CN101816807B - 一种用于个性化治疗的骨修复材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能满足个性化治疗的骨修复材料，该材料由磷酸类钙盐、α-半水硫酸钙、增强纤维制成的固相材料和选自柠檬酸、磷酸钠、磷酸氢钠、去离子水、生理盐水、病人的血液中的一种或多种制成的液相材料制备而成，固相和液相的体积比为5~10∶1，能促进骨缺损的再生，能根据病人的实际需求预加工成各种各样复杂的形状和尺寸，以满足临床个性化治疗或整形的手术需求。

Description

一种用于个性化治疗的骨修复材料

技术领域

本发明属于医疗器械领域。更确切地说，本发明涉及一种能满足个性化治疗的骨修复材料。

技术背景

随着骨缺损、骨肿瘤病例的增多，替代型或修复型骨修复材料被更广泛地应用于骨科临床，由于人骨骼的不规则性，常常遇到植入物与患区骨骼不匹配，须临时对植入物进行塑型、拼对，且塑型的植入物难以获得满意的形状，仍与患区匹配不佳，同时延长了手术时间，从而影响了手术效果。若术前能针对不同的患者定制手术所需骨修复材料，不仅使植入物与患区获得良好的匹配，而且缩短了手术时间。

随着材料学和计算机辅助工程学的迅速发展，植入物的加工工艺越来越精细，并使得个体化的设计、制造普及成为可能。但是现存用于个性化治疗的植入物几乎全是永久性替代型金属材料，不具备再生修复性能。各种促进骨缺损再生的材料缺乏个体匹配性。病人对于骨缺损不再仅仅满足于促进愈合、减轻痛苦，也需要考虑愈合期和愈合后的美观，对于畸形矫正、整容等手术治疗更是如此，尤其是在颌面部、头颅等部位的骨头缺损，常常缺损的形状复杂，尺寸也因人或年龄而不同，因此需要材料能够制备成各种各样的复杂满意的形状，与患区匹配，同时材料能在修复周期内能维持应有的形状，具备可降解性，能促进骨的再生，新生骨具备按照材料的预设形状生长，能最大限度的恢复到正常尺寸，提高术后美观。

本发明是在保持材料良好生物相容性上，开发出了一种能满足个性化治疗的骨修复材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能满足个性化治疗的骨修复材料。

本发明的骨修复材料

由磷酸类钙盐、α-半水硫酸钙(calcium sulfate hemihydrate，α-CSH)、增强纤维制成的固相材料和选自柠檬酸、磷酸钠、磷酸氢钠、去离子水、生理盐水、病人的血液制成的液相材料制备而成，固相和液相的体积比为5~10∶1。

其中，固相材料由磷酸类钙盐、α-半水硫酸钙(calcium sulfate hemihydrate，α-CSH)、增强纤维制成，质量比为(6-9.5)∶(0.5-4)∶(0-2)。

所述磷酸类钙盐选自：二水磷酸氢钙(Dicalcium phosphate dihydrate，DCPD)、无定形磷酸钙(Amorphous calcium phosphate，ACP)、α-磷酸三钙(α-Tricalcium phosphate，α-TCP)、β-磷酸三钙(β-Tricalcium phosphate，β-TCP)、磷酸四钙(Tetracalciumphosphate，TTCP)、羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)、无水磷酸二钙(Dicalcium phosphateanhydrous，DCPA)、磷酸八钙(Octacalcium phosphate，OCP)、一水磷酸一钙(Monocalciumphosphate monohydrate，MCPM)中的一种或者多种。

优选的磷酸类钙盐由上述钙盐中的四种以上组合而成。磷酸类钙盐由上述钙盐中的四种组合而成。

优选的磷酸类钙盐由ACP，TTCP，β-TCP和HA组成，且质量分数范围分别为1％-5％，40-45％，35-41％，10-20％；

或者由TTCP，DCPD，α-TCP和HA组成，且质量分数范围分别为15-20％，4-10％，70-75％，10-20％。

增强纤维选自：医用玻璃纤维，碳纤维，胶原纤维中的一种或多种。

液相选自：柠檬酸、磷酸钠、磷酸氢钠、去离子水、生理盐水、取自病人的血液中的一种或多种混合溶液。

本发明所述骨修复材料可通过以下方法制备而成：根据需要的形状制造模具，将磷酸类钙盐、α-CSH和增强纤维混合得到固相，配制液相，将固相和液相混合制备成糊状骨修复材料，注入模具，得到固化成型的骨修复材料。

