TWI517866B - Porous bone filling material - Google Patents

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Description

多孔性骨填補材
本發明是有關於一種骨填補材，特別是指一種包含多孔性硬質殼體及纖維狀填充物的多孔性骨填補材。
骨骼為生物體的一部份，其成分主要是由礦物質及蛋白質所組成，且其功能是用來支撐生物體並保護生物體內部器官。當骨骼因受外力造成傷害或因病變切除，骨骼缺損部位可使用骨填補材做為骨骼再生的模板(template)，進而引導骨骼細胞的分化(differentiation)與增生(proliferation)，以恢復生物體基本的生理功能。一般骨填補材需要具有支撐骨骼缺損部位的作用，以避免造成骨骼缺損部位二次傷害，或其它部位的傷害。且亦需提供骨骼細胞貼附並生長的環境，始能達到完整修復(healing)的效果。
US7547449揭示一種包含礦物質及膠原蛋白纖維的骨填補材，其中，該礦物質是形成在膠原蛋白纖維的表面上，且該礦物質是擇自於磷酸鈣(calcium phosphate)、碳酸鈣(calcium carbonate)、氫氧基磷灰石(hydroxyapatite)、碳酸鍶(strontium carbonate)、硫酸鈣(calcium sulfate)、草酸鈣(calcium oxalate)、氧化鈣(calcium oxide)、含鎂碳酸鈣(magnesium-bearing calcium carbonate)、含鎂磷酸鈣(magnesium-bearing calcium phosphate)、含鎂硫酸鈣(magnesium-bearing calcium sulfate)或含鎂草酸鈣(magnesium-bearing calcium oxalate)等。然，該骨填補材僅 適用在不用承受過度壓力的骨骼缺損部位，如手腕或頭顱等，因此，若使用在腳或脊髓等骨骼缺損部位，該骨填補材的支撐效果不佳，容易造成該等骨骼缺損部位二次傷害。再者，該骨填補材容易經生物體的體液沖刷後，導致鬆散、位移或流失，繼而失去做為骨骼細胞貼附並生長的模板效果。
經上述說明可知，改良骨填補材以為骨骼缺損部位提供一適當的支撐效果，以及做為骨骼細胞貼附並生長的模板，從而避免骨骼缺損部位二次傷害，並提升骨骼細胞生長量，是此技術領域相關技術人員可再突破的課題。
因此，本發明之目的，即在提供一種具有較佳機械強度，可做為骨骼細胞貼附並生長的模板，且不易被生物體的體液沖刷而導致鬆散、位移或流失的多孔性骨填補材。
於是，本發明多孔性骨填補材，包含：一可被吸收代謝的多孔性硬質殼體，界定出一內部空間；及一設置於該內部空間中的纖維狀填充物。
本發明之功效在於：透過多孔性硬質殼體的結構設計，使得該多孔性骨填補材具有較佳機械強度，可支撐骨缺損部位所承受的壓力，避免二次傷害。且該多孔性骨填補材具有多孔性，可提供一合適於骨骼細胞貼附並生長的環境，繼而提升骨骼細胞生長量。再者，該多孔性骨填補材中的多孔性硬質殼體具有保護該纖維狀填充物的功能，可 避免該纖維狀填充物被生物體的體液沖刷，繼而使得該纖維狀填充物變得鬆散、位移或流失，導致失去做為骨骼細胞貼附並生長的模板效果。
本發明多孔性骨填補材包含一可被吸收代謝的多孔性硬質殼體，界定出一內部空間；及一設置於該內部空間中的纖維狀填充物。該多孔性骨填補材還包含一設置於該內部空間中的陶瓷材料。
較佳地，該多孔性硬質殼體與該纖維狀填充物皆具有生物相容性。
以下將逐一對該多孔性硬質殼體、該纖維狀填充物及該陶瓷材料進行詳細說明：
<多孔性硬質殼體>
該多孔性硬質殼體具有生物相容性，且可被生物體吸收代謝，以及賦予該多孔性骨填補材具有較佳機械強度。該多孔性硬質殼體具有多孔性，可提供一合適於骨骼細胞貼附並生長的環境，繼而提升骨骼細胞生長量，且該骨骼細胞可由該多孔性硬質殼體的孔隙向內生長，繼而使該多孔性硬質殼體與生長的骨骼細胞合而為一，有利於該多孔性骨填補材固定在該骨缺損部位。再者，該多孔性硬質殼體具有保護該纖維狀填充物的功能，可避免該纖維狀填充物被生物體的體液沖刷，繼而使得該纖維狀填充物變得鬆散、位移或流失，導致失去做為骨骼細胞貼附並生長的模板效果。
