CN107837419A

CN107837419A - 一种多孔羟基磷灰石

Info

Publication number: CN107837419A
Application number: CN201610834316.XA
Authority: CN
Inventors: 叶雷
Original assignee: Chongqing Runze Pharmaceutical Co Ltd
Current assignee: Chongqing Runze Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2018-03-27

Abstract

本发明公开了一种医用多孔羟基磷灰石，该多孔羟基磷灰石的材料本体由孔腔及围绕孔腔的腔壁构成，孔腔是贯通的，所述多孔羟基磷灰石的单位体积吸收能量在平台应力阶段结束时不小于1.08×10^‑5J/mm³，该种医用多孔羟基磷灰石具有良好的能量吸收能力，可满足人体骨组织长入的需求，用于承受载荷小的松质骨修复植入体，植入后骨再生效果好。

Description

一种多孔羟基磷灰石

技术领域

本发明涉及多孔材料，特别涉及一种用于医用植入材料的多孔羟基磷灰石。

背景技术

随着患有各类临床骨科疾病和创伤的病人数量日益增多，人们对骨组织修复材料的需求日益增大。羟基磷灰石与人体骨骼的无机质成分和晶体结构相似，具有优良生物活性和生物相容性，被认为是当前最具有代表性、研究最为活跃的生物活性陶瓷之一，可作为人体骨修复材料和骨组织工程支架材料，广泛应用于骨科、牙科和颅面修复等临床领域。多孔羟基磷灰石陶瓷，除了具有一般生物活性陶瓷优点外，由于自身具有多孔结构，因此更适合于人体骨缺损修复。多孔羟基磷灰石陶瓷内部存在的宏观和微观的贯通性孔隙结构能够促进骨组织的长入和骨组织之间交叉结合，从而形成更加稳固的植入体-骨界面。其次，多孔羟基磷灰石陶瓷孔隙结构不仅可为体液微循环、氧气和营养物质供给以及代谢产物排出提供良好微环境，还可作为装载、释放基因和药物的优良载体。此外，多孔羟基磷灰石陶瓷还能在骨组织重建和再生过程中充当骨组织工程支架材料。因此，多孔羟基磷灰石陶瓷作为一种性能优良骨修复和骨组织工程支架材料，在生物医学材料领域引起了世界各国研究者广泛关注。

人们对多孔羟基磷灰石开展了很多研究，如段祥等人采用胶晶模板法制备有序多孔羟基磷灰石，并通过X衍射分析，场发射扫描电镜分析等测试手段对材料的性能进行表征（段祥等，有序多孔羟基磷灰石的制备与性能表征，2007年上海市医用生物材料研讨会）；计陈红开展了多孔羟基磷灰石的生物活性和生物相容性研究(计陈红，多孔轻基磷灰石HA的电化学合成及形成机理，上海师范大学，2011)；王莉丽等开展了凝胶成型法制备多孔轻基磷灰石方法研究，并用体外模拟研究了轻基磷灰石的生物相容性，研究了强度和孔隙率的关系（王莉丽等，凝胶成型法制备多孔轻基磷灰石生物陶瓷及其性能研究，材料科学与工程学报 Feb.2006）；但是，这一系列研究成果制得的医用植入材料，实际应用效果始终不佳。目前，无论是文献报道的还是市场上所见的多孔羟基磷灰石医用植入材料，植入人体后，人体骨组织不能正常长入植入材料内，即这种植入材料不能实现骨组织再生，不能作为真正意义上的骨修复材料。

发明内容：

本发明的目的是提供一种有利于骨组织生长、骨修复效果好的医用植入再生材料—多孔羟基磷灰石材料。

发明人认为，作为骨植入再生材料，它即需要具有一定的抗冲击能力来避免结构崩溃，更重要的是它所具有的能量吸收性要更有利于骨组织的长入来满足骨修复材料应具有的真正的再生功能。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种多孔羟基磷灰石，该多孔羟基磷灰石的材料本体由孔腔及围绕孔腔的腔壁构成，孔腔是贯通的，其特征在于：所述多孔羟基磷灰石的孔隙率不大于90%，单位体积吸收能量在平台应力阶段结束时不小于1.08×10^-5 J/ mm³。这样的多孔羟基磷灰石作为骨植入件，特别有利于骨组织开始生长。在植入后，由于它具有较为恰当的能量吸收能力，有适当的缓冲效果，植入后能提供给骨组织初长入的良好生长环境，有利于骨组织再生，这种多孔羟基磷灰石适用于受力小的松质骨修复植入体。

进一步说，所述的多孔羟基磷灰石，其孔径为200μm-500μm，该种孔径有利于骨组织长入。

进一步说，所述的多孔羟基磷灰石，其开孔率与孔隙率的比值为96% 以上，保证了多孔羟基磷灰石孔是内外贯通的，有利于组织液流动，骨组织长入。

进一步说，所述的多孔羟基磷灰石为以羟基磷灰石为基材的复合材料。

进一步说，上述复合材料为多孔羟基磷灰石与二氧化锆、碳纤维、生物玻璃纤维、高分子纤维、聚乙丙交脂共聚物、聚醚醚酮、聚酰胺、超高分子量聚乙烯、聚乳酸或石墨烯的复合材料。复合材料即可增加其强韧性、能量吸收性能，又可促进细胞的粘附、分化。

