專利名稱：一種骨修復(fù)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米雙相磷酸鈣/明膠骨修復(fù)材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
骨修復(fù)材料的研制開發(fā)一直是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域大批科學(xué)工作者努力的方向。現(xiàn)在手術(shù)中實(shí)際使用的骨修復(fù)材料效果最好的是自體骨和異體骨。但是自體骨數(shù)量有限，而異體骨又有免疫排斥和感染疾病的危險(xiǎn)。人們已經(jīng)開發(fā)了由金屬、陶瓷、高分子以及其復(fù)合材料制成的多種骨修復(fù)材料。但是這些材料各有不足，在臨床中沒有哪一種能夠與自體骨或異體骨相媲美。
考慮到自體骨和異體骨的生物學(xué)優(yōu)勢主要在于它們的結(jié)構(gòu)和成分與天然骨完全相同。從材料的組成來看，羥基磷灰石(Ca5(PO4)3(OH), HA)相和膠原無疑是復(fù)合物的最佳組分。因?yàn)镠A與自然骨的礦物成分有相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的生物活性和骨誘導(dǎo)性；而膠原則是一種擁有生物活性的天然聚合物，具有與受體細(xì)胞結(jié)合的配位體，細(xì)胞觸發(fā)蛋白降解的感受性和天然可塑性好。但是作為骨修復(fù)材料，它們都存在性能上的缺陷。首先合成的HA普遍認(rèn)為是不可降解的，即使納米尺度可以加速HA的降解，但其降解率仍然非常低。而且在大多數(shù)研究中都是使用高溫?zé)Y(jié)的HA作為礦物組分，并不能發(fā)揮HA優(yōu)良的生物性能。其次膠原主要來自人體或動物，存在來源有限，免疫原性和病原體的傳播等問題，使其很難得到后續(xù)的發(fā)展。從結(jié)合方式來看，目前的復(fù)合材料主要以機(jī)械混合為主，磷酸鈣與聚合物之間是一種簡單的物理混合物，兩者之間沒有原子或分子間的結(jié)合，合成的材料在體液環(huán)境下容易潰散。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種具有很好的生物相容性和很高的生物活性的納米雙相磷酸鈣/明膠骨修復(fù)材料及其制備方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種骨修復(fù)材料，以明膠溶液為母液，通過原料氫氧化鈣和磷酸反應(yīng)制備；明膠溶液的濃度為I. OX 10_3-1. OX 10_2g/ml ;磷酸的加入量以明膠重量為基準(zhǔn)，每克明膠加入0. 01-0. Imol ;氫氧化I丐與磷酸的摩爾比為I. 55-1. 65。本發(fā)明還提供了上述骨修復(fù)材料的制備方法，包括以下步驟
a、在8(T90°C下，將明膠(分析純)溶于去離子水，配置溶度為I.0X10_3 1. 0X10_2g/ml的明膠溶液，冷卻至室溫；
b、攪拌下，向明膠溶液中緩慢滴加磷酸，使每克明膠中含0.oro. ImolPO43-；
c.步驟b磷酸滴加完成后，攪拌下，緩慢滴加與明膠溶液同體積的氫氧化鈣水溶液，加入的氫氧化鈣與磷酸的摩爾比為I. 55^1. 65 ;攪拌反應(yīng)4飛小時(shí)，得到白色懸濁液；
d.將上述懸濁液靜置24 48小時(shí)，離心，取沉淀冷凍干燥后，研磨即得所述骨修復(fù)材料干粉。
其中步驟a中8(T90°C的溫度通過水浴控制；步驟b和c的攪拌過程通過磁力攪祥器完成。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)
