專利名稱：α-半水硫酸鈣/β-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合人工骨的制備方法及其制備而成的產(chǎn)品，具體地說是利用水熱合成方法直接將(3-磷酸三鈣多孔顆粒合成為a-半水硫酸鈣/j3-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨，屬于醫(yī)用材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無機復(fù)合人工骨屬生物陶瓷材料范疇，在過去的50年里，生物陶瓷經(jīng)歷了長足的發(fā)展。最初的研究目標(biāo)是不具有生物活性，且與機體具有最低交互作用的材料。這些生物陶瓷被稱作第一代生物材料。第二代生物陶瓷材料的研究開始于二十世紀(jì)80年代，它是以與活體組織具有積極相互作用為研究目標(biāo)，這類材料具有生物活性和再吸收的特點。到了二十一世紀(jì)初，醫(yī)學(xué)范例由組織再生取代了組織替代。也就是說，生物陶瓷必須被細(xì)胞和生物活性分子所填充，于是，第三代生物陶瓷的研究工作就此開始。近年來復(fù)合人工骨的基礎(chǔ)研究以及臨床使用熱點主要集中在以下幾類羥基磷灰石、珊瑚熱轉(zhuǎn)換羥基磷灰石、P-磷酸三鈣(卩-TCP)、磷酸鈣水泥和硫酸鈣等，這些材料來源豐富、儲存和使用方便、具有良好的生物相容性和避免傳播疾病的優(yōu)點，但是根據(jù)臨床上不同疾病對植骨材料的性能要求不同，均存在一定的缺點和不足。
例如羥基磷灰石人工骨和磷酸鈣水泥材料，雖然具有優(yōu)良的生物相容性，但是
由于材料的致密化結(jié)構(gòu)和溶解度較低，使得二者在機體內(nèi)的降解與新骨替代都無法實現(xiàn)。而多孔的p-磷酸三鈣材料作為磷酸鈣類生物降解性能最好的材料，雖能夠?qū)崿F(xiàn)新骨的長入或替代，但由于材料本身所具備的多孔結(jié)構(gòu)，又使得這種材料的力學(xué)性能大大降低，同時還存在固化性能、塑型性以及可操作性能差的問題。因此，比較理想
的復(fù)合人工骨材料應(yīng)該具備的性能是成骨活性與生物相容性優(yōu)良，新骨長入速度與材料降解速度一致，并具有一定的力學(xué)強度和臨床可操作性。
目前巳公開的制備復(fù)合人工骨材料的專利，存在很大的局限性。例如申請?zhí)枮?br> 200710063903.4的中國發(fā)明專利，公開了一種新型無機植骨材料的制備方法及用途。
這種新型無機植骨材料。該無機植骨材料的制備方法包括(l)制備具有微孔結(jié)構(gòu)
的e-磷酸三鈣顆粒；(2)制備a-半水硫酸鈣粉體；(3)配制質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20%-80%
的e-磷酸三鈣顆粒和質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為80%-20%a-半水硫酸鈣粉體，在e-磷酸三鈣
顆粒表面和/或孔隙內(nèi)形成a -半水硫酸鈣粉體層。該發(fā)明的優(yōu)點是基于OC-半水硫酸鈣和(3-磷酸三鈣優(yōu)良的生物相容性和體內(nèi)降解性能，制備的具有自固化性能的復(fù)合人工骨，可修復(fù)任意形狀的骨缺損，原位固化并快速恢復(fù)骨骼的力學(xué)強度。在體內(nèi)隨著硫酸鈣的快速降解，具有微孔結(jié)構(gòu)的P-磷酸三鈣顆粒為新骨生長提供較為理想的支架，并可逐漸被新生骨爬行替代。這種復(fù)合人工骨來源廣泛，儲存和使用方便，性能優(yōu)良，制備工藝簡單、實用，制備周期短且成本低廉。但該發(fā)明制備方法存在以下缺陷首先分別制備e-磷酸三鈣顆粒和a-半水硫酸鈣粉體，然后用無水乙醇與a-半水硫酸鈣攪拌為糊狀，直接在P-磷酸三鈣顆粒表面噴涂a -半水硫酸鈣，該方法只能在3 -磷酸三鈣顆粒表面形成a -半水硫酸鈣粉體層，而不能完全進(jìn)入卩-磷酸三鈣顆粒內(nèi)部孔隙，且不能有效控制a-半水硫酸鈣的噴涂劑量、噴涂均勻性和(3-磷酸三鈣顆粒的孔隙率及孔隙直徑，從而導(dǎo)致該復(fù)合人工骨的成骨性能和降解性能難以控制，而影響產(chǎn)品質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)缺點，提出一個制備a-半水硫酸鈣/IB-磷酸三鈣(ot-CSH/p-TCP)多孔顆粒型復(fù)合人工骨的水熱復(fù)合新工藝，通過在(3-TCP多孔顆粒表面和/或孔隙內(nèi)同步合成a-CSH，來進(jìn)行a-CSH/p-TCP多孔骨的改性，控制最終形成顆粒型復(fù)合人工骨的孔隙結(jié)構(gòu)，并起到調(diào)節(jié)材料在機體內(nèi)降解速度的目的，實現(xiàn)最終被自體骨完全替代，獲得最佳骨缺損修復(fù)效果。