[发明专利]一种多孔活性人工骨及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，涉及一种具有径向孔道的多孔活性人工骨的制备方法。

背景技术

在现代医疗领域中，由创伤、感染、肿瘤切除和骨髓炎等导致的骨缺损修复问题一直是整形外科及骨科领域的难题之一。

目前普遍使用人工骨或骨粒材料对小尺寸缺损进行填充治疗，而对于大范围的骨缺损，多用自体骨或异体骨移植到患者体内缺损部位，目前人工骨在临床上之所以较少用于大尺寸骨缺损，主要是由于其在力学性能和孔径结构等方面难以达到要求，并且人工骨在修复效果上比起自体骨来还是稍逊一筹。

临床上人工骨材料目前主要使用磷酸钙类陶瓷。磷酸钙类陶瓷材料具有良好的生物相容性、优异的骨传导能力，并且能促进骨中血管形成。常见的磷酸钙陶瓷人工骨主要分多孔型和密实型两种，密实型人工骨一般强度高，能用于承重部位的骨缺损修复，但由于其结构上缺乏孔隙，不利于成骨细胞的长入、代谢交换以及体液循环，因此不利于成骨细胞的粘附、增殖及新骨形成。多孔型人工骨则一般具有较高的孔隙率和较大孔径，能够为成骨细胞的生长、增殖、代谢活动及营养物质交换提供良好环境，但强度普遍较低，无法用于承重部位骨缺损的修复。因此，制备具有较高力学强度，同时具有适合骨细胞生长的孔径结构的人工骨，具有十分重要的临床应用价值。

目前市场上使用较多的骨块材料除异种骨外，主要是β-TCP、或β-TCP与HA的混合物，它们具有诸多的优点，特别是在骨传导性及细胞相容性方面具有明显优势。但大多都不具有适合成骨细胞生长的孔径结构，不能有效的输送细胞代谢产物及营养物质，不利于细胞的迁移与增殖，且不利于血管化。

发明内容

本发明解决的主要技术问题是提供一种多孔活性人工骨材料及其制备方法，从而解决现有技术中骨修复材料不具有径向孔道和多孔结构，力学强度较低，不利于成骨细胞的生长、体液的循环以及血管化等问题。

为解决上述技术问题，提供一种多孔活性人工骨，以磷酸钙基生物陶瓷材料为基体，包括密实部分、交替分布的小孔、以及径向孔道，并螯合有双膦酸盐进行缓释；该径向孔道是沿基体径向设计的方便输送细胞营养液、代谢物体液的径向孔道。

所述小孔孔径为100~1000μm，整体孔隙率约为30~70%；径向孔道贯穿整个基体，其直径为30~120μm；所述负载双膦酸盐的载药浓度为0.1~10μg/mL；所述人工骨的抗压强度10~30MPa。

所述磷酸钙基生物陶瓷材料包括磷酸酸钙β-TCP，其质量百分数为20~100%；所述双膦酸盐是选自阿仑膦酸钠、奈立膦酸钠、奥帕膦酸钠、利塞膦酸钠以及伊本膦酸钠、唑来膦酸中的一种或几种组成的混合物。所述磷酸钙基生物陶瓷材料还可进一步包括质量百分数为0~80%羟基磷灰石HA。

本发明还提供所述人工骨的制备方法，主要包括以下步骤：

步骤1：制备磷酸钙前驱体粉末；

步骤2：由致孔剂和聚酯纤维与前驱体粉末在模具中压制成型陶瓷坏体；

步骤3：高温烧结成磷酸钙基陶瓷烧结体，且在烧结体的基体上形成具有密实部分、交替分布的小孔、以及径向孔道的结构；

步骤4：将步骤3所得磷酸钙基陶瓷烧结体浸入一定浓度的双膦酸盐溶液进行螯合双膦酸盐，从而获得载药的多孔活性人工骨。

所述步骤1是由钙源溶液和磷源溶液在一定条件下进行共沉淀反应，洗净干燥后研磨成粉；所述步骤2中，致孔剂与聚酯纤维以(5~10):1的质量比混合；所述步骤3中先进行预干燥再进行烧结；步骤4中，所述双膦酸盐是选自阿仑膦酸钠、奈立膦酸钠、奥帕膦酸钠、利塞膦酸钠以及伊本膦酸钠、唑来膦酸中的一种或几种组成的混合物。

所述步骤1进一步包括以下工艺：

A）将摩尔比为1.2~1.7的一定浓度的钙源溶液和磷源溶液混合，控制pH值在10~12的条件下反应，得到磷酸钙前驱体浆体；

B）将磷酸钙前驱体浆体离心、洗涤、干燥，得到前驱体粉末；

C）在前驱体粉末中混入质量百分数为0.2~5%的抑制剂，研磨混合均匀；抑制剂为选自硫酸铵、硫酸镁或硫酸钠中的一种或几种，抑制剂可以是水溶液或者固体粉末。

所述步骤2包括：将质量百分数分别为20~50%的前驱体粉末、40~80%的致孔剂及聚酯纤维、0~10%粘结剂混合，在模具中液压成型，制成密实的陶瓷坯体；其中，所述液压条件为：10~20MPa；在模具中，聚酯纤维纵向布置。所述致孔剂为硬脂酸、丙烯酰胺聚合物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种；所述粘结剂为质量百分浓度为1~10%的PVA溶液。

步骤3进一步包括以下步骤：