本发明的有益效果：

本发明提供的多孔羟基磷灰石，由于对其能量吸收能力做了较好的选择，它不仅具有适当的缓冲效果，抗冲击能力，更重要的是它对骨组织的初生长、长入效果及骨组织的生长速度都有帮助。它能满足人体骨组织长入的需求，特别是受力小的松质骨修复植入体骨组织长入的需求，植入后的骨再生效果良好，是一种较为理想的骨修复材料。

本发明提供的多孔羟基磷灰石植入材料，其孔腔间相互贯通，孔腔与外界环境也是贯通的，这种结构的多孔羟基磷灰石特别有利于组织液的传输，骨组织的长入，作为植入体与人体骨组织结合牢固，生物相容性好，性能优良，是一种真正意义的骨再生材料。

由于人体骨组织经常处于运动中，作为骨植入材料植入人体后也会经常受到力的作用。而本发明提供的多孔羟基磷灰石植入材料，具有适宜的能量吸收能力，不仅具有良好的缓冲效果，较强的抗冲击能力，可避免外力造成植入体及骨组织损坏及结构崩溃，维持正常生理功能；而且它能将这些作用力传递至人体骨组织，刺激骨细胞生长，使得骨组织能长入植入体内，且生长状况良好，实现骨再生。

具体实施方式

以下将对本发明的具体实施方式作说明，实施方式以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施方式。

以下详细给出本发明的实施例。

实施例1：

本实施例的多孔羟基磷灰石，其孔腔与孔腔之间相互贯通，孔腔与外界也是贯通的，该多孔羟基磷灰石的孔腔的孔径为300μm-500μm，孔隙率为90%，制备方法如下：

（1）取粒径40nm-80nm的羟基磷灰石粉，聚乙烯醇PVA-1750、聚乙二醇PEG-800，蒸馏水，将其按照羟基磷灰石粉：聚乙烯醇PVA-1750：聚乙二醇PEG-800：蒸馏水重量比为45：6：3：46的比例配置，先将3%聚乙二醇PEG-800与39%的蒸馏水混合，然后逐渐加入羟基磷灰石粉45%，同时用恒温磁力搅拌器搅拌，直至没有气泡；将6%的聚乙烯醇PVA-1750与7%的蒸馏水混合，用超声波清洗器加热至90℃，然后加入上述羟基磷灰石粉浆料，继续搅拌1小时，再用超声分散30min。

（2）取孔径为450μm -650μm的聚氨酯泡沫，密度0. 0226g/cm³，用丙酮清洗，干燥后浸入羟基磷灰石粉浆料，用压轮均匀地将多余的浆料压出，在室温中干燥24h，放入干燥箱中在60℃干燥12h。

（3）将聚氨酯泡沫浸渍后的坯体放入微波真空烧结设备，设定电压220V，频率2.45GHz，以6℃/min的速度升温，加热至540℃时保温1h，然后以12℃/min的速度升温至1200℃，保温1.5小时，随炉冷却，即制得多孔羟基磷灰石。

本发明的孔隙率是指材料内部孔隙体积占其总体积的百分率。孔隙率按照直接体积称重法测得，先测量试样的质量，再测量试样的体积，根据试样的体积及试样材料致密体密度得出与试样的体积相当的致密体的质量，该质量与试样质量之差再除以与试样的体积相当的致密体的质量，然后乘以100%即为样品的孔隙率。测得所制得的多孔羟基磷灰石孔隙率为90%。

按GB/T5249-1985对上述多孔羟基磷灰石成品的孔径进行了测量，测得孔径为300μm-500μm。

按照GB/T5163-2006测试开孔率，根据该标准，试样完全浸润后所含油的体积除以试样的体积再乘以100%即为材料的开孔率，测试后再根据孔隙率进行计算，得出开孔率与孔隙率的比值为98.7%。说明孔腔内部及与外界是贯通的。

按照GB/T 1964-1996用Instron 8801试验机进行压缩试验，样品取Φ4mm×6mm，试验温度26℃，测得平台应力阶段结束时单位体积吸收能量值为1.1×10^-5J/mm³ ，本发明所述的单位体积吸收能量是指多孔材料压缩应力-应变曲线中从零到平台应力阶段结束时的区域积分所得的能量值。