較佳地，該多孔性硬質殼體是由一包括硫酸鈣的混合物所形成。該硫酸鈣可採以往所使用的，例如，無水硫酸鈣或水合硫酸鈣。
較佳地，該硫酸鈣是由式(I)所示：CaSO4．nH2O 式(I)
其中，n表示0、1/2或2。
較佳地，該混合物還包括水。藉由調整該混合物中的水與硫酸鈣的混合比例，可有效提升該多孔性硬質殼體的機械強度，較佳地，以該混合物的總量為100wt%計，該水的使用量範圍為18wt%至23.1wt%，當水的使用量範圍小於18wt%時，該硫酸鈣與水無法均勻混合，以使硫酸鈣濕潤；當水的使用量範圍大於23.1wt%時，會導致該多孔性硬質殼體的抗壓強度降低。
該多孔性硬質殼體的製備方式可採以往方式，例如，將該混合物與一加熱會氣化或昇華的物質混合，並置入於一可形成中空的模具中，經加熱後，即為本發明多孔性硬質殼體，該加熱會昇華的物質如樟腦、棻或萘。
在不影響該多孔性硬質殼體的功效範圍內，較佳地，該混合物還包括一陶瓷材料。該陶瓷材料的添加可更使該多孔性硬質殼體的成分與生物體骨骼所含成分相近，更有利於骨骼細胞的生長。該陶瓷材料如下所述，故不再贅述。
該多孔性硬質殼體的孔隙可提供一合適於骨骼細胞貼附並生長的環境。較佳地，以該多孔性硬質殼體的總體積 為100vol%計，該多孔性硬質殼體的孔隙度範圍為5vol%至小於50vol%。較佳地，該孔隙的平均口徑範圍為150μm至小於500μm。較佳地，該多孔性硬質殼體具有一橫截面，且該多孔性硬質殼體的厚度為該橫截面的等效直徑的11.5%至17.5%。較佳地，該多孔性硬質殼體的孔隙是與該內部空間相通，可使生物體的體液接觸該纖維狀填充物，更有效提升該多孔性骨填補材的骨骼細胞生長效果。藉由調整該多孔性硬質殼體的孔隙度及孔隙的平均口徑，可使得該多孔性骨填補材具有合適的抗壓強度(至少在16Mpa以上)，較佳地，以該多孔性硬質殼體的總體積為100vol%計，該多孔性硬質殼體的孔隙度範圍為5vol%至小於50vol%，且該孔隙的平均口徑範圍為150μm至小於300μm。或者，較佳地，以該多孔性硬質殼體的總體積為100vol%計，該多孔性硬質殼體的孔隙度範圍為5vol%至小於30vol%，且該孔隙的平均口徑範圍為300μm至小於500μm。
<纖維狀填充物>
該纖維狀填充物具有生物相容性。較佳地，該纖維狀填充物還具有較佳的抗彎強度。該纖維狀填充物的抗彎強度越佳，表示該纖維狀填充物越易糾結，更可提升該多孔性骨填補材的機械強度。更佳地，該纖維狀填充物還具有引導骨骼細胞再生及/或誘導骨骼修復的功能，可更有效地促進該多孔性骨填補材的骨骼細胞生長效果。
較佳地，該纖維狀填充物包括至少一種由下列群組所組成的聚合物：聚醣(polysaccharide)類、聚醣類衍生物 (polysaccharide derivatives)、聚胜肽類(polypeptide)、聚胜肽類衍生物(polypeptide derivatives)、聚乳酸、聚乙醇酸、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚己內酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚甘醇酸，或上述之聚合物的共聚物。
較佳地，該聚醣類是擇自於幾丁聚醣、纖維素、海藻酸，或此等一組合。較佳地，該聚醣類衍生物是擇自於幾丁聚醣的鹽類、纖維素的鹽類、海藻酸鹽類，或此等一組合。較佳地，該聚胜肽類衍生物是擇自於明膠、膠原蛋白、膠原蛋白衍生物，或此等一組合。
較佳地，該纖維狀填充物包括複數條纖維，且該等纖維彼此糾結，形成多孔結構。該多孔結構可提供一適合骨骼細胞貼附並生長的環境。
較佳地，該纖維狀填充物的平均長度範圍為3.5mm至7mm。當纖維狀填充物的平均長度小於3.5mm時，該等纖維彼此糾結效果不佳，使得該纖維狀填充物的無法聚集成塊，繼而導致機械強度下降；當纖維狀填充物的平均長度大於7mm時，該等纖維彼此糾結效果不佳，使得該纖維狀填充物的結構過於鬆散，繼而導致機械強度下降。
<陶瓷材料>
該陶瓷材料具有生物相容性。較佳地，該陶瓷材料還具有骨鍵結(bone-binding)特性。更佳地，該陶瓷材料還具有植入於生物體中不會引起發炎反應及/或不會被生物體內的纖維組織所佔據，可更有效地促進該多孔性骨填補材的骨骼細胞生長效果。
該陶瓷材料包括至少一種由下列群組所組成的陶瓷材料：磷酸鈣鹽類及生物玻璃。