优选的制备方法如下：

(1)先用CT扫描病人的患处，重建患处的三维图像，确定修复患处所需的骨修复材料预加工成型的形状和尺寸，然后按照缺损尺寸的大小采用快速成型技术制造出精确尺寸的模具；

(2)按照一定的比例称取磷酸类钙盐、α-CSH和增强纤维，混合均匀得到固相混合物；配置一定浓度的液相溶液；

(3)将固相和液相混合并快速搅拌均匀，制备糊状骨修复材料。固相和液相的比例范围为(5~10)∶1

(4)将糊状骨修复材料迅速加入到步骤(1)模具，固化成型，去掉模具。

(5)灭菌，封装。

其中，步骤(2)中磷酸类钙盐、α-CSH、增强纤维的质量比例范围分别为(6-9.5)∶(0.5-4)∶(0-2)。

步骤(3)中液相溶液的浓度范围0.01-1mol/ml。

本发明中，骨修复材料不仅能预制备成各种各样复杂的形状和尺寸以满足临床个性化治疗或整形的手术需求，还能够能够制备成简单形状的骨修复材料，如颗粒、各种形状的块体、棒状，圆饼状、柱状等。所述制法如下：

(1)制造精确尺寸的模具；

(2)称取磷酸类钙盐、α-CSH和增强纤维，混合均匀得到固相混合物，其中磷酸类钙盐、α-CSH、增强纤维的质量比例范围分别为6-9.5∶0.5-4∶0-2；

(3)配置成浓度范围0.01-1mol/ml的液相溶液；

(4)将固相和液相混合并快速搅拌均匀，制备糊状骨修复材料，固相和液相的比例范围为5~10∶1；

(5)将糊状骨修复材料迅速加入到步骤(1)模具，固化成型；

(6)灭菌，封装。

本发明最优选的制备方法在实施例中。

本发明中，骨修复材料在个性化治疗时，需要先用CT扫描病人的患处，重建患处的三维图像，可准确测定人体骨骼病变部位的范围及大小，构建出个体化植入物的大小、形状、安放位置及固定方式。然后，按照缺损尺寸的大小采用快速成型技术制造出精确尺寸的磨具，然后向磨具中加入配制好的骨修复材料，待材料固化成型后，进行灭菌，最后移植到病人的缺损部位。

本发明中，骨修复材料在缺损修复周期内能维持应有的形状，同时具备良好的生物相容性，能促进骨的再生，新生骨具备按照材料的预设形状生长，能最大限度的恢复到正常尺寸，提高术后美观。

本发明中，骨修复材料能在体温下自固化，固化时间在30分钟至12小时，比可注射骨的固化时间要长，但是固化时间能根据加工工艺进行调整。材料完全固化后接近或达到皮质骨的强度。

综上所述，本发明的骨修复材料具有固化时间可调控，可塑性性好，可降解，能促进骨缺损的再生，稳定性好，安全性高，能根据病人的实际需求预加工成各种各样复杂的形状和尺寸，以满足临床个性化治疗或整形的手术需求等诸多特点。

具体实施方式

下面将结合实施例进一步说明本发明的骨修复材料，但不作为本发明的限制。

实施例1个性化治疗的高强度骨修复材料的制备

(1)、先用CT扫描病人的患处，重建患处的三维图像，确定修复患处所需的骨修复材料的形状和尺寸，然后按照尺寸的大小采用快速成型技术制造出精确尺寸的模具。

(2)、按照8∶1.5∶0.5比例配制磷酸类钙盐、α-CSH、医用玻璃纤维混合均匀得到固相混合物。其中磷酸类钙盐由ACP，TTCP，β-TCP和HA四种盐构成，且质量分数范围分别为1％-5％，40-45％，35-41％，10-20％。

