[发明专利]一种表面非晶化的梯度多孔聚磷酸钙陶瓷材料的制备方法

说明书

本发明提供一种表面非晶化的梯度多孔聚磷酸钙陶瓷材料的制备方法。利用热辐射和热传递加热的温差使CPP材料成为仅有外露表面熔融的梯度材料，然后通过保温、极冷等方法消除材料的应力缺陷，通过控制CPP陶瓷晶体熔点的临界温度烧成，可以将梯度多孔聚磷酸钙支架制成一端为熔融冷凝的致密玻璃相表面，另一端为多孔松质骨形态，致密层与疏松层紧密结合，疏松层包括小孔过渡层和大孔层并且孔径大小与孔隙率都成梯度分布，结构类似关节软骨组织的梯度生物材料。步骤简单、操作方便、实用性强。

技术领域

本发明属于生物陶瓷技术领域，特别涉及一种表面非晶化的梯度多孔聚磷酸钙陶瓷材料的制备方法。

背景技术

骨软骨组织工程材料

支架材料是组织工程的核心要素，具有下4方面的主要作用：①作为连接细胞和组织的框架，引导组织生长成特定形态；②作为信号分子的载体，将其运送到缺损部位，并作为特定细胞相关诱导因子缓释体使其植入体内缓慢发挥诱导作用；③作为细胞繁殖分化和新陈代谢的场所，为细胞生长输运营养物质，排除代谢废物；④支架表面的特殊位点与细胞产生特异性反应，对不同类型细胞起“身份斟别”及选择黏附的作用。真对骨软骨复合组织，理想的组织工程支架材料应该满足以下10个基本条件：①具有良好的生物相容性：材料本身或降解产物对细胞、组织和机体无毒性，植入体内后不引起免疫排斥反应；②具有可生物降解性，降解速度与组织再生的速度相匹配；③具有适宜孔隙结构，能为细胞的均匀分布和生长增殖提供足够的空间。④促进细胞黏附与增殖，能通过表面修饰、控释生物分子，或对环境刺激做出响应等机制对种子细胞的黏附和生长进行调控。⑤具备承载相关诱导因子的能力，使其植入体内缓慢发挥诱导作用。⑥支架的容积应保持不变，不发生吸收膨胀或皱缩。⑦支架应能与宿主周围正常组织的结构相似，植入体内后能够与宿主融为一体。⑧具有良好的稳固性，使其不易从缺损处脱落。⑨具有适宜的弹性，以满足关节活动时传导应力的需要。⑩具有容易制备、易消毒、保存等特性。目前尚无一种材料能同时具备以上10个条件，这也是目前组织工程骨软骨存在缺损区修复组织质量缺陷、与宿主界面整合欠佳及缺乏相应力学功能等问题的原因所在。关节软骨中骨软骨下骨部分修复孔隙率60±15％，抗压强度2-12Mpa。

关节骨软骨组织工程支架材料的来源包括两大类：天然来源的材料和人工合成材料。(1)天然材料：用于骨组织构建的主要包括各种经过物理、化学处理的天然骨组织，异种骨和同种异体骨，如脱钙骨基质、脱蛋白骨等；天然珊瑚及珊瑚人工骨；天然大分子物质，如胶原、藻酸钙等。用于软骨组织构建的主要有脱细胞的软骨基质材料，甲壳素、胶原、藻酸钙、纤维蛋白、透明质酸等。胶原蛋白与壳聚糖是天然骨软骨复合组织仿生生物材料被广泛研究。(2)人工合成材：用于骨组织构建的主要包括陶瓷材料，如羟基磷灰石(HA)、磷酸三钙(TCP)、双相钙磷陶瓷(BCP)、生物活性玻璃陶瓷(BGC)等；有机高分子材料。用于软骨构建的也主要是有机高分子材料。人工合成材料不受来源的限制，容易加工成形，可根据需要调整物理、化学、生物力学和降解性能。

骨软骨复合组织是结构和组成较为复杂的功能器官，由透明软骨层、钙化软骨层和软骨下骨三层组织构成，在骨软骨复合组织中，各层间以特有的组成与结构紧密连接并具有不同的组织功能。其中，透明软骨层由软骨细胞和Ⅱ型胶原、糖胺聚糖等细胞外基质组成，主要功能为缓冲分解应力，保护软骨下骨不受损伤；软骨下骨由成骨细胞、破骨细胞和羟基磷灰石、Ⅰ型胶原等细胞外基质组成，主要功能吸收应力，维持关节的形状；钙化软骨层的主要功能是将透明软骨牢固地固定在软骨下骨上，同时钙化层将关节端骨软骨复合组织分成两个氧和营养含量完全不同的微环境。人们往往忽视了对关节软骨与软骨下骨之间的界面连接结构―钙化软骨层的构建。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种表面非晶化的梯度多孔聚磷酸钙陶瓷材料的制备方法。制成一端为熔融冷凝的致密玻璃相表面(钙化层软骨)，另一端为多孔松质骨形态(软骨下骨)，结构类似关节软骨组织的梯度生物材料。梯度多孔陶瓷材料包括表面为表面熔融非晶致密层(钙化层软骨)和疏松层(软骨下骨)，致密层与疏松层紧密结合，疏松层包括小孔过渡层和大孔层并且孔径大小与孔隙率都成梯度分布。