專利名稱：用于人體骨缺損修復(fù)的材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域的材料及其制備方法，具體是一 種用于人體骨缺損修復(fù)的材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于創(chuàng)傷、先天性畸形或先天性疾病、腫瘤切除、感染以及骨質(zhì)疏松性骨折 等所引致的骨缺損是導(dǎo)致人體傷殘的重要原因之一，也是矯形外科、顱頜面外科 和整形外科等諸多學(xué)科共同面臨的難題。對(duì)骨缺損進(jìn)行修復(fù)和重建的目的是盡可 能迅速、完全地恢復(fù)骨的生理結(jié)構(gòu)和功能。
目前，對(duì)骨缺損修復(fù)常采用自體骨移植、異體骨移植、生物材料植入等方法。 自體骨移植是臨床常用的、成功率也較高的修復(fù)骨缺損的方法，但病人自身的骨
組織來(lái)源有限，不能有效地解決供體不足的問題。而且，其最大缺陷是造成繼發(fā) 性骨缺損，患者要遭受二次手術(shù)，增加了對(duì)機(jī)體的創(chuàng)傷，同時(shí)供區(qū)易發(fā)生疼痛和 感染等并發(fā)癥。異體骨移植也是相對(duì)理想的方法，但是，也存在來(lái)源困難，以及 不同個(gè)體帶來(lái)傳染性疾病(如HIV病毒、肝炎病毒等)和免疫反應(yīng)等一系列不
容忽視的問題。兩者的共同缺點(diǎn)是移植骨的可塑性較差，而臨床上骨缺損的形狀 各式各樣，差異很大，所以，移植骨很難與缺損區(qū)的解剖形狀較好的配合，從而 影響日后的美觀和功能。因而，自體骨和異體骨移植的臨床應(yīng)用受到很大限制。 采用骨組織工程生物材料替代自體骨移植和異體骨移植來(lái)修復(fù)骨缺損具有無(wú)可 比擬的優(yōu)勢(shì)，也是骨缺損修復(fù)研究的重點(diǎn)。
理想的骨缺損修復(fù)材料應(yīng)該具有以下特性良好的生物相容性；足夠的力學(xué) 性能和良好的生物力學(xué)適應(yīng)性；骨傳導(dǎo)性；骨誘導(dǎo)性；提供成骨細(xì)胞，直接成骨； 良好的材料一骨組織界面；可塑形。目前臨床應(yīng)用的骨修復(fù)材料中沒有一種能符 合上述全部條件，只是具備上述條件中的一部份，現(xiàn)階段急需一種解決上述問題 的用于修復(fù)骨缺損的材料。
在骨組織工程中，支架材料的作用實(shí)質(zhì)是為種子細(xì)胞提供類似體內(nèi)的生存環(huán) 境，即起細(xì)胞基質(zhì)作用。傳統(tǒng)的對(duì)支架材料的選擇是尋找性能長(zhǎng)期保持不變的"惰"性材料。然而隨著材料科學(xué)和醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)到這種選擇總會(huì)產(chǎn) 生細(xì)胞與材料之間的免疫排斥作用，于是，人們把眼光轉(zhuǎn)向?qū)M織或細(xì)胞有促進(jìn) 自身生長(zhǎng)、分化和增殖，與機(jī)體能相互"良性互動(dòng)"的材料。這種材料一方面要有 良好的物理化學(xué)性能，如易于加工成三維多孔支架，有合適的力學(xué)性能等等；另 一方面，也要有好的生物學(xué)性能，如組織和血液的相容性、低毒或無(wú)毒，具有與 骨結(jié)合的生物活性等等。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，GogolewskiS.在《Injury》2000年第31期 28—32頁(yè)上發(fā)表的"Bioresorbable polymers in trauma and bone surgery"(生物可降 解性聚合物在創(chuàng)傷和骨科中的應(yīng)用)，該文通過(guò)控制聚合物材料的降解速度使之 與新骨的替代同時(shí)進(jìn)行，以完成缺損的修復(fù)，但其尚未解決可降解性與強(qiáng)度不足 的矛盾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種用于人體骨缺損修復(fù)的材料 及其制備方法，將纖維多孔鈦微球與納米鍶磷灰石復(fù)合后引入骨缺損的修復(fù)，本
發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單，制備所得的材料生物相容性好、具有骨傳導(dǎo)性和誘導(dǎo)性，良 好的即時(shí)穩(wěn)定性。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明涉及用于人體骨缺損修復(fù)的材料
包括纖維多孔鈦微球和納米鍶磷灰石層，其中納米鍶磷灰石層包裹纖維多孔 鈦微球。