該磷酸鈣鹽類包括至少一種由下列群組所組成的磷酸鈣鹽：CaHPO4‧2H2O、CaHPO4、Ca(H2PO4)2、Ca(H2PO4)2‧H2O、分子式為Ca10(PO4)6(OH)2的磷酸鈣鹽、分子式為Ca10(PO4)6(F)2的磷酸鈣鹽、分子式為Ca8(HPO4)2(PO4)4‧5H2O的磷酸鈣鹽、分子式為Ca4(PO4)2O的磷酸鈣鹽，及分子式為Ca3(PO4)2的磷酸鈣鹽。
該生物玻璃主要由Na2O-CaO-SiO2-P2O5為基礎組成。該陶瓷材料的製備方式並無特別的限制，可採用以往的方式，例如，該磷酸鈣鹽類是由將一包含鈣鹽與磷酸鹽的混合物進行反應所獲得。
較佳地，該鈣鹽是擇自於氯化鈣、碳酸鈣、硝酸鈣、氫氧化鈣、乙酸鈣、葡萄糖酸鈣、檸檬酸鈣，或此等一組合。較佳地，該磷酸鹽是擇自於磷酸三鉀、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸三鈉、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸三銨、磷酸四鈉、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀，或此等一組合。
較佳地，該陶瓷材料是形成在該纖維狀填充物的表面。該形成方式並無特別的限制，可採用以往的方式，例如，將一包含該纖維狀填充物、鈣鹽與磷酸鹽的混合物進行反應所獲得。該陶瓷材料是形成在該纖維狀填充物的表面，可使該陶瓷材料較不易受生物體的體液沖刷，而導致位移或流失，並增強該纖維狀填充物的機械強度，以及延緩 纖維狀填充物降解速度。
在不影響本發明多孔性骨填補材的功效範圍內，較佳地，本發明多孔性骨填補材還包含一具有修復和再生能力的生長因子。該生長因子可單獨或混合使用，且該生長因子例如但不限於骨誘導生長因子(osteoinductive growth factor)、血小板衍生生長因子(platelet-derived growth factor)、轉化生長因子(transforming growth factor)，或類胰島素生長因子(insulin-like growth factor)等。該骨誘導生長因子例如但不限於骨成型蛋白(bone morphogenetic protein)、骨鈣素(ostercalcin)，或成骨素(osteogenin)等。
本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。
<實施例> <化學品來源>
1.膠原蛋白：購自於Sigma Aldrich；型號為Bornstein and Traub Type I(Sigma Type III)。
2.六氟異丙醇(1,1,1,3,3,3 hexafluoro-2-propanol)：購自於Fluka；純度99.0%。
3.幾丁聚醣：購自於Sigma Aldrich。
4.三氟醋酸：購自於Sigma Aldrich；型號為ReagentPlus®；純度為99%。
5.半水硫酸鈣：購自於Sigma Aldrich。
6.氯化鈣：購自於Sigma Aldrich。
7.磷酸氫二鈉：購自於Sigma Aldrich。
[纖維狀填充物的製備] <合成例1>
將0.3克的膠原蛋白溶於5毫升的六氟異丙醇中，以製得一濃度為6 wt%之膠原蛋白溶液，再將該溶液置於一自製電紡儀器(紡織產業綜合研究所之COSMISC-PME30)中，利用電紡原理，在20 kV的電壓下，流速為0.8ml/hr，並在7公分之收集距離下噴絲，以得到複數條的膠原蛋白纖維，進一步地依序以30wt%甲醇水溶液與60wt%甲醇水溶液進行清洗，且經冷凍乾燥即可，該等膠原蛋白纖維的平均長度為0.7mm。
<合成例2>
合成例2是以與合成例1相同的步驟來製備該膠原蛋白纖維，不同的地方在於：流速為0.45ml/hr，且該等膠原蛋白纖維的平均長度為3.5mm。
<合成例3>
將0.35克的幾丁聚醣溶於5毫升的三氟醋酸中，以製得一濃度為7wt%之幾丁聚醣溶液，再將該溶液置於一自製電紡儀器中，利用電紡原理，在20kV的電壓下，流速為0.8ml/hr，並在5公分之收集距離下噴絲，以得到複數條的幾丁聚醣纖維，進一步地依序以30wt%甲醇水溶液與60wt%甲醇水溶液進行清洗，且經冷凍乾燥即可，該等幾丁聚醣纖維的平均長度為4.5mm。
