收集沉澱於該容器10底部的該複數微米球並經過清洗與離心處理；及S9：經過濾收集得到該複數微米球。

請參閱圖3，其係本發明之較佳實施例之微米球的掃描式電子顯微鏡示意圖，如圖所示，所製成之微米球在經過六千倍的放大後，可清楚看到該複數微米球之多孔隙特徵，在圖4中，其係本發明之較佳實施例之微米球的另一掃描式電子顯微鏡示意圖，在放大五萬倍後，微米球的孔隙提供了高比值的表面積及開放空間，適合做為藥物載體及骨缺陷處之填補。

綜上所述，由於本發明主要利用水熱法來合成具氫氧基磷灰石及明膠的微米球，提供了一操作簡便的合成方法，相較於習知技術，本發明之製備過程不需用任何有機溶劑，可以避免毒性化學物質的殘留，亦不需調整pH值或加入交聯劑，只需控制在特定溫度範圍下即可生成具氫氧基磷灰石及明 膠的微米球，且相較於習知技術之製備過程需時數天，本發明之製備過程簡短僅需數小時內，所要求之設備成本亦低廉，因此本發明極具進步性及符合申請發明專利之要件，爰依法提出申請，祈鈞局早日賜准專利，實感德便。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。

S1~S9‧‧‧步驟

Claims (8)

1. 一種具氫氧基磷灰石及明膠的微米球製備方法，其係應用於生醫複合技術中，該製備方法包括有下列步驟：配置一明膠水溶液並裝於一容器中，該明膠水溶液之重量百分濃度為1~10wt%；將該容器置於一水浴槽中並加熱；攪拌該容器內之該明膠水溶液，其係利用一攪拌器對該明膠水溶液進行攪拌；加入一磷酸二氫氨水溶液，並持續攪拌，加入該磷酸二氫氨水溶液於該容器中與該明膠水溶液一起攪拌；加入一硝酸鈣水溶液，並混合攪拌，加入該硝酸鈣水溶液於該容器中混合攪拌，該硝酸鈣水溶液中之鈣與該磷酸二氫氨水溶液中之磷之比為1：1.67；將攪拌後的一混合水溶液靜置於該水浴槽內待複數微米球產生沉澱，該混合水溶液為該明膠水溶液、該磷酸二氫氨水溶液及該硝酸鈣水溶液之混合；將該容器移至一烘箱內放置；收集沉澱於該容器底部的該複數微米球並經過清洗與離心處理；及經過濾收集得到該複數微米球。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具氫氧基磷灰石及明膠的微米球製備方法，其中該水浴槽需加熱至60~85℃。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具氫氧基磷灰石及明膠的微米球製備方法，其中該磷酸二氫氨水溶液需先加熱至60~85℃再加入至該容器內。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具氫氧基磷灰石及明膠的微米球製備方法，其中該硝酸鈣水溶液需先加熱至60~85℃再加入至該容器內。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具氫氧基磷灰石及明膠的微米球製備方法，其中該攪拌器之攪拌速率為80~160rpm。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具氫氧基磷灰石及明膠的微米球製備方法，其中由攪拌該明膠水溶液開始至將該容器移至該烘箱內前之總攪拌時間為20~30分鐘。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具氫氧基磷灰石及明膠的微米球製備方法，其中該混合水溶液靜置於該水浴槽內30分鐘。
8. 如申請專利範圍第1項所述之具氫氧基磷灰石及明膠的微米球製備方法，其中該烘箱之溫度為37℃，且該混合水溶液放置於該烘箱內30分鐘。