将上述多孔羟基磷灰石制成Φ4×6mm大小的颗粒，经γ-射线消毒后密封包装，待用。

选取骨龄成熟的新西兰大白兔2只，雌雄不分，用3%戊巴比妥钠在腹腔注射麻醉动物，全麻后，剔除尾椎骨处毛发，切开尾椎骨外皮肤、皮下组织、肌肉，剥离骨膜，用牙科牙钻在尾椎骨上钻孔，分别将上述多孔羟基磷灰石颗粒塞入，一支兔塞一个，然后分层缝合。术毕肌注青霉素预防切口感染。术后12周、24周各处死1个，取下植入多孔羟基磷灰石的尾椎骨，尽量去除表面的软组织。将植入材料取出观察，多孔羟基磷灰石12周、24周均未出现裂纹、破损等缺陷，将试验材料固定、包埋、切片，片厚4μm，Goldner's三色染色法观察多孔材料内部新生骨情况。

观察结果表明，多孔羟基磷灰石术后12周骨组织长入植入体孔隙体积的4%，24周骨组织长入植入体孔隙体积的9% ，说明该多孔羟基磷灰石植入后能为尾椎骨骨组织初长入创造良好的生长环境。

实施例2

本实施例的多孔羟基磷灰石的孔腔与孔腔之间是贯通的，多孔羟基磷灰石的孔腔与外界也是贯通的，多孔羟基磷灰石的孔腔的孔径为300μm-500μm，孔隙率为56%，制备方法类似实施例1，其中浸浆操作时浸入7次。

参照实施例1同样的方法测试，得到该实施例中多孔羟基磷灰石平台应力阶段结束时单位体积吸收能量为0.2×10^-3 J/mm³，开孔率与孔隙率的比值为96.5%。

参照实施例1同样的方法进行新西兰大白兔植入试验，将多孔羟基磷灰石植入尾椎骨，结果表明，术后多孔羟基磷灰石未出现裂纹、破损等缺陷，术后12周骨组织长入70%，14周骨组织长入86% ，骨再生效果好。

该种多孔羟基磷灰石可用于载荷小的松质骨植入材料，如额骨、颧骨、颅骨、指骨等骨的松质骨较稀疏部位，还可用作装载、释放基因和药物的载体。

实施例3

本实施例的多孔羟基磷灰石为复合材料，添入氧化锆（ZrO₂），孔腔与孔腔之间是贯通的，多孔羟基磷灰石的孔腔与外界也是贯通的，多孔羟基磷灰石的孔腔的孔径为200μm-300μm，孔隙率为55%，制备方法类似实施例1，其中多孔羟基磷灰石粉改为多孔羟基磷灰石粉与氧化锆粉的混合物，其重量比羟基磷灰石粉：氧化锆粉为7: 3，氧化锆粉的粒径为20nm-30nm。聚氨酯泡沫孔径为270μm-390μm，密度为0.043g/cm³ ，浸浆操作时浸入7次。

参照实施例1同样的方法测试，得到该实施例中多孔羟基磷灰石平台应力阶段结束时单位体积吸收能量为0.9×10^-2J/mm³，开孔率与孔隙率的比值为96.1%。

参照实施例1同样的方法进行新西兰大白兔植入试验，将多孔羟基磷灰石植入额骨，结果表明，术后多孔羟基磷灰石未出现裂纹、破损等缺陷，术后12周骨组织长入79%，14周骨组织长入97%，骨再生效果好。

该种多孔羟基磷灰石复合材料可用于载荷小的松质骨植入材料，如额骨、颧骨、颅骨、指骨等骨的松质骨植入体。

羟基磷灰石还可与碳纤维、生物玻璃纤维、高分子纤维、聚乙丙交脂共聚物、聚醚醚酮、聚酰胺、超高分子量聚乙烯、聚乳酸、石墨烯或二氧化锆等材料复合，制备出多孔羟基磷灰石的复合材料，增加其强韧性，提高能量吸收性能，有助于骨长入，生物玻璃纤维、聚乳酸等可促进细胞的粘附、分化，加快骨长入速度。

Claims

1.一种多孔羟基磷灰石，该多孔羟基磷灰石的材料本体由孔腔及围绕孔腔的腔壁构成，孔腔是贯通的，其特征在于：所述多孔羟基磷灰石的孔隙率不大于90%，单位体积吸收能量在平台应力阶段结束时不小于1.08×10^-5 J/ mm³。

2.如权利要求1所述的多孔羟基磷灰石，其特征在于：所述多孔羟基磷灰石的孔径为200μm-500μm。

3.如权利要求1所述的多孔羟基磷灰石，其特征在于：所述多孔羟基磷灰石的开孔率与孔隙率的比值为96% 以上。

4.如权利要求1至3任一权利要求所述的多孔羟基磷灰石，其特征在于：所述多孔羟基磷灰石为以羟基磷灰石为基材的复合材料。

5.如权利要求4所述的多孔羟基磷灰石，其特征在于：所述复合材料为多孔羟基磷灰石与二氧化锆、碳纤维、生物玻璃纤维、高分子纤维、聚乙丙交脂共聚物、聚醚醚酮、聚酰胺、超高分子量聚乙烯、聚乳酸或石墨烯的复合材料。