<合成例4>
合成例4是以與合成例1相同的步驟來製備該膠原蛋白纖維，不同的地方在於：流速為0.3ml/hr，且該等膠原蛋白纖維的平均長度為6.8mm。
<合成例5>
合成例5是以與合成例1相同的步驟來製備該膠原蛋白纖維，不同的地方在於：流速為0.15ml/hr，且該等膠原蛋白纖維的平均長度為13mm。
[多孔性硬質殼體的製備] <合成例6>
將一由18.03wt%的水與81.97wt%的半水硫酸鈣(CaSO4．0.5H2O)所組成的混合物與樟腦混合，並置於一直徑為6mm，內徑為4mm且高12mm的不鏽鋼圓柱模具中，於80℃下放置24hr待完全固化後取出，即可獲得口徑約為300μm至400μm、孔隙度約為20vol%至25vol%，且厚度為2mm的多孔性硬質殼體。
<合成例7>
將一由23.08wt%的水與76.92wt%的半水硫酸鈣(CaSO4．0.5H2O)所組成的混合物與樟腦混合，並置於一直徑為6mm且高12mm的不鏽鋼圓柱模具中，於室溫下放置24hr待完全固化後取出，即可獲得口徑約為300μm至400μm、孔隙度約為20vol%至25vol%，且厚度為2mm的多孔性硬質殼體。
<合成例8>
將一由33.33wt%的水與66.67wt%的半水硫酸鈣(CaSO4 ．0.5H2O)所組成的混合物與樟腦混合，並置於一直徑為6mm且高12mm的不鏽鋼圓柱模具中，於室溫下放置24hr待完全固化後取出，即可獲得口徑約為300μm至400μm、孔隙度約為20vol%至25vol%，且厚度為2mm的多孔性硬質殼體。
[陶瓷材料形成於纖維狀填充物表面的製備] <製備例1>
將1克之合成例1的膠原蛋白纖維均勻溶解於14毫升之0.1 M的氯化鈣水溶液中，再將8.4毫升之0.1 M的磷酸氫二鈉水溶液以0.5ml/min的速度緩慢滴入，接著，使用磁石以轉速為120rpm的速度進行攪拌，以使其均勻混合，並使膠原蛋白纖維彼此糾結纏繞，同時，磷酸鈣會在膠原蛋白纖維表面析出，之後，利用0.1 M的氫氧化鈉水溶液將pH值調至7.0，且進行攪拌1小時後，進行過濾，並以二次水清洗濾餅並進行離心處理，取得沉澱物後，重複上述步驟三次後，取其沉澱物並經冷凍乾燥處理，即可獲得一膠原蛋白纖維磷酸鈣複合物。
<製備例2>
製備例2是以與製備例1相同的步驟來製備該膠原蛋白纖維磷酸鈣複合物，不同的地方在於：使用合成例2的膠原蛋白纖維。
<製備例3>
製備例3是以與製備例1相同的步驟來製備該幾丁聚醣纖維磷酸鈣複合物，不同的地方在於：使用合成例3的 幾丁聚醣纖維。將該幾丁聚醣纖維磷酸鈣複合物壓成板狀後，裁切成長度2mm、寬度2mm且厚度4mm的大小，進行抗彎強度、細胞活性及骨鈣素濃度檢測。
<製備例4>
製備例4是以與製備例1相同的步驟來製備該膠原蛋白纖維磷酸鈣複合物，不同的地方在於：使用合成例4的膠原蛋白纖維。將該膠原蛋白纖維磷酸鈣複合物壓成板狀後，裁切成長度2mm、寬度2mm且厚度4mm的大小，進行抗彎強度、細胞活性及骨鈣素濃度檢測。
<製備例5>
製備例5是以與製備例1相同的步驟來製備該膠原蛋白纖維磷酸鈣複合物，不同的地方在於：使用合成例5的膠原蛋白纖維。
[骨填補材的製備] <實施例1>
將製備例1的膠原蛋白纖維磷酸鈣複合物置於合成例6的多孔性硬質殼體之內部空間中，並經冷凍乾燥即可。
<實施例2>
將合成例1的膠原蛋白纖維置於合成例6的多孔性硬質殼體的內部空間中，並經冷凍乾燥即可。
<比較例1>
將製備例1的膠原蛋白纖維磷酸鈣複合物置於一直徑為6mm，內徑為4mm且高12mm的不鏽鋼圓柱模具中，並經冷凍乾燥即可。
<比較例2>
將合成例1的膠原蛋白纖維置於一直徑為6mm，內徑為4mm且高12mm的不鏽鋼圓柱模具中，並經冷凍乾燥即可。
<比較例3>
將一由重量比值為1的氫氧基磷灰石與硫酸鈣所組成的混合物，取7.5克混合物粉末加入2.5毫升的水，獲得一漿料。
<比較例4>
將一由重量比值為1的氫氧基磷灰石與硫酸鈣所組成的混合物，取7.5克混合物粉末加入2.5毫升2wt%的膠原蛋白溶液，獲得一漿料。
【檢測項目】
1.抗壓強度：
將上述合成例6至8的多孔性硬質殼體、實施例1至2及比較例1至2的骨填補材分別置於instron試驗機(廠牌為Instron；型號為：5900)中，並依據ISO5833抗壓強度測試方法進行測試。單位：MPa。
