[发明专利]锶协同有序微米结构成骨的羟基磷灰石生物陶瓷制备方法

说明书

本发明涉及一种锶协同有序微米结构成骨的羟基磷灰石生物陶瓷制备方法，包括以下步骤：(1)制备锶掺杂的羟基磷灰石粉体；(2)将锶掺杂的羟基磷灰石粉体与粘结剂混合均匀，置于底部垫有有机塑料网筛的模具中，经干压成型、高温烧结，冷却后得到锶掺杂的羟基磷灰石生物陶瓷。与现有技术相比，本发明采用干压成型技术，以网眼孔径尺寸为25‑75μm的有机塑料网筛作为调控有序结构的模板，在锶掺杂羟基磷灰石的基础上制备表面具有有序微米图案结构，使其具有更好的成骨细胞的黏附、增殖及分化，制备方法新颖、简单易行、且无需特殊设备即可低成本、规模化制备获得具有协同成骨分化作用的锶掺杂表面有序微米结构羟基磷灰石生物陶瓷。

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种锶协同有序微米结构成骨的羟基磷灰石生物陶瓷制备方法。

背景技术

羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HAp)与人骨磷灰石组成结构相似，且具有无毒、安全、良好的生物相容性。在体内，羟基磷灰石在体液的作用下，会部分降解，释放出钙和磷并参与成骨，从而具有骨传导作用。但是，作为骨组织工程细胞外基质替代物的HAp相对亲水性差、细胞吸附力弱以及骨诱导性差，需要进行必要的表面修饰和化学修饰，以提高表面生物活性、利于细胞在材料上的粘附、促进细胞增殖分化以及骨诱导性。近年来研究表明，植入体化学改性和表面形貌修饰可有效提高成骨活性及成骨速率。

锶(Strontium，Sr)作为人体内必需的微量元素，是骨骼和牙齿的重要组成部分，在元素周期表中与钙(Calcium，Ca)同族，化学结构和极性具有相似性，Sr具有刺激骨基质形成，抑制骨吸收的功能。研究表明，Sr掺入HAp后，Sr离子可置换HAp中的Ca离子，成为锶掺杂羟基磷灰石(Sr-HAp)，而且由于Sr离子和Ca离子之间半径和性质的差异，会使原有HAp晶格发生改变，改变HAp的晶体结构和生物降解性，从而使其具有更好的生物相容性和骨传导性。但任何一种元素在体内都存在最佳生物学浓度范围，超过这一范围就会存在毒性风险，Sr-HAp的生物学性能的改变与掺锶量密切相关。

成骨细胞在材料表面的粘附、增殖及分化等生物行为是骨组织再生修复的基础，通过对材料表面结构进行修饰可更好的模拟细胞生存微环境，最大限度地提高细胞的附着和组织整合，有利于骨组织的修复与再生。图案化技术(patterning technique)为材料表面修饰的重要方法，其在微电子、光学、化学等领域已有广泛的研究与应用，而90年代末美国哈佛大学的两位教授所领导的课题组合作完成了材料图案化与细胞响应之间的关系研究，为此技术在生命科学领域的应用开辟了新的道路(Piccolo et al.1997)。2004年，McBeath R等首次研究了材料图案化技术修饰对干细胞的作用。目前，各种类型的图案化技术被应用于制备生物材料的研究，使表面修饰的材料可以对细胞外基质进行细胞水平和分子水平的仿生与模拟，对细胞黏附、增殖、迁移、及分化等生物学行为起到促进作用。近年来研究表明，细胞自身及其形成的黏着结构的尺寸都在微米尺度，微米图案修饰不仅能够精确控制细胞位置、尺寸、形状等多方面，还可以有效促进细胞的黏附、增殖、以及分化等性能，因此微米图案修饰被用于细胞黏附及凋亡行为的研究。进一步，近年来科学家逐渐揭示了表面修饰的一些因素对于干细胞例如骨髓间充质干细胞等的分化、增殖行为也有显著影响，例如细胞间的接触程度和细胞的铺展面积等。综上，微米图案表面修饰对于提高骨组织工程生物材料的性能具有重要作用。