所述的纖維多孔鈦微球的平均直徑為l-2mm，孔徑分布為100—800iam，孔 隙率為80.0±2.0%，孔隙之間相互連通，該纖維多孔鈦微球由純鈦纖維制成。
所述的納米鍶磷灰石層的組分及其質(zhì)量百分比分別為66.46%納米鍶磷灰 石(Sr1()(P04)6(OH)2)、 0.299%氯化鈉和33.24%的蒸餾水。
所述的納米鍶磷灰石純度為99.99%。
本發(fā)明涉及用于人體骨缺損修復(fù)的材料及其制備方法，包括以下步驟 第一步、制備纖維多孔鈦微球?qū)⒓冣伬w維隨機(jī)纏繞并整形制成纖維多孔鈦 微球，再用蒸餾水超聲波清洗纖維多孔鈦微球10分鐘并高溫高壓消毒備用。 所述的純鈦纖維的直徑為50-100|am。
所述的纖維多孔鈦微球的平均直徑設(shè)計(jì)在l-2mm，孔徑分布為100—800pm，
4孔隙率為80.0±2.0%;
所述的蒸餾水為三次蒸餾后的蒸餾水。
第二步、將納米鍶磷灰石通過(guò)蒸餾水超聲波清洗10分鐘并高溫高壓消毒， 再將納米鍶磷灰石與生理鹽水調(diào)和均勻；
所述的納米鍶磷灰石的純度為99.99%，用量為5g。
所述的生理鹽水是指質(zhì)量百分比濃度為0.9%的氯化鈉溶液，用量為2.5mL。
第三步、將纖維多孔鈦微球浸漬在納米鍶磷灰石與生理鹽水的混合液中20 40分鐘保證浸漬充分，即制成用于人體骨缺損修復(fù)的材料。
本發(fā)明可以靈活地對(duì)纖維多孔鈦微球的孔隙率、孔徑大小與分布、滲透性能、 機(jī)械強(qiáng)度及微球本身的體積大小進(jìn)行合理的匹配與設(shè)計(jì)；其氣孔均為貫通性的微 孔；具有良好的透過(guò)性、滲透性；還具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度能支持生理壓力的需要； 與人體骨骼相匹配的彈性模量能消除或減輕應(yīng)力屏蔽。本發(fā)明制備所得的用于人 體骨缺損修復(fù)的材料的孔隙率78.0~82.0%，孔隙相互連通，抗壓強(qiáng)度 15.0~16.0MPa、彈性模量0.卯 1.20GPa。


圖1為纖維多孔鈦微球示意圖； 圖2為實(shí)施例實(shí)際效果示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下 進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限 于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1制備直徑lmm的人體骨缺損修復(fù)的材料，具體步驟如下
第一步、將直徑為50nm純鈦纖維隨機(jī)纏繞、整形，制備成具有不規(guī)則三維 連通孔的纖維多孔鈦微球，微球直徑為lmm，其孔隙率為78.0%，孔徑分布為 100—500nm，孔隙之間相互連通，如圖1所示，將纖維多孔鈦微球用蒸餾水超 聲波清洗10分鐘，高溫高壓消毒備用；
所述的纖維多孔鈦微球的抗壓強(qiáng)度為16.0MPa，彈性模量為1.20GPa;
第二步、將純度為99.99%的5g納米鍶磷灰石用蒸餾水超聲波清洗10分鐘， 經(jīng)高溫高壓消毒后與2.5mL濃度為0.9%的生理鹽水調(diào)和均勻；
5第三步、將纖維多孔鈦微球浸漬在納米鍶磷灰石與生理鹽水的混合液中20 分鐘，保證浸漬充分，即制成用于人體骨缺損修復(fù)的材料。
實(shí)施例2制備直徑2mm的人體骨缺損修復(fù)的材料，具體步驟如下
第一步、將直徑為80pm純鈦纖維隨機(jī)纏繞、整形，制備成具有不規(guī)則三維 連通孔的纖維多孔鈦微球，微球直徑為2mm，其孔隙率為80.0%，孔徑分布為 100—600pm，孔隙之間相互連通，如圖1所示，將其用蒸餾水超聲波清洗10分 鐘，高溫高壓消毒備用；
所述的纖維多孔鈦微球的抗壓強(qiáng)度為15.6MPa，彈性模量為1.05GPa;
第二步、將純度為99.99%的5g納米鍶磷灰石用蒸餾水超聲波清洗10分鐘， 再經(jīng)高溫高壓消毒后與2.5mL濃度為0.9%的生理鹽水調(diào)和均勻；
第三步、將纖維多孔鈦微球浸漬在納米鍶磷灰石與生理鹽水的混合液中30 分鐘，保證浸漬充分，即制成用于人體骨缺損修復(fù)的材料。
實(shí)施例3制備直徑1.5mm的人體骨缺損修復(fù)的材料，具體步驟如下
第一步、將直徑為100pm純鈦纖維隨機(jī)纏繞、整形，制備成具有不規(guī)則三 維連通孔的纖維多孔鈦微球，微球直徑為1.5mm，其孔隙率為82.0%，孔徑分布 為100—800nm，孔隙之間相互連通，如圖1所示，將其用蒸餾水超聲波清洗10 分鐘，高溫高壓消毒備用。
所述的纖維多孔鈦微球的抗壓強(qiáng)度為15.0MPa，彈性模量為0.90GPa;
第二步、將純度為99.99%的5g納米鍶磷灰石用蒸餾水超聲波清洗10分鐘， 再經(jīng)高溫高壓消毒后與2.5mL濃度為0.9%生理鹽水調(diào)和均勻；
