[发明专利]一种复合骨修复生物活性材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于外科医疗手术中修复和填充骨组织缺损的新型有机无机复合生物材料的制备方法。

背景技术

组织工程学为骨缺陷的修复提供了新的方法和思路，三维支架材料，即细胞外基质替代物，是骨组织工程研究的关键之一。骨支架材料既可以诱导周围组织向骨的转变，又可以作为移植骨细胞的载体，应该具有良好的生物相容性、骨传导性、骨诱导性以及良好的机械性能。而现有的单一材料很难满足骨组织工程对支架材料的要求，基于仿生的概念-自然骨是由纳米磷灰石和高分子材料胶原纤维构成的无机/有机复合材料，纳米磷灰石和高分子材料相结合制成的复合支架材料引起了人们广泛的关注，如Kikuchi M等人(Biomaterials，22(2003)：1705-1711)在仿生条件下通过自组织机理制备了羟基磷灰石/胶原复合材料；李玉宝等人制备了纳米磷灰石/聚酞胺复合支架材料((ZL 03135262.6)；姚康德等人制备了壳聚糖-明胶/磷酸钙复合支架材料(ZL 00136757.9)。

上述组织工程支架中所使用的纳米羟基磷灰石与人体骨组织相似的无机成分，含有人体组织所必需的钙和磷元素，且不含其它有害元素。植入体内后，在体液的作用下，钙和磷会游离出材料表面，被机体组织所吸收，并能与人体骨骼组织形成化学键结合，生长出新的组织。而且，羟基磷灰石陶瓷是目前公认的具有良好生物相容性，并具有骨引导性，即生物活性的陶瓷材料。然而，相比于其它生物活性材料如生物玻璃陶瓷，采用羟基磷灰石的不利之处便是它与骨骼之间的反应性较低，且与骨骼整合的速率也相对较低，这意味着病人需要更长的康复时间。

近年来，随着再生医学研究和组织工程技术的发展，对生物材料的性能有了更高的要求，有学者提出了第三代生物材料的概念，认为新一代生物材应该既具有生物活性，又可降解。研究发现，一些含硅的生物玻璃兼具有这两种特性，其生物活性体现在可以在模拟体液或体内环境中诱导形成类骨磷灰石，这种类骨磷灰石可以与骨组织形成健合。此外，研究显示这类生物玻璃材料具有促进细胞增殖和成骨基因表达的作用。但是，生物活性玻璃存在不易再加工成型，进一步热处理后生物活性和降解性会发生变化等问题。

另外在羟基磷灰石应用中，为了提高羟基磷灰石的生物活性，借鉴生物玻璃的由于含硅元素具有良好生物活性的特点，在其中添加硅元素来改善其临床性能。含硅羟基磷灰石就是其中的一类改性材料。目前合成含硅羟基磷灰石均采用将硅引入到磷灰石的晶格中，如合成羟基磷灰石后直接涂敷正硅酸乙酯然后煅烧，或者羟基磷灰石固相反应中添加硅化合物，一同煅烧(Arcos D，Rodriguez-Carvajal J，Vallet-Regi M. Neutron scatteringfor the study of improved bone implants.Physica B，2004，350：607-610)；或者在液相反应中直接加入正硅酸乙酯，一同反应后煅烧等(Gibson I P，Best S M，Bonfield W. Chemicalcharacterize of silicon-substituted hydroxyapatite.J Biomed Mater Res，1999.4：422-428)，其目的是为了硅元素进入到羟基磷灰石的晶格中，从而使得晶格形成缺陷和歧化，提高其在植入生物体内的反应活性。但从整个制备过程来看，无论是湿法制备还是干法制备，为了将硅元素和磷灰石形成均相掺杂，进行高温煅烧，其目的是为了提高反应活性，但是制备出的羟基磷灰石粉体在干燥和煅烧过程团聚现象严重，晶体增粗增大，与人体骨骼中的弱晶型纳米骨磷灰石结构相去甚远，降低了生物活性和界面反应活性。因此用硅改性的煅烧的羟基磷灰石，无论是单独使用，还是与高分子材料进行复合，其反应活和生理降解性都有所降低。

因此目前用纳米磷灰石和高分子材料相结合制成的复合支架作为骨组织工程材料，无论是将干燥或者煅烧后的纳米羟基磷灰石与高分子材料复合，还是直接与高分子材料原位复合制备的高分子材料/纳米羟基磷灰石复合材料，还是采用硅掺杂制备高生物活性的羟基磷灰石作为无机成分，都无法兼顾纳米羟基磷灰石的类骨磷灰石的结构及结晶性，以及生理反应活性。

发明内容