[发明专利]生物体内可降解的多孔镁基复合组织工程支架材料

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种组织工程领域的多孔镁基复合材料，具体的说，是一种生物体内可降解的多孔镁基复合组织工程支架材料。

背景技术    

组织工程学是应用少量组织细胞经体外培养扩增后，吸附到一种生物相容性良好并可被机体降解的生物材料(支架)上，然后接种到机体内形成新的具有生命力和相关功能的组织。骨组织工程是其中的一种，其最大的优点是形成了具有生命力的活体组织。用少量组织修复大量组织缺损并可按照预制形状塑形，为组织缺损的修复提供了新思维、新方法。理想的骨、软骨组织工程支架材料或细胞载体应具有以下条件：良好的生物相容性，适宜的生物降解性，有效的表面活性，一定的可塑性，具有三维多孔结构。

目前研究开发的骨组织工程支架材料主要有可降解高分子聚合物和生物陶瓷等，但是聚合物和陶瓷材料的机械性能比较差，而且聚合物的降解产物例如乳酸和羟基乙酸等，若浓度较高可造成局部pH的降低，损伤组织。近年来，研究重点逐渐转移至羟基磷灰石和骨胶原的直接复合上，但是这种材料的强度不够高，不适用于承重骨的植入替换和修复。因此，目前国内外的研究大量集中在寻找合适的多孔材料作为新的植入组织工程材料。在生物体内能被降解，最终为机体所吸收，同时材料本身又具有生物活性，本发明涉及的就是这样一种新型金属基复合材料。

镁是地球上储量最丰富的元素之一，也是人体内第四位、细胞内第二位最丰富的阳离子，是人体中不可缺少的重要营养元素。镁在生命过程中促进骨及细胞的形成，催化或激活机体300多种酶系。镁在体内三大代谢中通过调节核糖体DNA及RNA的结构而对蛋白质的合成起关键作用。镁做为生物医用材料具有良好的医学安全性基础。

经对现有技术的文献检索发现，Frank Witte等人在《Biomaterials》(生物材料)期刊2007年28卷第2163-2174页中报道了“Biodegradablemagnesium-hydroxyapatite metal matrix composites”(生物可降解镁-羟基磷灰石金属基复合材料)，他们通过体外细胞培养实验研究羟基磷灰石颗粒增强镁合金用做骨组织工程用可降解支架可行性，结果发现此含HA增强体的镁合金复合材料的细胞相容性良好，样品上的骨原细胞(HBDC)，成骨细胞(MG-63)和巨噬细胞(RAW264.7)的数量都比对照组(组织工程塑料，TCP)多，且具有可调节的机械和腐蚀性能，具有良好的应用潜力。文献中还提到所研究的AZ91D镁合金中含有Al元素等其他元素，虽然镁的生物相容性基础良好，但Al元素不属于人体的必需微量元素，被认为具有神经毒性，是导致早老性痴呆的因素，一定程度上降低了细胞活性。

发明内容

本发明针对现有传统支架材料的不足，提供一种生物体内可降解的多孔镁基复合组织工程支架材料。本发明采用粉末冶金工艺制备的骨组织工程支架材料，利用镁在水介质中的化学反应转变为镁离子，镁离子通过体内的吸收和肾脏的代谢来调节平衡，从而使支架材料在体内逐渐被降解吸收。Mg²⁺离子参与一系列新陈代谢过程，包括骨细胞的形成，加速骨愈合能力等，适宜作为骨组织工程的支架材料，促进骨细胞的黏附增殖繁衍，增强自我修复能力，加速自体修复的速度。多孔镁支架材料具有良好的生物相容性和力学性能基础，可较好地满足骨组织工程支架材料综合力学性能和生物学安全的要求。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用高纯度镁粉及镁合金粉作为基体，不同含量的HA(羟基磷灰石)作为增强体，尿素作为造孔剂，制备骨组织工程多孔支架材料。本发明各组分及其体积百分比含量：高纯度镁及镁合金粉70％-20％，HA粉10％-20％，造孔剂20％-70％。

本发明是通过传统的粉末冶金的制备方法，利用造孔剂在烧结过程中挥发得到孔洞的方法制备得到骨组织工程多孔支架材料。使用尿素作为造孔剂，与HA粉末和高纯镁或者镁合金粉(高纯Mg-Zn合金，高纯Mg-Zn-Ca合金，高纯Mg-Zn-Ca-Fe合金，高纯Mg-Mn合金，高纯Mg-Zn-Mn合金，上述合金纯净度均不小于99.99％。)以不同比例球磨混粉，球磨机转速100r/min，球磨时间约6-10小时，100MPa保压2-3min成型。烧结先升温至150-200℃，保温4-5h；再升温至烧结温度300-600℃(根据各合金成分不同而不同)，保温2-4h，炉冷。