(3)、配制0.01mol/ml的磷酸钠的液相。

(4)、将固相和液相混合并快速搅拌均匀，制备得到可注射骨。固相和液相的比例为5∶1

(5)将糊状骨修复材料迅速加入到步骤(1)模具，固化成型。

(6)灭菌，封装。

实施例2个性化治疗的骨修复材料的制备

(1)、先用CT扫描病人的患处，重建患处的三维图像，确定修复患处所需的骨修复材料的形状和尺寸，然后按照尺寸的大小采用快速成型技术制造出精确尺寸的模具。

(2)、按照9.5∶0.5的比例配制磷酸类钙盐和α-CSH混合均匀得到固相混合物。其中磷酸类钙盐由ACP，TTCP，β-TCP和HA四种盐构成，且质量分数范围分别为1％-5％，40-45％，35-41％，10-20％。

(3)、配制0.01mol/ml的柠檬酸的液相。

(4)、将固相和液相混合并快速搅拌均匀，制备得到可注射骨。固相和液相的比例为5∶1

(5)将糊状骨修复材料迅速加入到步骤(1)模具，固化成型。

(6)灭菌，封装。

实施例3饼状骨修复材料的制备

(1)制造精确尺寸的饼状模具。

(2)按照一定的比例称取磷酸类钙盐、α-CSH和碳纤维，混合均匀得到固相混合物，磷酸类钙盐、α-CSH、增强纤维的质量比例范围分别为(6-9.5)∶(0.5-4)∶(0-2)。其中磷酸类钙盐由TTCP，DCPD，α-TCP和HA四种盐构成，且质量分数范围分别为15-20％，4-10％，70-75％，10-20％。

(3)配制0.1mol/ml的磷酸氢钠的液相。

(4)将固相和液相混合并快速搅拌均匀，制备糊状骨修复材料。固相和液相的比例范围为5~10∶1。

(5)将糊状骨修复材料迅速加入到步骤(1)模具，固化成型。

(6)灭菌，封装。

实施例4个性化治疗的高强度骨修复材料

(1)、先用CT扫描病人的患处，重建患处的三维图像，确定修复患处所需的骨修复材料的形状和尺寸，然后按照尺寸的大小采用快速成型技术制造出精确尺寸的模具。

(2)、按照6∶0.5∶0.5比例配制磷酸类钙盐、α-CSH、医用玻璃纤维混合均匀得到固相混合物。其中磷酸类钙盐由ACP，TTCP，β-TCP和HA四种盐构成，且质量分数范围分别为1％-5％，40-45％，35-41％，10-20％。

(3)、配制0.01mol/ml的去离子水的液相。

(4)、将固相和液相混合并快速搅拌均匀，制备得到可注射骨。固相和液相的比例为5∶1

(5)将糊状骨修复材料迅速加入到步骤(1)模具，固化成型。

(6)灭菌，封装。

实施例5个性化治疗的高强度骨修复材料

(1)、先用CT扫描病人的患处，重建患处的三维图像，确定修复患处所需的骨修复材料的形状和尺寸，然后按照尺寸的大小采用快速成型技术制造出精确尺寸的模具。

(2)、按照9.5∶4∶2比例配制磷酸类钙盐、α-CSH、医用玻璃纤维混合均匀得到固相混合物。其中磷酸类钙盐由ACP，TTCP，β-TCP和HA四种盐构成，且质量分数范围分别为1％-5％，40-45％，35-41％，10-20％。

(3)、配制1mol/ml的磷酸钠的液相。

(4)、将固相和液相混合并快速搅拌均匀，制备得到可注射骨。固相和液相的比例为10∶1

(5)将糊状骨修复材料迅速加入到步骤(1)模具，固化成型。

(6)灭菌，封装。

Claims (8)

