[发明专利]HAP/TCP/TTCP多相多孔陶瓷人工骨的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于制造和骨组织工程领域，特别涉及一种HAP/TCP/TTCP多相多孔陶瓷人工骨的制备方法。其方法为利用激光选择性的烧结纳米HAP粉末，激光束的高能量密度特性能够将粉层快速加热至高温，使部分HAP分解为TCP与TTCP，从而制备由HAP/TCP/TTCP多相组成的多孔陶瓷人工骨。同时可通过调节激光功率和扫描速度控制各物相间的转化时间，实现对人工骨中物相含量的调节，进而达到对其降解速度的调控。 

技术背景

目前，研究制备人工骨已成为医学与骨组织工程领域探索的新方向。骨组织工程的主要目标是构建结构复杂和可降解的人工骨支架，然后将细胞与骨支架复合后进行骨缺损修复。骨支架不仅为细胞提供结构支撑，保持原有组织的形状，而且还起到模板作用，为细胞提供赖以寄宿、生长、分化和增殖的场所，引导组织再生。为使人体骨细胞在骨支架表面繁殖生长，骨支架在人体骨生长的同时逐渐降解直至被完全吸收，需要人工骨满足以下要求：(1)良好的生物相容性与骨传导性；(2)良好的降解性且可调的降解速率；(3)具有互连的三维多孔结构。 

磷酸钙生物陶瓷具有良好的生物相容性，能与细胞表现出良好的亲和性，已经被广泛用作骨组织工程支架材料。磷酸钙生物陶瓷主要包括羟基磷灰石(Hydroxylaptite，HAP)、磷酸三钙(Tricalcium phosphate，TCP)、磷酸四钙(Tetracalcium，TTCP)和它们的混合物，其成分与骨矿物组成类似，它们在生物环境下能发生不同程度的降解并被组织吸收，因此被认为是最典型的生物陶瓷。骨支架的降解对组织的生长具有重要的作用，如果降解速度过快，新生骨组织来不及长入；而降解速度太慢，就会阻碍骨组织的生长，因此需要骨支架的降解速率与新生骨组织的生长速率相一致。同时由于病人的个性化与骨组织的差异化，具有可调节的降解速率也是非常必要的。 

HAP具有良好的生物活性，能与人体骨形成牢固的骨键合，但其在体内不易降解；TCP具有良好的骨诱导性，但其在体内的降解速度过快，与新骨生长速度不匹配，骨支架强度随着降解的进行大幅度下降，限制了其在临床上的应用。因此，单一材料不能很好地满足骨修复要求。利用不同性质的材料复合而成的人工骨支架，不仅兼具组分材料的性质，而且可以得到单组分材料不具备的新性能。研究表明HAP/TCP等多相陶瓷具有可控的生物性能和更高的韧性。更重要的是可通过调整骨支架中HAP与TCP的比例，实现对人工骨降解速度的调控。 

HAP在低于200℃会失去可逆吸附水，温度高于800℃后会进一步失去牢固结合的水而转变为氧磷灰石：Ca₁₀(PO₄)(OH)₂→H₂O+Ca₁₀(PO₄)₆O□，□为空位，Ca₁₀(PO₄)₆O□为氧磷灰石。在更高的温度下的HAP会进一步发生分解反应： Ca₁₀(PO₄)₆O→2Ca₃(PO₄)₂+Ca₄P₂O₉，其中Ca₃(PO₄)₂为TCP，Ca₄P₂O₉为TTCP。这为利用单一HAP材料制备多相陶瓷人工骨提供了理论依据。选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)是一种采用激光有选择地分层烧结固体粉末，层层叠加生成所需形状零件的快速成型技术，能够制造复杂的外形和互联的三维多孔结构。激光束的高能量密度特性能够将粉层快速加热至高温，使部分HAP转化为TCP和TTCP。更重要的是，通过控制激光工艺参数能够实现对物相转化时间的控制，有望实现对人工骨中物相含量的调节。 

因此，本发明提出利用高能量密度激光选择性的烧结单一HAP粉末，制备由HAP/TCP/TTCP多相组成的多孔陶瓷人工骨。同时通过调节激光功率和扫描速度控制各物相间的转化时间，实现对人工骨中物相含量的调节，这对于调控人工骨降解速度使其与新骨生长速度相一致具有重要的意义。 

发明内容

本发明提出一种利用SLS技术烧结单一HAP材料制备HAP/TCP/TTCP多相多孔人工骨支架的方法，主要包括以下步骤：