[发明专利]多孔磷酸钙骨材料

说明书

发明背景

本发明的领域是骨修复和替换。更具体地说，本发明涉及一种自硬 化的多孔磷酸钙复合物，它具有理想的加工性能和力学性质。

天然存在的骨骼包括有机和无机组分。有机组分包括生长因子、软 骨、胶原和其它蛋白质。无机骨组分包括非化学计量的低晶磷灰石 (PCA)磷酸钙，其Ca/P比在1.45和1.75之间(Besic等(1969)，J. Dental Res.48(1)：131)。这种无机骨矿物质在体内被破骨细胞和成 骨细胞连续地吸收和再生，此过程称为骨重建。

骨植入物常用来在骨缺损和受伤的事件中增进天然的再生过程。这 些植入物必须是生物相容的，在植入前能被外科医生操纵，并且具有能 使植入物在体内保持其形状的强度和成分。

考虑到它的再生能力，天然骨是一种可能的植入材料。然而，自生 的、同种异体的和异种的骨的使用，由于相关的疾病传播、免疫原性植 入物排斥、患者发病率和复杂的手术步骤而变得复杂。因此，合成的骨 植入材料成为日益关注的焦点。

可塑的自固化磷酸钙粘固剂显示出良好的强度性质，并且能容易地 原位成形以填充多种临床缺损，但是由于细胞不能透过该致密材料而重 建缓慢。多孔磷酸钙陶瓷是优选的植入材料，因为它们允许血管、细胞 和组织、以及药物透过，而这些对于促进骨形成和防止感染是重要的。 当作为植入材料使用时，多孔磷酸钙陶瓷优选具有高孔隙率。这一高孔 隙率会造成多孔基体的机械强度较低，因此抵消了它们作为需要高机械 强度的骨植入物的好处。另外，预先形成的多孔的小块和颗粒会难以操 纵和植入，而且能导致缺损填充不完全。因此，需要兼有优异的生物相 容性和机械强度的多孔磷酸钙陶瓷。

发明概要

提供了与天然骨的化学成分相近的自硬化多孔磷酸钙组合物。该磷 酸钙组合物的孔隙率(孔的数目和大小)由硬化过程中从混合物中逸出 的发泡剂气相组分的释放速率决定。

在第一方面，本发明的特色在于一种组合物，其中包含磷酸钙、发 泡剂和生物相容的黏聚剂(例如，黏合剂)。该组合物用一种磷酸钙源 制备，选自无定形磷酸钙、低晶磷酸钙、羟基磷灰石、碳酸化磷灰石(贫 钙羟基磷灰石)、磷酸一钙、偏磷酸钙、磷酸七钙、二水合磷酸二钙、 磷酸四钙、磷酸八钙、焦磷酸钙和磷酸三钙，或它们的混合物。或者是， 该组合物用一种无定形磷酸钙和一种第二磷酸钙源制备，后者的实例包 括，低晶磷酸钙、羟基磷灰石、磷酸化磷灰石(贫钙羟基磷灰石)、磷 酸一钙、偏磷酸钙、磷酸七钙、二水合磷酸二钙、磷酸四钙、磷酸八钙、 焦磷酸钙或磷酸三钙，或它们的混合物。

在一项实施方案中，发泡剂包括碳酸盐/碳酸氢盐混合物，其中碳酸 盐和碳酸氢盐组分按预定的摩尔比组合，例如，比例为约1∶1至约1∶9 的碳酸盐/碳酸氢盐，优选为约1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8 或1∶9。在一项实施方案中，发泡剂是化学式为MxCO₃/M’_yHCO₃的碳酸 盐/碳酸氢盐化合物的混合物，其中M和M’是一价阳离子，例如，钠 (Na)、钾(K)、锂(Li)、铷(Rb)、铯(Cs)、银(Ag)、铊(Tl) 和铵(NH₄⁺)，x＝2，y＝1。在另一实施方案中，发泡剂是化学式为 MxCO₃/M’_yHCO₃的碳酸盐/碳酸氢盐化合物的混合物，其中M是一个二 价阳离子，例如，钡(Ba)、镉(Cd)、钙(Ca)、钴(Co)、铜(Cu)、 铁(Fe)、镁(Mg)、锰(Mn)、镍(Ni)、锶(Sr)和锌(Zn)， M’是一价阳离子，例如，钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、铷(Rb)、 铯(Cs)、银(Ag)、铊(Tl)和铵(NH₄⁺)，x＝1和y＝1。在一项优 选的实施方案中，选择发泡剂中碳酸盐与碳酸氢盐的摩尔比以促进在磷 酸钙组合物硬化时从中受控释放出二氧化碳。在另一实施方案中，选择 起泡剂中碳酸盐/碳酸氢盐组分的摩尔比以促进相互连通的孔的形成，这 些孔的中值孔径为约1至约1000μm，更优选约1-100μm。在另一实施 方案中，通过自发泡剂中释放二氧化碳至少1分钟，更优选至少2、3 或4分钟，最优选约5分钟或更长，促进孔的形成；发泡剂中碳酸氢盐 相对于碳酸盐的摩尔比的增加会增加二氧化碳的释放时间，同时孔隙率 提高。