1.一种用于个性化治疗的骨修复材料，由磷酸类钙盐，α-半水硫酸钙和增强纤维制成的固相材料和选自柠檬酸、磷酸钠、磷酸氢钠、去离子水、生理盐水、病人的血液制成的液相材料制备而成，固相和液相的体积比为5～10：1，固相材料磷酸类钙盐，α-半水硫酸钙，增强纤维的质量比为6-9.5:0.5-4:0-2，所述磷酸类钙盐选自：二水磷酸氢钙、无定形磷酸钙、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、磷酸四钙、羟基磷灰石、无水磷酸二钙、磷酸八钙、一水磷酸一钙中的一种或者多种，所述增强纤维选自：医用玻璃纤维，碳纤维，胶原纤维中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的骨修复材料，其特征在于，所述磷酸类钙盐由钙盐中的四种组合而成，由无定形磷酸钙，磷酸四钙，β-磷酸三钙和羟基磷灰石组成，且质量分数范围分别为1%-5%,40-45%,35-41%,10-20%；或者由磷酸四钙,二水磷酸氢钙,α-磷酸三钙和羟基磷灰石组成，且质量分数范围分别为15-20%,4-10%,70-75%，10-20%，各组分质量分数之和为100%。

3.根据权利要求1所述的骨修复材料，其特征在于，可制成任何形状。

4.权利要求1所述的骨修复材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：根据需要的形状制造相应的精密的模具，将磷酸类钙盐、α-半水硫酸钙和增强纤维混合得到固相，配制液相，将固相和液相混合制备成糊状骨修复材料，注入模具，得到固化成型的骨修复材料。

5.权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤如下：

（1）先用CT扫描病人的患处，重建患处的三维图像，确定修复患处所需的骨修复材料预加工成型的形状和尺寸，然后按照缺损尺寸的大小采用快速成型技术制造出精确尺寸的模具；

（2）按照一定的比例称取磷酸类钙盐、α-半水硫酸钙和增强纤维，混合均匀得到固相混合物；其中磷酸类钙盐、α-半水硫酸钙、增强纤维的质量比例范围分别为6-9.5:0.5-4:0-2；

（3）配置一定浓度的液相溶液，浓度范围0.01-1mol/mL；

（4）将固相和液相混合并快速搅拌均匀，制备糊状骨修复材料，固相和液相的体积比为5～10：1；

（5）将糊状骨修复材料迅速加入到步骤（1）模具，固化成型；

（6）灭菌，封装。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤如下：

（1）、先用CT扫描病人的患处，重建患处的三维图像，确定修复患处所需的骨修复材料的形状和尺寸，然后按照尺寸的大小采用快速成型技术制造出精确尺寸的模具；

(2)、按照8：1.5：0.5比例配制磷酸类钙盐、α-半水硫酸钙、医用玻璃纤维混合均匀得到固相混合物；其中磷酸类钙盐由无定形磷酸钙，磷酸四钙，β-磷酸三钙和羟基磷灰石四种盐构成，且质量分数范围分别为1%-5%,40-45%,35-41%,10-20%，各组分质量分数之和为100%；

（3）、配制0.01mol/m L的磷酸钠的液相；

（4）、将固相和液相混合并快速搅拌均匀，制备得到可注射骨，固相和液相的体积比为5：1；

（5）将糊状骨修复材料迅速加入到步骤（1）模具，固化成型；

（6）灭菌，封装。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，固化成型的骨修复材料的也能加工成颗粒、块状、棒状、圆饼状、柱状。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，制备方法如下：

（1）制造精确尺寸的模具；

（2）称取磷酸类钙盐、α-半水硫酸钙和增强纤维，混合均匀得到固相混合物，其中磷酸类钙盐、α-半水硫酸钙、增强纤维的质量比例范围分别为6-9.5:0.5-4:0-2；

（3）配置成浓度范围0.01-1mol/mL的液相溶液；

（4）将固相和液相混合并快速搅拌均匀，制备糊状骨修复材料，固相和液相的体积比为5～10：1；

（5）将糊状骨修复材料迅速加入到步骤（1）模具，固化成型；

（6）灭菌，封装。