[发明专利]墨鱼骨转化系列多孔生物陶瓷

说明书

技术领域

本发明涉及医用材料领域，具体地说，是墨鱼骨转化系列多孔生物陶瓷及其制备方法。

背景技术

由于意外事故、创伤、战争或矫形手术所致的骨缺损需要进行骨移植。国内每年需骨移植的病人逾三百万，另外，随着人口的老龄化，骨骼强度逐渐降低，发生骨折的几率逐渐增大，需要骨移植的案例还在不断增加。自体骨移植是治疗骨缺损的金标准，但自体骨来源有限，给患者增加了新的创伤，并且取骨区会有一定的并发症。目前替代自体骨移植的材料主要是同种异体骨和人工替代骨。同种异体骨虽然具有成骨传导作用，但存在免疫原性并可能传播病原体，或引发一些社会伦理问题。为了克服自体骨、同种异体骨移植存在的缺陷，运用材料科学和生物医学技术，研究开发跟人体自然骨成分和结构接近的骨移植替代材料，钙磷陶瓷成为当前人们关注的热点。目前理想的骨移植替代材料缺乏，国际国内医疗市场上现有的产品，主要由欧美生产，价格昂贵。

人体骨骼的主要的无机成分是钙磷陶瓷，其中羟基磷灰石(hydroxyapatite，HAP)约占骨成分的84％，CaCO?10%，柠檬酸钙2%，其余为其它钙磷成分及钠、镁等离子。目前钙磷陶瓷的研究主要集中在材料的互通多孔结构和高孔隙率及可降解性等方面，被应用于药物的缓释控释载体、骨移植替代材料及骨组织工程支架。钙磷陶瓷对人体无毒副作用，无致癌作用，具有良好的生物相容性和生物活性，其界面结合性能均优于各类医用钛、硅橡胶及植骨用碳素材料，可以与骨形成牢固的结合。新骨可以从HAP植入体与原骨结合处沿着植入体表面和内部贯通性孔隙攀附生长，能与组织在界面上形成化学键性结合。然而，HAP具有人自然骨类似的晶相，与骨组织趋向化学和生物学平衡，在体内似乎是过于稳定而降解过缓。βTCP钙磷陶瓷是另外一个研究较深入并在临床应用的主要材料，较HAP有更大的溶解度和降解速度，但有些研究人员报道说，βTCP降解速度太快而不利于新骨的形成与结合。CaCO₃、TTCP及NaCaPO₄有较高的溶解度。Kangasniemi等提出NaCaPO₄在体内有与HAP同样的活性，但展现较高程度的溶解度，NaCaPO₄有与TCP类似的降解特性但有更大的溶解度。生物中如果含有CaCO₃、TTCP、TCP、NaCaPO₄等可改善陶瓷活性。据统计资料，新西兰临床可获得的骨移植替代材料中含CaCO₃、TTCP、TCP、NaCaPO₄、α-TCP、β-TCP的复合材料均可降解，但这些骨替代材料均为合成材料，难以具备互通的微孔结构、足够大的孔径及高孔隙率。常用的烧结及发泡法制备的人工合成材料的微孔多为不互通的独立气泡孔，泡壁阻碍新骨长入材料中央。骨替代材料的理想孔隙率大于80%，理想的孔径200-400um，且要求空道互通，这些有利于细胞迁移、增殖和分化，有利于营养的弥散和血管的侵入，有利于新骨的合成与结合。而以牛骨烧结和珊瑚转化而来的HAP保持牛骨和珊瑚原有微孔结构及孔隙率。墨鱼骨(Cuttlebone)是海洋生物墨鱼的舟状脊骨，中医又名海螵蛸，祖国医学中有收敛止血、制酸止带等功效，主要化学成份为碳酸钙、磷酸钙，还有少许钠、镁等离子，具有与其海洋漂浮习性相适应的精妙的三维网状结构，是已知比重最轻、漂浮性能最好的骨骼，具有人类骨相似的微量元素和极高的孔隙率，资源丰富，取材及加工方便。国内外有人利用墨鱼骨转化形成HAP 材料，认为墨鱼骨转化HAP 材料保持了墨鱼骨的三维网状结构，但羟基磷灰石(HAP)作为骨移植替代材料因其不能降解而存在明显缺陷。高温烧结墨鱼骨可致墨鱼骨骨矿支架塌陷，李亚屏等用微波烧结的方法成功地制备了墨鱼骨骨矿支架，保持了墨鱼骨精妙的三维微孔结构，孔隙率约85%，孔径135-500um，证实墨鱼骨孔隙率，孔径及微孔互通性极佳，已于2009年9月21日申请中国专利，中国专利文献号CN 101934087A，发明名称为一种碳化后的墨鱼骨在骨科中的应用，该发明公开了一种碳化后的墨鱼骨的新用途，具体说，是一种碳化后的墨鱼骨，在制备治疗骨缺损、骨肿瘤及囊肿疾病医学材料中的应用。但该发明仅对墨鱼骨做了碳化处理，得到的墨鱼骨骨矿支架的成分为碳酸钙，而没有转化成骨活性公认良好钙磷陶瓷。总之，目前国内外没有对具有理想骨移植替代材料微结构（极佳三维互通微孔结构、高孔隙率及理想孔径）的墨鱼骨进行充分的利用，因此，亟需一种对具有理想骨移植替代材料微结构的墨鱼骨进行充分转化利用的方法，以制备具有理想骨移植替代材料微结构，有类似人骨的骨盐成分，具有良好的生物相容性、生物活性及可降解性的骨移植替代材料，但是关于这种墨鱼骨的转化方法及转化所得物质目前还未见报道。