[发明专利]含多种活性离子的多孔复合生物材料及制备方法

说明书

本发明涉及医用材料生产技术领域，特别涉及一种含多种活性离子的多孔复合生物材料及制备方法。

 

背景技术

人自然骨矿是含Ca、P、C、Si、O、H、Zn、Sr、Mg、Mn、Cu、Fe、S、Al、Xi、K、Na、Cl等元素及其它微量元素的的复合物。在人骨矿化工程中存在着广泛的类质同像替换行为，因而人骨矿成分十分复杂。总体上而言，人骨矿成分主要为磷酸盐、次之为碳酸盐，亦存在少量硅酸盐成分。模拟人骨矿成分及结构是骨移植替代材料或骨组织工程支架研发的策略方向，人们希望模拟人工骨可降解，植入体内可释放骨重建的有益元素和活性元素，作为临时支架支持骨修复，并在骨修复过程中逐渐降解、在骨修复完成时人工骨支架降解完毕而实现新骨的完全修复。由于人骨骨矿的主要成分为磷酸盐，人们对钙磷材料给予了极大重视并进行了大量深入研究，钙磷人工骨移植替代材料具有良好的生物相容性、骨传导性，磷酸钙陶瓷植入体内发生溶解降解，释放Ca、P（指全部游离的无机磷酸根离子如H₂PO₄^1-、HPO₄^2-、PO₄^3-）进入活体循环系统然后形成新生骨。

碳酸盐亦是自然生物骨矿的重要成分（墨鱼骨的骨矿成分为自组装碳酸钙陶瓷；碳酸盐也是人骨矿的主要成分之一，约占人骨矿重量8%，为含钙的碳酸盐，亦存在钙离子与镁、锰、锌等离子的同质置换）。碳酸钙亦是复合人工骨移植替代材料的常见成分，具有较好的生物降解性及生物相容性，是新骨形成的有益（元素）组分。

尽管在人骨骨矿中只有少量的硅酸盐成分，但研究发现，在人骨骨化过程中，硅与钙的含量正相关，体内和体外研究表明硅对骨骼的形成和矿化有重要的作用，是目前另一类重要的骨移植替代材料--生物玻璃的核心成分。非玻璃相硅酸钙（硅酸钙经高温煅烧成玻璃相）有良好的溶解降解特性（优于磷酸三钙）和生物活性，在植入人体的早期即开始溶解降解，释放硅离子。

目前，一般认为不含活性离子的磷酸盐、玻璃相硅酸盐、碳酸钙材料不具备骨诱导活性。近年来，人们试图在人工合成磷灰石中加入活性离子，已有的研究表明，这些微量成分能有效的刺激蛋白活性，促进细胞生长和骨生长。

作为骨修复材料或组织工程支架材料，除了材料材料成分的因素（与材料的毒性、细胞相容性、骨诱导特性、降解性相关）外，还应具有良好的多孔结构即骨传导性，孔隙率越大越有利于细胞及血管的长入，200-400um的孔径（三维互通）最有利于新骨形成。现有的工艺多经过沉淀法制备材料前体粉末或利用现成粉体再经混料成型、煅烧等工艺形成陶瓷、玻璃块体，不仅工艺复杂，而且很难达到理想的三维互通多孔结构、煅烧可改变材料的晶体结构、减低溶降速率及生物活性。含活性离子的羟基磷灰石是是研究最多的改性材料。国家自然科学基金重点资助项目(10832012) 以 Ca (NO₃ )₂ ·6H₂ O、(NH₄ ) ₂ HPO₄ 和 Mg(NO₃ ) ₂ ·6H₂ O 为反应原料，分别配制浓度为0.3 和 0.5mol/L 的溶液。用浓氨水调节钙和镁溶液，使pH >11；磷溶液的 pH >10。取一定量Mg(NO₃ ) ₂ 和Ca (NO₃ )₂ 溶液充分混合，再加入 0.4g 聚乙二醇，磁力搅拌使之溶解。在搅拌条件下，将(NH₄ ) ₂ HPO₄ 液缓慢滴加到 Ca 和 Mg 溶液中(保持 n(Ca + Mg)/ n(P)=1.67)，搅拌均匀，然后转入内衬为聚四氟乙烯的不锈钢水热釜中 (填充度为 70 %)，于 180 ℃水热处理8h制得 Mg₂HA粉体。Mg₂HA粉体可作为原料制备含Mg₂HA的复合块体或水泥等的材料，但这些材料难以具备骨移植替代材料需要的三维互通微孔结构，且含Mg₂HA的复合块或水泥的降解速率太小，不能实现材料降解速率及活性离子释放的可调控。

发明内容