[发明专利]骨材料的制备

说明书

技术领域

本发明涉及骨材料的制备。更具体地说，本发明涉及单相高表面积骨材料、双相骨材料及其组合的制备

发明背景 

羟基磷灰石钙(HA)，(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)是生物和化学方面重要的无机材料。生物磷灰石是骨、牙釉质和牙本质的无机成分，其组成和形态通常变化大，且含有包括Mg²⁺、K⁺、Na⁺、(CO₃)^2-、(HPO4) ^2-、Cl^-和F^-在内的各种杂质。一般而言，这些不纯的生物磷灰石被称为钙不足磷灰石或非化学计量的磷灰石。(对于羟基磷灰石钙来说，可以界定的化学计量的磷灰石中Ca/P比是1.67，而非化学计量的磷灰石中Ca/P比小于1.67(Markovic et al，J of Res of NIST，2004)。) 

烧结羟基磷灰石(HA)材料通常作为固体物质或颗粒以密实或多孔的形式被植入，且在修复患病的或受损的肌肉骨系统(muskoskeletal system)方面具有令人满意的性能。就含有孔互连系统的多孔羟基磷灰石植入体的骨整合而言，这些植入体在与宿主骨形成紧密连接方面表现良好。然而，这些材料的不足之处在于，它们不易分解(break down)或再吸收回到体内，且因而这样延长了愈合时间。 

另一极端是，磷酸三钙(TCP)在体内更容易再吸收或分解。此期望特征因再吸收或分解的发生比新骨形成的速率快，且因此形成空位，这些空位不是由骨填补，而是由连接组织填补的事实而不起作用。这形成了植入位置处差的机械性能。根据所描述的两个极端，在20世纪80年代初期研制了双相磷酸钙(BCP)材料，其包括既源自合成材料，又源自天然的骨矿物质的羟基磷灰石(HA)和β-磷酸三钙。与具有呈自然形式的非常高表面积的单相HA相比，BCP材料具有非常低的表面积和粗大的颗粒(由于高温加工参数)，这对骨再生过程中的细胞活性来说并不是有益的，因为大的颗粒并不促进成骨细胞的骨形成。 

在使骨再生和伤口愈合达到最大程度方面，需要优化生物再吸收性(其是装置在活体内被再吸收或降解的速率)和生物活性(其是有助于骨再生的装置的潜能)。这些因素又依赖于生物陶瓷的物理态、化学态和生物态以及材料被打算应用的场合。化学态指生物陶瓷的纯度和相组成(即，装置中存在的相的类型，或者是高的再吸收性，或者是高的稳定性)，而物理态是HA晶体的外部表面积、微孔隙率/大孔隙率和互连性。材料的生物态受化学和物理因素的影响，以及受其来源，或者是天然的，或者是合成来源的影响。例如，天然的骨矿物质的细胞外基质内存在的非胶原蛋白将会影响生物态。而且，当已经报道了材料内的孔的具体几何构型具有结合具体骨形态发生蛋白(BMP)的独特能力时，源于网架组织尺寸(trabeculae size)的微孔隙率(直径＜10μm)和大孔隙率(直径＞100μm)会影响生物态，这可引发成骨表型和/或骨形态发生的出现。改变化学态可以对物理态造成不利的影响，且反之亦然，这不可能是使生物再吸收性和生物活性最大化的最佳模式。 

要求研制出源自天然骨矿物质的最坚固的生物陶瓷装置，设计者发现，使一个变量最佳化会牺牲另一个变量，且这通常是一种技术矛盾。一些技术矛盾可以概括如下： 

●减少热处理，以便使装置的表面积(生物活性)最大，但不影响植入体的纯度、结晶度和最终的免疫原性反应(immunogenic response)。 

●通过引入再吸收性更高的相(由此增大生物再吸收性)来改变装置的相组成，同时不会对表面积和孔隙率造成不利的影响。 

●通过改变孔的几何构型以不限制骨诱导潜能(其是装置模拟事件级联的能力，这些事件驱动成骨表型和/或骨形态发生的出现)来改进骨传导(其是装置提供合适的骨架的能力，该骨架允许细胞浸润、细胞附着和钙化组织沉积)。 

总之，理想的植入体设计在改变用于不同用途的再吸收度方面要求稳健性，同时并不会对装置的生物活性或药物输送潜能造成不利的影响。 

本发明的详细描述