2.抗彎強度：
將上述製備例1至5的複合物置於instron試驗機中，並依據ISO178彎曲強度測試方法進行測試。單位：MPa。
3.承受生物體體液沖刷能力：
將上述實施例1以及比較例1的骨填補材分別置於15毫升的試管中，並且分別加入5毫升的磷酸鹽緩衝生理鹽水(Phosphate Buffered Saline，簡稱PBS)，形成二測試樣品，並將該等測試樣品置於37℃的恆溫振盪水槽中，轉速設定為100rpm，並置放24小時，接著，觀察該等測試樣品的溶液情況。○：溶液仍保持清澈；X：溶液變混濁。
4.細胞活性測試：
將製備例3及4的複合物及實施例1至2及比較例1至2的骨填補材分別置於一96-孔盤培養盤(96-well plate)的不同孔中，並分別加入15μL且由重量比值為0.22的水與半水硫酸鈣(CaSO4．0.5H2O)所組成的混合物，接著，待其固化後，以紫外光殺菌備用。
將比較例3及4的漿料分別置於一96-孔盤培養盤(96-well plate)的不同孔中，待其固化後，以紫外光殺菌備用。
將1x104個類人體骨母細胞(human osteoblast-like cells)加入上述每個孔中，並於37℃的環境下培養7天，之後，進行MTT分析法測試細胞活性，並以ELISA分光光度計(ELISA reader scanning multi-well spectrophotometer；廠牌為BIOTEK；型號為POWERWAVE XS)在波長570 nm下量測其吸光值。吸光值愈高，代表存在於其上的細胞量愈多。
5.骨鈣素生成測試：
將製備例3及4的複合物及實施例1至2及比較例1至2的骨填補材分別置於一96-孔盤培養盤的不同孔中，並分別加入15μL且由重量比值為0.22的水與半水硫酸鈣所組成的混合物，待其固化後，以紫外光殺菌備用。
將比較例3及4的漿料分別置於一96-孔盤培養盤的不同孔中，接著，待其固化後，以紫外光殺菌備用。
將1x104個類人體骨母細胞加入上述每個孔中，並於37℃的環境下培養7天，接著，使用骨鈣素免疫分析試劑盒，並以ELISA分光光度計在波長450nm下量測其吸光值，並由該吸光值換算骨鈣素濃度。
依據表1的實驗數據可知，當纖維狀填充物的平均長度範圍為3.5mm至6.8mm時，該纖維狀填充物具有較合適的抗彎強度。且相較於比較例3僅單純使用礦物質或比較例4使用無多孔結構的膠原蛋白，不論本發明纖維狀填充物是膠原蛋白或幾丁聚醣，由於纖維狀填充物中的纖維相互糾結形成多孔結構，使細胞可以貼附生長的面積增加，且形成一個與生物體環境相似的立體結構，使得細胞活性會表現的比在平面結構的纖維狀填充物上生長來的好。
依據表2的實驗數據可知，當該水的使用量範圍為18.03wt%至23.08wt%時，所製得的多孔性硬質殼體具有較合適的抗壓強度(38.7MPa至45.6MPa)。
依據表3的實驗數據可知，要使得該多孔性硬質殼體具有至少16Mpa的抗壓強度，則以該多孔性硬質殼體的總體積為100vol%計，該多孔性硬質殼體的孔隙度範圍為5vol%至小於50vol%，且該孔隙的平均口徑範圍為150μm至小於300μm。或者，以該多孔性硬質殼體的總體積為 100vol%計，該多孔性硬質殼體的孔隙度範圍為5vol%至小於30vol%，且該孔隙的平均口徑範圍為300μm至小於500μm。其中，當孔隙度為0vol%時，雖可使該多孔性硬質殼體有很好的抗壓強度，但無法提供生物體的體液進入，導致細胞生長情形不佳。
依據表4的實驗數據可知，相較於未使用多孔性硬質殼體的骨填補材，本發明該多孔性骨填補材使用多孔性硬質殼體，可提升該多孔性骨填補材的機械強度，且保護該纖維狀填充物，避免該纖維狀填充物被生物體的體液沖刷。同時，使用多孔性硬質殼體可有效地提升多孔性骨填補材的細胞活性及提高骨鈣素的生成。
綜上所述，透過多孔性硬質殼體的結構設計，使得該多孔性骨填補材具有較佳機械強度，可支撐骨缺損部位所承受的壓力，避免二次傷害。且該多孔性骨填補材具有多孔性，可提供一合適於骨骼細胞貼附並生長的環境，繼而提升骨骼細胞生長量。再者，該多孔性骨填補材中的多孔性硬質殼體具有保護該纖維狀填充物的功能，可避免該纖維狀填充物被生物體的體液沖刷，繼而使得該纖維狀填充物變得鬆散、位移或流失，導致失去做為骨骼細胞貼附並生長的模板效果，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (14)