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人的研究思路為首先研究以牛松質(zhì)骨制備多孔(3-TCP的過程動力學(xué)，獲得孔隙結(jié)構(gòu)可控的近單相卩-TCP多孔顆粒；進(jìn)而研究水熱合成工藝參數(shù)對a-CSH在卩-TCP多孔顆粒表面異相形核、長大、分布方式的影響規(guī)律，實現(xiàn)對a-CSH/p-TCP復(fù)合人工骨中孔隙結(jié)構(gòu)的控制。通過研究這種新型復(fù)合人工骨的固化性能、生物相容性和降解機理，以及對其骨缺損修復(fù)效果的表征和評價，反饋指導(dǎo)a-CSH/p-TCP復(fù)合人工骨的制備工藝，從而獲得一種具有自固化性能，并且植入骨內(nèi)的降解速度與骨缺損修復(fù)的成骨速度相一致的植骨材料，達(dá)到理想的骨缺損修復(fù)效果。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明具體技術(shù)方案為
一種(x-半水硫酸鈣/p-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨的制備方法，其是在P-磷酸三鈣多孔顆粒表面和/或孔隙中直接利用水熱合成工藝同步合成a-半水硫酸鈣，最終制備成a-半水硫酸鈣/卩-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨。
上述方法，其具體步驟為(1)制備具有天然孔隙結(jié)構(gòu)的卩-磷酸三鈣顆粒；(2)利用水熱合成工藝在步驟(1)制備的(3-磷酸三鈣多孔顆粒表面同步合成0t-半水硫酸鈣使用CaS(V2H20配置濃度為10 30%的懸浮溶液，然后將步驟(1)制備的P-磷酸三鈣顆粒置于其中；將二者放置在溫度110 140，壓力0.12 0.3MPa條件下，反應(yīng)6 12h后，即可在(3-TCP的多孔顆粒表面結(jié)晶析出a-CSH。
所述步驟(2)反應(yīng)結(jié)束后，將步驟(2)制備的固液混合物于9(TC以上過濾，并放入12(TC的烘箱中烘干，即完成a-半水硫酸鈣/p-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨的制備。在步驟(2)中，在濃度為10 30%的CaSCV2H20懸浮液中加入轉(zhuǎn)晶劑，所述轉(zhuǎn)晶劑為硫酸鋁與檸檬酸納復(fù)合，占CaS(V2H2O的0.5wt^;所述硫酸鋁與檸檬酸納之比為50wt%~60wt%: 40wt% 50wt%。本發(fā)明實驗表明，轉(zhuǎn)晶劑的摻量對a-CSH性能有重要影響。本實驗使用自行配制的轉(zhuǎn)晶劑，用檸檬酸鈉、硫酸鋁按一定的比例混合。蒸壓時分別加入不同配比的轉(zhuǎn)晶劑進(jìn)行試驗，探討轉(zhuǎn)晶劑比例對a-CSH形貌的影響。不同配比轉(zhuǎn)晶劑下的實驗結(jié)果可以看出轉(zhuǎn)晶劑硫酸鋁與檸檬酸納復(fù)合比例為60wt%:40wt^和50wt^: 50wt^時，合成的a-CSH晶粒形貌為短柱狀，且分布較均勻。且轉(zhuǎn)晶劑復(fù)合比例為60wt%: 40wtX時，制備的a-CSH晶粒尺寸較大，約為30"m 50"m，而轉(zhuǎn)晶劑復(fù)合比例為50wt%: 50wt^時，制備的a-CSH晶粒尺寸約為20y m 40n m，效果最佳。
所述步驟(1)制備具有天然孔隙結(jié)構(gòu)的P-磷酸三鈣顆粒的具體方法為采用異種
或異體松質(zhì)骨脫去有機成分后在高溫煅燒爐中初步煅燒，升溫速率1(TC/分，80(TC煅燒3小時；將煅燒后骨塊取出后浸泡于(NH4)2Hp04溶液中24小時，去除多余液體，取出材料再次5(TC烘干4天；將烘干后的材料放于高溫煅燒爐中煅燒，升溫速率5 10'C/分，110(TC煅燒1小時，緩慢冷卻至室溫后流水沖洗3小時，去離子水漂洗2次，5(TC烘干4天。
所述(NH4)2Hp04的濃度為0.6M 1.2M最佳。
上述制備方法中異種或異體松質(zhì)骨脫去有機成分的具體方法為取健康牛股骨股骨頭和股骨遠(yuǎn)端松質(zhì)骨，經(jīng)流水沖洗、氫氧化鈉、雙氧水溶液浸泡去細(xì)胞、脫脂處理后用蒸餾水漂洗干凈，蒸餾水煮沸10小時，再次流水沖洗3小時，去離子水漂洗2次，70%-100%梯度酒精脫水，然后5(TC烘干4天。
本發(fā)明提供一種a-半水硫酸鈣/(3-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨，其是上述方法制備而成的。本發(fā)明a-半水硫酸鈣/(3-憐酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨結(jié)構(gòu)為卩-磷酸三鈣多孔顆粒表面和孔隙內(nèi)部長成a-半水硫酸鈣長柱狀晶體。