第三步、將纖維多孔鈦微球浸漬在納米鍶磷灰石與生理鹽水的混合液中40 分鐘，保證浸漬充分，即制成用于人體骨缺損修復(fù)的材料。
如圖2所示，為上述實(shí)施例用于修復(fù)骨缺損示意圖，如圖所示纖維多孔鈦微 球經(jīng)過(guò)超聲清洗和高溫高壓消毒以后并不引起植入部位的炎性反應(yīng)，表明材料的 制備過(guò)程沒有影響鈦的生物相容性，與納米鍶磷灰石復(fù)合后可明顯提高其骨缺損 修復(fù)能力。
纖維多孔鈦微球與納米鍶磷灰石復(fù)合修復(fù)骨缺損，能在保持原有纖維多孔材 料特性的基礎(chǔ)上，促進(jìn)成骨細(xì)胞的黏附、增殖與分化；更有效地誘導(dǎo)骨的形成， 增強(qiáng)骨整合和骨鍵合，上述實(shí)施例步驟簡(jiǎn)單便于操作，無(wú)需特殊設(shè)備即可實(shí)施。
權(quán)利要求
1、一種用于人體骨缺損修復(fù)的材料，其特征在于，該材料包括纖維多孔鈦微球和納米鍶磷灰石層，其中納米鍶磷灰石層包裹纖維多孔鈦微球，所述的纖維多孔鈦微球的平均直徑為1-2mm，孔徑分布為100-800μm，孔隙率為80.0±2.0％，孔隙之間相互連通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于人體骨缺損修復(fù)的材料，其特征是，所述的 纖維多孔鈦微球由純鈦纖維制成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于人體骨缺損修復(fù)的材料，其特征是，所 述的纖維多孔鈦微球的抗壓強(qiáng)度為15.0~16.0MPa，彈性模量0.90-1.20GPa。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于人體骨缺損修復(fù)的材料，其特征是，所述的 納米鍶磷灰石層的組分及其質(zhì)量百分比分別為66.46 %納米鍶磷灰石(Sr1()(P04)6(OH)2)、 0.299%氯化鈉和33.24%的蒸餾水。
5、 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于人體骨缺損修復(fù)的材料的制備方法，其 特征在于，包括以下步驟-第一步、制備纖維多孔鈦微球?qū)⒓冣伬w維隨機(jī)纏繞并整形制成纖維多孔鈦 微球，再用蒸餾水超聲波清洗纖維多孔鈦微球IO分鐘并高溫高壓消毒備用；第二步、將納米鍶磷灰石通過(guò)蒸餾水超聲波清洗10分鐘并高溫高壓消毒， 再將納米鍶磷灰石與生理鹽水調(diào)和均勻；第三步、將纖維多孔鈦微球浸漬在納米鍶磷灰石與生理鹽水的混合液中20 40分鐘保證浸漬充分，即制成用于人體骨缺損修復(fù)的材料。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于人體骨缺損修復(fù)的材料的制備方法，其特征 是，所述的純鈦纖維的直徑為50-100pm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于人體骨缺損修復(fù)的材料的制備方法，其特征 是，所述的纖維多孔鈦微球的平均直徑設(shè)計(jì)在l-2mm，孔徑分布為100-800^im, 孔隙率為80.0±2.0%。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于人體骨缺損修復(fù)的材料的制備方法，其特征 是，所述的蒸餾水為三次蒸餾后的蒸餾水。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于人體骨缺損修復(fù)的材料的制備方法，其特征 是，所述的生理鹽水是指質(zhì)量百分比濃度為0.9%的氯化鈉溶液，用量為2.5mL。
全文摘要
一種生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域的用于人體骨缺損修復(fù)的材料及其制備方法，該材料包括纖維多孔鈦微球和納米鍶磷灰石層，其中納米鍶磷灰石層包裹纖維多孔鈦微球，所述的纖維多孔鈦微球的平均直徑為1-2mm，孔徑分布為100-800μm，孔隙率為80.0±2.0％。本發(fā)明制備所得的用于人體骨缺損修復(fù)的材料的孔隙率80.0％±2.0％，孔隙相互連通，抗壓強(qiáng)度為15.0～16.0MPa、彈性模量0.90～1.20GPa。
文檔編號(hào)A61L27/06GK101584880SQ20091005374
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者國(guó) 何, 倪嘉樺, 萍 劉, 吳魯海, 楠 王, 郝勇強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)