  1. 一種多孔性骨填補材，包含：一可被吸收代謝的多孔性硬質殼體，界定出一內部空間，且該多孔性硬質殼體是由一包括硫酸鈣的混合物所形成；及一設置於該內部空間中的纖維狀填充物，且該纖維狀填充物包括至少一種由下列群組所組成的聚合物：聚醣類、聚醣類衍生物、聚胜肽類、聚胜肽類衍生物、聚乳酸、聚乙醇酸、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚己內酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚甘醇酸，或上述之聚合物的共聚物。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之多孔性骨填補材，其中，以該多孔性硬質殼體的總體積為100vol%計，該多孔性硬質殼體的孔隙度範圍為5vol%至小於50vol%。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述之多孔性骨填補材，其中，該多孔性硬質殼體的孔隙的平均口徑範圍為150μm至小於500μm。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之多孔性骨填補材，其中，該多孔性硬質殼體具有一橫截面，且該多孔性硬質殼體的厚度為該橫截面的等效直徑的11.5%至17.5%。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之多孔性骨填補材，其中，該混合物還包括水。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述之多孔性骨填補材，其中，以該混合物的總量為100wt%計，該水的使用量範圍為 18wt%至23.1wt%。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述之多孔性骨填補材，其中，該聚醣類是擇自於幾丁聚醣、纖維素、海藻酸，或此等一組合。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述之多孔性骨填補材，其中，該聚胜肽類衍生物是擇自於明膠、膠原蛋白、膠原蛋白衍生物，或此等一組合。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述之多孔性骨填補材，還包含一設置於該內部空間的陶瓷材料。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述之多孔性骨填補材，其中，該陶瓷材料是形成在該纖維狀填充物的表面。
  11. 根據申請專利範圍第10項所述之多孔性骨填補材，其中，該纖維狀填充物包括複數條纖維，且該等纖維彼此糾結，形成多孔結構。
  12. 根據申請專利範圍第1項或第10項所述之多孔性骨填補材，其中，該纖維狀填充物的平均長度範圍為3.5mm至7mm。
  13. 根據申請專利範圍第9項所述之多孔性骨填補材，其中，該陶瓷材料包括至少一種由下列群組所組成的陶瓷材料：磷酸鈣鹽類及生物玻璃。
  14. 根據申請專利範圍第13項所述之多孔性骨填補材，其中，該磷酸鈣鹽類包括至少一種由下列群組所組成的磷酸鈣鹽：CaHPO4‧2H2O、CaHPO4、Ca(H2PO4)2、Ca(H2PO4)2‧H2O、分子式為Ca10(PO4)6(OH)2的磷酸鈣 鹽、分子式為Ca10(PO4)6(F)2的磷酸鈣鹽、分子式為Ca8(HPO4)2(PO4)4‧5H2O的磷酸鈣鹽、分子式為Ca4(PO4)2O的磷酸鈣鹽，及分子式為Ca3(PO4)2的磷酸鈣鹽。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105411725B (zh) * 2015-12-14 2018-04-20 宋占涛 一种具有多维通道结构的骨修复材料制备方法
WO2018170185A1 (en) * 2017-03-14 2018-09-20 National Taiwan University Composition material and method for free forming bone substitute