本發(fā)明a-半水硫酸鈣/J3-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨具有多種用途，其是骨傳導(dǎo)和骨誘導(dǎo)活性物質(zhì)的良好載體，因此，本發(fā)明可以作為載體復(fù)合DBM和BMP進(jìn)行修復(fù)骨損傷，或復(fù)合抗生素或者化療藥物治療開放性復(fù)雜戰(zhàn)創(chuàng)傷和各種原因引起的骨髓炎或骨腫瘤。
具體復(fù)合方法是直接在復(fù)合人工骨中添加DBM、 BMP、抗生素或者化療藥物，具有自固化性能，可以直接通過特制的注射器械進(jìn)行注射使用，加入其它常規(guī)藥物學(xué)載體可以提高其注射性能，獲得更好的注射操作性能。
本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是
1、 本發(fā)明原材料異種或異體松質(zhì)骨方便可得，并能保證合成的a-CSH/p-TCP復(fù)合骨顆粒具有天然的骨孔隙結(jié)構(gòu)。
2、 以p-TCP多孔顆粒為異相形核劑，在水熱合成a-CSH的同時直接對(3-TCP多孔顆粒表面空隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性，使得制備工藝更加簡單，可有效縮短制備周期，提高制備效率。
3、 可以通過調(diào)節(jié)CaS(V2H20溶液的濃度，以及(3-TCP多孔顆粒的數(shù)量，以及水熱合成時間，有效控制顆粒型復(fù)合人工骨a-CSH與卩-TCP兩相的比例，從而控制復(fù)合骨顆粒的孔隙結(jié)構(gòu)(孔尺寸、孔徑分布、孔隙連通性)，同時保證復(fù)合人工骨的原位固化性能和降解性能，最終獲得具有自固化性能、降解可控、具有一定生物力學(xué)強度的復(fù)合人工骨。
4、 本發(fā)明方法制備的(x-半水硫酸鈣/卩-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨在e-磷酸三鈣顆粒表面形成a-半水硫酸鈣粉體層的同時，進(jìn)入p-磷酸三鈣顆粒內(nèi)部孔隙形
成a-半水硫酸鈣長柱狀晶體，有效控制了產(chǎn)品的均勻性和(3-磷酸三鈣顆粒的孔隙率及孔隙直徑，從而提高了復(fù)合人工骨的成骨性能和降解性能，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品質(zhì)量。下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的實施方式并不限于此，凡是根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容或原理，實施的任何本領(lǐng)域的等同替換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。


圖l 80(TC鍛燒牛松質(zhì)骨的XRD圖譜；
圖2 IOOO'C鍛燒浸泡于0. 50 mol L-1 NH4H2P04溶液牛松質(zhì)骨XRD圖譜(HAP—命，e-TCP—V);圖3 二水硫酸鈣與a-CSH (A)、液相水與氣相水(B)的壓力溫度平衡曲線圖
圖4 a -CSH粉體的XRD圖譜；
圖5水熱合成制備的新型復(fù)合人工骨顆粒；
圖6水熱復(fù)合前P -TCP的多孔復(fù)合骨結(jié)構(gòu)和水熱復(fù)合后的多孔復(fù)合人工骨； 圖7水熱復(fù)合后生物骨的XRD圖譜；
圖8多孔0-TCP顆粒檢測結(jié)果A，可見制備材料的孔隙結(jié)果；B，大孔放大后圖
像；C，放大后可見孔壁的微孔結(jié)構(gòu)；D， XRD檢測結(jié)果；
圖9沉積大量a -CSH粉體人工骨孔隙和沉積少量a -CSH粉體的人工骨孔隙； 圖10 a -CSH/ P -TCP復(fù)合人工骨XRD圖譜； 圖ll復(fù)合人工骨體外降解； 圖12脊柱融合動物模型；
圖13脊柱右側(cè)植入自固化可吸收復(fù)合人工骨； 圖14植入脊柱后外側(cè)12周鉬靶X線照相；
圖15植入脊柱后外側(cè)12周Micro-CT顯示植入材料與脊柱融合為一體； 圖16植入脊柱后外側(cè)12周組織學(xué)檢測顯示新生骨長入材料內(nèi)部； 圖17植入脊柱后外側(cè)12周四環(huán)素標(biāo)記可見新生骨形成；
圖18左為C0B1材料植入即刻外觀圖；中為術(shù)后4周材料降解圖；右為術(shù)后8周
材料降解圖19左為C0B1材料術(shù)后12周材料降解圖；右為術(shù)后16周材料降解圖； 圖20左為COB2材料植入即刻外觀圖；中為術(shù)后4周材料降解圖；右為術(shù)后8周 材料降解圖21左為COB2術(shù)后12周材料降解圖；右為術(shù)后16周材料降解圖； 圖22左為COB3材料植入即刻外觀圖；中為術(shù)后4周材料降解圖；右為術(shù)后8周 材料降解圖23左為COB3術(shù)后12周材料降解圖；右為術(shù)后16周材料降解圖。
具體實施例方式
實施例1 a-半水硫酸鈣/p-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨的制備
(1)取健康牛股骨并剔除其表面軟組織，使用內(nèi)徑為8mm的環(huán)鉆鉆取股骨頭和股 骨遠(yuǎn)端松質(zhì)骨，所得骨塊大小約8xl2mm圓柱形，經(jīng)流水沖洗、氫氧化鈉、雙氧水溶液 浸泡等去細(xì)胞、脫脂處理后用蒸餾水漂洗干凈，蒸餾水煮沸10小時，再次流水沖洗3小時，去離子水漂洗2次，70%-100%梯度酒精脫水，然后5(TC烘干4天。將經(jīng)過上述 處理的材料放在高溫煅燒爐中初步煅燒，升溫速率l(TC/分，80(TC煅燒3小時。將煅燒 后骨塊取出后浸泡于1M的(NH4)2HP04溶液中24小時，去除多余液體，取出材料再 次50'C烘干4天。將烘干后的材料放于高溫煅燒爐中煅燒，升溫速率5'C/分，IIO(TC煅 燒1小時，緩慢冷卻至室溫后流水沖洗3小時，去離子水漂洗2次，50'C烘干4天即可 制備近單相P-TCP多孔顆粒，其大孔孔徑200 600|^m，孔壁具有直徑1(^m左右的微孔 結(jié)構(gòu)。
(2)使用分析純CaS(V2H20配置濃度為20wt。/。的懸浮溶液，并加入轉(zhuǎn)晶劑，轉(zhuǎn) 晶劑為硫酸鋁(分析純，北京化學(xué)試劑公司)與檸檬酸納(分析純，北京化學(xué)試劑公司) 復(fù)合，占CaSCV2H20的0.5wt%;所述硫酸鋁與擰檬酸納之比為50wt%~60wt%: 40wt%~50wt%。然后將P-TCP多孔顆粒置于其中。然后將二者放置在密閉的蒸汽壓力 釜內(nèi)，壓力釜內(nèi)的溫度控制在135°C，壓力控制在0.2MPa。反應(yīng)7h后，即可在卩-TCP 的多孔顆粒表面結(jié)晶析出a-CSH。反應(yīng)結(jié)束后，將高壓釜內(nèi)的固液混合物于9CTC以上 過濾，并放入120'C的烘箱中烘干，至此改性后的a-CSH/p-TCP多孔復(fù)合骨顆粒制備完
成，包裝消毒后即可作為植骨材料使用。 對于本發(fā)明制備方法的分析
(1)首先，制備具有天然孔隙結(jié)構(gòu)的卩-磷酸三鈣顆粒；
將健康異種或異體松質(zhì)骨經(jīng)過脫脂、脫水處理后，取在高溫爐中直接煅燒，800°C 條件下3小時，升溫速率5-10'C/分，鍛燒后的牛松質(zhì)骨是主相為按化學(xué)計量比的羥基 磷灰石(HAP),如圖1所示。
由實驗可知，煅燒處理的技術(shù)參數(shù)對HAP向I3-TCP的轉(zhuǎn)變有很大的影響。以松質(zhì)
骨為原料，經(jīng)過不同濃度NH4H2P04溶液的浸泡，及不同溫度的煅燒處理，可以獲得不
同相組成的材料。在一定溫度下，浸泡溶液分解出的HP042—隨浸泡溶液濃度增加而增 加，而HP042—的增加致使HAP轉(zhuǎn)化成e-TCP的量增加，從XRD圖(圖1)可以看出， HAP峰強逐漸減弱，0 -TCP峰強逐漸增強，與標(biāo)準(zhǔn)羥基磷灰石(HA)和卩-TCP的XRD 圖譜比較，所制備的近單相P-TCP顆粒XRD在衍射角度26上出現(xiàn)的特征衍射峰與標(biāo)準(zhǔn) (3-TCP圖譜的特征性衍射峰(主峰26=31.0;次強峰20=27.8， 34.5， 16.9， 53.2峰強依 次減弱)吻合。同時也出現(xiàn)與HA相近的特征性衍射峰(主峰26=31.8,次強峰26=31.2， 31.9， 25.9， 49.5峰強依次減弱)，但其強度明顯弱于P-TCP的特征峰強度，證實所制備 的材料主要成分為(3-TCP并含有少量HA，圖譜中未發(fā)現(xiàn)其他成分特征性衍射峰。浸泡溶液濃度增加到一定范圍，隨HP042—離子消耗，HP042—離子促使HAP轉(zhuǎn)化成 e-TCP作用越來越弱，同時，NH4H2P04分解出的H+離子濃度提高，促使HAP轉(zhuǎn)化成 Ca2P207作用越來越明顯，整個體系發(fā)生的主要反應(yīng)是HAP轉(zhuǎn)化成Ca2P207。圖1表明， U00。C， 0.6M 1.2M時，H+促使HAP轉(zhuǎn)化成Ca2P207起主要作用，大量HAP轉(zhuǎn)化成 Ca2P207，導(dǎo)致P-TCP含量隨濃度增加逐漸減少，Ca2P207含量逐漸增加。依據(jù)以上規(guī) 律，制備出了近單相的P-TCP多孔顆粒。XRD檢測結(jié)果見圖2。圖譜顯示主相為P-TCP, 并含有少量HAP。這是由于P-TCP在潮濕環(huán)境中容易吸水轉(zhuǎn)化生成HAP，導(dǎo)致制備的 樣品里含有少量HAP。所制備的近單相(3-TCP為多孔顆粒，其大孔為200 600pm,孔 壁具有直徑lpm左右的微孔結(jié)構(gòu)。