TWI650144B (zh) * 2018-03-14 2019-02-11 國立臺灣大學 骨替代物的自由成形方法及其所用之複合材料
CN108421088B (zh) * 2018-04-19 2021-06-11 奥精医疗科技股份有限公司 一种矿化胶原基中等强度人工骨修复材料及其制备方法
CN108793845A (zh) * 2018-07-05 2018-11-13 叶露穗 一种磷酸钙生物活性陶瓷及其制备方法
US11369473B2 (en) 2019-04-08 2022-06-28 Loubert S. Suddaby Extended release immunomodulatory implant to facilitate bone morphogenesis
US11779683B2 (en) 2019-04-08 2023-10-10 Loubert S. Suddaby Extended release immunomodulatory implant to facilitate bone morphogenesis
CN112545713A (zh) * 2020-11-23 2021-03-26 天衍医疗器材有限公司 一种骨填充假体及其制备工艺

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7514249B2 (en) 2002-04-18 2009-04-07 The University Of Florida Research Foundation, Inc. Biomimetic organic/inorganic composites
US7066962B2 (en) * 2002-07-23 2006-06-27 Porex Surgical, Inc. Composite surgical implant made from macroporous synthetic resin and bioglass particles
US20040156878A1 (en) * 2003-02-11 2004-08-12 Alireza Rezania Implantable medical device seeded with mammalian cells and methods of treatment
US7857853B2 (en) * 2005-04-29 2010-12-28 Sdgi Holdings, Inc Synthetic loadbearing collagen-mineral composites useful for spinal implants, and methods of manufacture
US7718616B2 (en) * 2006-12-21 2010-05-18 Zimmer Orthobiologics, Inc. Bone growth particles and osteoinductive composition thereof
CN102113965B (zh) * 2009-12-31 2013-01-09 远东新世纪股份有限公司 多孔性骨水泥
ITMI20102070A1 (it) * 2010-11-08 2012-05-09 Consiglio Nazionale Ricerche Impianti per sostituzioni ossee "load bearing" ad architettura gerarchicamente organizzata derivante dalla trasformazione di strutture vegetali
EP2458044A1 (en) 2010-11-24 2012-05-30 SpinPlant GmbH Product containing nanocrystals and method for producing the same

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