(2)水熱合成工藝在卩-TCP多孔顆粒表面同步合成a-CSH。
半水硫酸鈣存在兩相，即a相與P相，它們化學(xué)構(gòu)成相同，但a-CSH的結(jié)晶度遠(yuǎn) 高于(3-CSH，使得a型具有更好的可塑性和更高的強度。二者的形成條件也存在差異， 在125 18(TC干燥空氣條件下，二水硫酸鈣轉(zhuǎn)變?yōu)橼?CSH，在105 135'C飽和蒸汽和 水介質(zhì)中，二水硫酸鈣轉(zhuǎn)變?yōu)閍-CSH,這一結(jié)論可以從圖3得到證實。
從圖3可知，二水硫酸鈣與a-CSH的平衡曲線(A)非常接近于液相水與氣相水 的平衡曲線(B)，這兩條曲線在接近10(TC時相交。如果在大于1個大氣壓的壓力鍋內(nèi) 二水硫酸鈣在液相溶解-再結(jié)晶，就形成了 a -CSH。曲線上1、 2、 3、 4點的脫水周期，完 全在液相中完成，能形成結(jié)晶良好的a-CSH。相反，在低于個大氣壓下，二水硫酸鈣
中的水就以干蒸汽狀態(tài)蒸發(fā)，從而生成微觀晶體呈松散聚集的微孔隙固體，這就是e
型半水石膏。
因此，水熱合成的條件就基本確定為將二水硫酸鈣粉末與去離子水混合，漿料固 含量15wt%，置于密閉的壓力容器內(nèi)，同時加一定量的轉(zhuǎn)晶劑，轉(zhuǎn)晶劑采用硫酸鋁與 檸檬酸納復(fù)合，占石膏量的0.5wt^;在100 120。C的溫度和0.1 0.15MPa的壓力下， 使二水硫酸鈣溶解再結(jié)晶形成a-CSH，然后快速取出，用沸水過濾后，放入鼓風(fēng)干燥 箱內(nèi)恒溫干燥4 6小時，即得到a-CSH粉體。本發(fā)明確定水熱法合成a-半水硫酸鈣 的最佳工藝參數(shù)下，在水熱合成釜中穩(wěn)定制備出a -CSH粉體，經(jīng)X射線衍射分析(XRD) 為純相的a-CSH粉體，如圖4所示；
由于鍛燒后的牛松質(zhì)骨是多孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，能夠起到沸石的作用，因此在兩相物質(zhì) 的水熱復(fù)合過程中，反應(yīng)狀態(tài)平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)溶液暴沸的現(xiàn)象。以近單相(3-TCP的多孔 顆粒為異相形核劑，采用水熱合成a-CSH的同時直接對(3-TCP多孔顆粒表面空隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性。將制備好的近單相P-TCP多孔顆粒置于密閉蒸汽壓力釜內(nèi)的CaS(V2H20溶 液中，按照70wt% a -CSH + 30wt% e -TCP、 50wt% a -CSH + 50wt% 0 -TCP 、 30wt% a 《811+70^%6-11^等不同配比，a-CSH在(3-TCP多孔顆粒表面形核、長大，直接制 備a-CSH/p-TCP復(fù)合人工骨。得到的復(fù)合物中，除將多孔P-TCP包覆后，新型復(fù)合人 工骨如圖5和圖6所示。其中可通過在10-30。/。wt。/。調(diào)節(jié)CaS(V2H20溶液的濃度以及 P-TCP多孔顆粒的數(shù)量，控制顆粒型復(fù)合人工骨的孔隙結(jié)構(gòu)，獲得大孔直徑100 300nm， 孔壁具有微孔結(jié)構(gòu)的顆粒型復(fù)合人工骨，并使孔隙表面生成的a-CSH長成長柱狀晶體， 以利于在其降解后骨組織再生。將這種人工骨磨碎后進(jìn)行X射線衍射分析(XRD)，結(jié) 果顯示復(fù)合后的多孔生物骨材料為a-CSH、 e-TCP及Ca1Q(P04)6(OH)2 (羥基磷灰石) 三相的復(fù)合材料，如圖7所示。
實施例2:理化性質(zhì)和指標(biāo)檢測
對新產(chǎn)品進(jìn)行檢測，提供檢測結(jié)果和照片，證明實現(xiàn)了發(fā)明目的。
將實施例1制備的單相卩-TCP多孔顆粒分別進(jìn)行掃描電鏡、X線衍射(XRD)、孔 隙率和生物力學(xué)檢測。掃描電鏡低倍鏡下(x40)可見所得材料為蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)，保 留天然松質(zhì)骨的多孔狀空間結(jié)構(gòu)，孔徑和孔隙率與松質(zhì)骨相似，大孔孔徑大小在 50-600um之間，在高倍鏡下(x3000)可見材料大孔孔壁上密布微孔結(jié)構(gòu)，大小在lum左 右，孔隙間連通性良好，如圖8所示。與標(biāo)準(zhǔn)p-TCP的JCDS卡片對照，卩-TCP多孔顆 粒的XRD在衍射角度2e上出現(xiàn)的特征衍射峰(主峰29=31.0;次強峰20=27.8， 34.5， 16.9， 53.2峰強依次減弱)，同時衍射圖譜中也出現(xiàn)了與標(biāo)準(zhǔn)HA衍射圖譜相近的特征性 衍射峰，但其特征峰強度明顯弱于P-TCP的特征峰的強度，圖譜中未發(fā)現(xiàn)其他成分特征 性衍射峰，如圖8所示。壓汞儀測定制備材料的孔隙率為57.63%，表現(xiàn)為雙峰曲線，其 中前一個峰為材料中大孔的孔隙情況，孔徑為403143.3nm-58433.5nm，第二個峰表現(xiàn)為 材料本身的微孔結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)的孔隙情況，孔徑大小為552.5-77.lnm。生物力學(xué)實驗機測 定近單相P-TCP多孔材料試件的抗壓強度壓縮強度為4.47±0.63 MPa。
將實施例1制備的(x-CSH/(3-TCP復(fù)合人工骨分別進(jìn)行掃描電鏡、XRD和生物力學(xué) 檢觀(J。掃描電鏡下可見在p-TCP多孔顆粒表面和孔隙內(nèi)部長成大量a-CSH長柱狀晶體， 如圖9所示，XRD可同時看到a-CSH和卩-TCP的波峰，如圖10所示。根據(jù)a-CSH含 量不同，a-CSH/p-TCP復(fù)合人工骨加水固化后的壓縮強度高低不同，生物力學(xué)實驗機測 定a-CSH/p-TCP復(fù)合人工骨試件的抗壓強度壓縮強度在3MPa-10MPa之間。
實施例3:體外和體內(nèi)降解實驗將實施例I制備的a-CSH/(3-TCP復(fù)合人工骨制備大小為12x8mm的標(biāo)準(zhǔn)，放置于 初始pH值為7.4的模擬體液中，在37"C溫箱中恒溫保存，不換液，第1周每天測量一次， 之后的每一周以pH值測定儀測量一次浸泡液的pH值，直至pH值恒定，不再變化為止。 的然后將上述試件分別放置于初始pH值為7.4的50ml SBF溶液中，放置于37'C溫箱 中，恒溫保存，每隔2天換液一次，每次換液30ml;于4w、 8w、 12w、 16周試件干燥 至恒重后測量其殘重(Wr)，計算材料體外降解率W%=[100(Wo-Wr)/Wo]。
ot-CSH/(3-TCP復(fù)合人工骨降解過程中，pH值隨降解時間延長逐漸降低，由初始時 的7.4逐漸降低至5周時的5.52，前兩周變化較大，之后僅輕微降低，基本穩(wěn)定在5.48 左右。在模擬體液下降解中，復(fù)合人工骨的質(zhì)量均隨時間增加不斷降低，降解隨著時間 推移，降解速度逐漸減慢。復(fù)合材料中，隨著a-CSH含量增加，降解速度也隨之增加。 復(fù)合人工骨在16周時降解了約27.7% 42.4%左右，如圖11所示。
健康新西蘭大白兔48只，雌雄不限，體重2.5-3.0Kg，以速眠新II號1.5 ml +氯胺 酮2ml混合，按照0.2 ml/kg體重行肌肉注射麻醉，麻醉生效后后取仰臥位,四肢固定穩(wěn) 妥后，觸摸外側(cè)股骨髁部，劃線做標(biāo)記，碘伏消毒，鋪無菌洞巾，在外側(cè)股骨髁部中點 處做垂直縱行切口，長約3cm，依次切開皮膚、皮下、深筋膜及關(guān)節(jié)囊暴露股骨外側(cè)及 外側(cè)半月板外緣。距股骨遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)面4mm處，用實心鉆(外徑2mm及5mm)與關(guān)節(jié) 面平行由外向內(nèi)鉆孔，深度為12mm。造成直徑5mmx深12mm的骨缺損孔洞。按實驗 材料(3-TCP/a-CSH不同質(zhì)量比(7: 3， 5: 5， 3: 7分另U為C0B1， COB2， COB3)分 別植入不同編號的動物的骨缺損模型中。把各時間點組標(biāo)本用Micro CT掃描，釆用 Microview V2丄2三維重建處理軟件進(jìn)行三維重建，利用系統(tǒng)自帶軟件(ABA專用骨 骼分析軟件)，根據(jù)初始材料掃描重建后測定材料的平均Hu值而設(shè)定材料的目標(biāo)分割值 (COB1: 2330Hu， COB2: 2039 Hu， COB3 : 2419Hu， a-CSH: 1395Hu， TCP: 904Hu)， 計算殘余材料體積百分?jǐn)?shù)(Residual Materials Volume Fraction,RMVF)作為殘余材料占 骨缺損總面積的百分比，以反映材料的降解性。
COBl組圖18左為C0B1材料植入即刻外觀圖。比較可以看出，在術(shù)后4周時， 可見植入材料邊緣開始降解，植入材料周邊巳經(jīng)變得不規(guī)則，植入材料的降解率為 17.80% (圖18中)；8周后，材料周圍及中央都有降解，材料出現(xiàn)裂隙，降解率為31.60% (附圖18右)；12周后，材料進(jìn)一步降解，降解率為44.81% (圖19左)；術(shù)后16周， 材料大部分巳經(jīng)降解，材料碎裂，降解率為66.42% (圖19右)。
COB2組圖20左為COB2材料植入即刻外觀圖。在術(shù)后4周時，材料周圍及部分中央開始降解，降解率為21.37% (圖20中)；8周后，材料外周及中央均有降解，降 解率為36.49% (圖20右)；12周后，材料進(jìn)一步降解，降解率為47.37% (圖21左)； 術(shù)后16周，材料大部分巳經(jīng)降解，材料碎裂，降解率為73.75% (圖21右)。
COB 3組圖22左為COB3材料植入即刻外觀圖。在術(shù)后4周時，材料外周開始 降解，植入材料周邊變得不規(guī)則，降解率為22.71 % (圖22中)；8周后，材料外周及 中央均開始降解，材料出現(xiàn)裂隙，降解率為40.02 % (圖22右)；12周后，材料進(jìn)一 步降解，降解率為59.48% (圖23左)；術(shù)后16周，材料大部分已經(jīng)降解，材料碎裂， 降解率為82.32% (圖23右)。
實施例4:動物實驗
新產(chǎn)品用于動物實驗，以證明具有發(fā)明所要達(dá)到的效果。
健康新西蘭大白兔36只，雄性，體重2.5-3.0Kg，以速眠新II號1.5ml+氯胺酮2ml 混合后按照0.2ml/kg體重肌肉注射麻醉后備皮，碘伏消毒、鋪巾，自胸4至胸8棘突水 平取背部正中切口，逐層切開皮膚、皮下組織，沿棘突兩側(cè)剝離顯露椎板、橫突至橫突 末端，咬骨鉗咬下胸椎棘突備用，磨鉆磨除椎板及橫突皮質(zhì)，磨除上、下關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)。 以右側(cè)椎板及橫突間植入自固化可吸收復(fù)合人工骨作為實驗組，左側(cè)取咬除的棘突及椎 板皮質(zhì)作為自體骨行椎板及橫突間植骨融合作為對照組，如圖12和圖13所示。
動物處死后觀察植入材料周圍組織無紅腫、充血等炎性反應(yīng)，證實該材料生物相容 性良好。4周時可見材料外形輪廓尚完整，材料與骨組織間界限尚清晰，材料密度仍高 于周圍正常骨組織，植入材料內(nèi)可見孔隙結(jié)構(gòu)。8周時可見材料周圍新骨形成，材料被 新生骨及表面纖維組織包繞，僅在部分區(qū)域表面可見植骨材料，材料自植骨床剝離較為 困難；材料的密度明顯減低，接近周圍正常的骨組織，材料的外形輪廓難以分清，可見 新生的骨組織長入孔隙內(nèi)部。12周時材料植入部位可見大量新骨形成，難以自植骨床剝 離，融合節(jié)段僵硬如一體；材料的密度進(jìn)一步降低，與周圍正常骨組織密度相同，植入 材料的外形巳經(jīng)無法分辨，僅在材料的中心部位可見少量殘留的植入物，植入材料大部 分被新生骨組織替代。如圖14、圖15、圖16和圖17所示，經(jīng)過鉬靶照相、Micro-CT、 組織學(xué)和四環(huán)素標(biāo)記可以觀察到植入材料逐漸降解，被自體骨爬行替代，逐漸與與自體
骨融合為一體，脊柱骨性融合。
權(quán)利要求
1、一種α-半水硫酸鈣/β-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨的制備方法，其是在β-磷酸三鈣多孔顆粒表面和/或孔隙中直接利用水熱合成工藝同步合成α-半水硫酸鈣，最終制備成α-半水硫酸鈣/β-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的a-半水硫酸鈣/(3-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨的制備方 法，其具體步驟為(1) 制備具有天然孔隙結(jié)構(gòu)的卩-磷酸三鈣顆粒；(2) 利用水熱合成工藝在步驟(1)制備的(3-磷酸三鈣多孔顆粒表面同步合成a-半水 硫酸鈣使用CaS(V2H20配置濃度為10-30%的懸浮溶液，然后將步驟(1)制 備的p-磷酸三鈣顆粒置于其中；將二者放置在溫度110-140，壓力0.12-0.3MPa 條件下，反應(yīng)6-12h后，即可在(3-TCP的多孔顆粒表面結(jié)晶析出a-CSH。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的a-半水硫酸鈣/(3-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨的制備方 法，其特征在于在步驟(2)反應(yīng)結(jié)束后，將步驟(2)制備的固液混合物于9(TC以上 過濾，并放入12(TC的烘箱中烘干，即完成a-半水硫酸鈣/p-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人 工骨的制備。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的a-半水硫酸鈣/卩-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨的制備方 法，其特征在于在步驟(2)中，在濃度為10-30%的CaS(V2H20懸浮液中加入轉(zhuǎn)晶 劑，所述轉(zhuǎn)晶劑為硫酸鋁與檸檬酸納復(fù)合，占CaSCV2H2O的0.5wt^;所述硫酸鋁與檸 檬酸納之比為50wt% 60wt%: 40wt%~50wt%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種a-半水硫酸鈣/p-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨的制備 方法，其特征在于，所述步驟(1)制備具有天然孔隙結(jié)構(gòu)的(3-磷酸三鈣顆粒的具體方 法為采用異種或異體松質(zhì)骨脫去有機成分后在高溫煅燒爐中初步煅燒，升溫速率10°C/ 分，800'C煅燒3小時；將煅燒后骨塊取出后浸泡于(NH4)2Hp04溶液中24小時，去除 多余液體，取出材料再次5(TC烘干4天；將烘干后的材料放于高溫煅燒爐中煅燒，升溫 速率5-l(TC/分，IIO(TC煅燒1小時，緩慢冷卻至室溫后流水沖洗3小時，去離子水漂 洗2次，5(TC烘干4天。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種ct-半水硫酸鈣/p-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨的制備 方法，其特征在于，所述(NH4)2Hp04的濃度為0.6M 1.2M。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種a-半水硫酸鈣/卩-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨的制備 方法，其特征在于，異種或異體松質(zhì)骨脫去有機成分的具體方法為取健康牛股骨股骨 頭和股骨遠(yuǎn)端松質(zhì)骨，經(jīng)流水沖洗、氫氧化鈉、雙氧水溶液浸泡去細(xì)胞、脫脂處理后用蒸餾水漂洗干凈，蒸餾水煮沸10小時，再次流水沖洗3小時，去離子水漂洗2次， 70%-100%梯度酒精脫水，然后50'C烘干4天。
8、 一種a-半水硫酸鈣/(5-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨，其特征在于，其是用權(quán)利要 求1至7中任意一項所述的方法制備而成。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的a-半水硫酸鈣/卩-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨，其特征在 于，所述a-半水硫酸鈣/卩-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨結(jié)構(gòu)為(3-磷酸三鈣多孔顆粒 表面和孔隙內(nèi)部長成a-半水硫酸鈣長柱狀晶體。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的a-半水硫酸鈣/卩-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨復(fù)合DBM、 BMP、抗生素或者化療藥物的方法，其特征在于，直接在復(fù)合人工骨中添加DBM、 BMP、 抗生素或者化療藥物，具有自固化性能，可注射使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種α-半水硫酸鈣/β-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨的制備方法，其是在β-磷酸三鈣多孔顆粒表面和/或孔隙中直接利用水熱合成工藝同步合成α-半水硫酸鈣，最終制備成α-半水硫酸鈣/β-磷酸三鈣多孔顆粒型復(fù)合人工骨。本發(fā)明制備工藝更加簡單，可有效縮短制備周期，提高制備效率。可有效控制顆粒型復(fù)合人工骨α-CSH與β-TCP兩相的比例，從而控制復(fù)合骨顆粒的孔隙結(jié)構(gòu)，同時保證復(fù)合人工骨的原位固化性能和降解性能，控制了產(chǎn)品的均勻性和β-磷酸三鈣顆粒的孔隙率及孔隙直徑，提高了復(fù)合人工骨的成骨性能和降解性能，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品質(zhì)量，最終獲得具有自固化性能、降解可控、具有一定生物力學(xué)強度的復(fù)合人工骨。本發(fā)明具有很好的應(yīng)用前景和市場前景。
文檔編號A61L27/12GK101596330SQ20091008857
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者李江濤, 云 楊, 毛克亞, 巖 王, 征 王 申請人:毛克亞