(I)本發(fā)明以氫氧化鈣(Ca (OH)2)和磷酸(H3PO4)為原料制備的雙相磷酸鈣，具有優(yōu)良的生物活性和骨誘導(dǎo)性，以及可控的降解性能。同時(shí)反應(yīng)原料成本低，且反應(yīng)副產(chǎn)物僅為水，無須后續(xù)對沉淀物進(jìn)行反復(fù)地洗滌、過濾，制備工藝簡單，環(huán)保。(2)采用明膠溶液作為反應(yīng)母液，利用其良好細(xì)胞活性和無抗原性，作為支架材料可以避免膠原存在的免疫原性和病原體的傳播等問題。一方面明膠在雙相磷酸鈣形成過程中，能夠在其表面形成一層有機(jī)保護(hù)膜，抑制了雙相磷酸鈣晶粒的過度生長，使其晶粒保持在納米尺度；另一方面明膠的長鏈結(jié)構(gòu)使得生成的雙相磷酸鈣晶粒與明膠結(jié)合緊密，排列具有一定規(guī)律。由此得到的復(fù)合材料不但在成分上與自然骨相似，而且結(jié)構(gòu)上也有一定的仿骨性。(3)本發(fā)明制備得到的材料，具有良好的生物相容性和生物活性，可用作骨修復(fù)材 料。


圖I為實(shí)施例I中制備的骨修復(fù)材料的XRD圖譜；
圖2為實(shí)施例I中制備的骨修復(fù)材料去除明膠后的XRD圖譜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明骨修復(fù)材料進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例I
所用材料為分析純Ca(OH)2，分析純H3PO4 (含量彡85%，密度I. 689g/ml)，化學(xué)純明膠。a.在85°C水浴條件下，將明膠溶于去離子水，配置溶度為5. OX 10_3g/ml的明膠溶液100ml，冷卻至室溫；
b.在明膠溶液中緩慢滴加磷酸I.7ml，滴加時(shí)同時(shí)用磁力攪拌器攪拌；
c.在上述第二步的溶液中邊攪拌邊緩慢滴加氫氧化鈣的水溶液IOOml(氫氧化鈣的量為2. 96g);滴加完成后，磁力攪拌器攪拌5小時(shí)，得到白色懸濁液；
d.將上述懸濁液靜置36小時(shí)，去除上清液，離心分離出沉淀，放入冷凍干燥機(jī)干燥，研磨后制得干粉。采用X射線粉末衍射技術(shù)(XRD)對樣品的晶相進(jìn)行了表征，如圖I所示。其中出現(xiàn)了一些無機(jī)相的衍射峰，較高的衍射峰基底說明產(chǎn)物中有機(jī)成分明膠的存在。為了進(jìn)一步確定無機(jī)相的成分，我們采用水熱法將樣品洗滌去除明膠、烘干后進(jìn)行X射線衍射分析，如圖2所示。衍射峰與PDF卡片中磷酸鈣(Ca3(PO4)2)的標(biāo)準(zhǔn)圖譜(#702065)和羥基磷灰石(Ca5(PO4)3(OH))的標(biāo)準(zhǔn)圖譜(#090432)—致，沒有檢測到明顯的雜相峰，說明樣品中含有磷酸鈣(Ca3 (PO4)2)和羥基磷灰石(Ca5 (PO4)3 (OH))兩相成分。根據(jù)其中5個(gè)衍射峰的峰寬，用謝樂公式估算樣品的平均晶粒尺寸，約為87nm。以上結(jié)果說明本發(fā)明采用的技術(shù)方案可以成功獲得納米級雙相磷酸鈣/明膠粉體。實(shí)施例2所用材料為分析純Ca(OH)2，分析純H3PO4 (含量彡85%，密度I. 689g/ml)，化學(xué)純明膠。a.在90°C水浴條件下，將明膠溶于去離子水，配置溶度為1.0X10_2g/ml的明膠溶液100ml，冷卻至室溫；
b.在明膠溶液中緩慢滴加磷酸6.8ml，滴加時(shí)同時(shí)用磁力攪拌器攪拌；
c.在上述第二步的溶液中邊攪拌邊緩慢滴加氫氧化鈣的水溶液IOOml(氫氧化鈣的量為12. 2g);滴加完成后，磁力攪拌器攪拌6小時(shí)，得到白色懸濁液；
d.將上述懸濁液靜置48小時(shí)，去除上清液，離心分離出沉淀，放入冷凍干燥機(jī)干燥，研磨后制得干粉。實(shí)施例3 所用材料為分析純Ca(OH)2，分析純H3PO4 (含量彡85%，密度I. 689g/ml)，化學(xué)純明膠。a.在80°C水浴條件下，將明膠溶于去離子水，配置溶度為1.0X10_3g/ml的明膠溶液100ml，冷卻至室溫；
b.在明膠溶液中緩慢滴加磷酸0.068ml，滴加時(shí)同時(shí)用磁力攪拌器攪拌；
c.在上述第二步的溶液中邊攪拌邊緩慢滴加氫氧化鈣的水溶液IOOml(氫氧化鈣的量為0. Hg);滴加完成后，磁力攪拌器攪拌4小時(shí)，得到白色懸濁液；
d.將上述懸濁液靜置24小時(shí)，去除上清液，離心分離出沉淀，放入冷凍干燥機(jī)干燥，研磨后制得干粉。實(shí)施例4
所用材料為分析純Ca(OH)2，分析純H3PO4 (含量彡85%，密度I. 689g/ml)，化學(xué)純明膠。a.在80°C水浴條件下，將明膠溶于去離子水，配置溶度為1.0X10_3g/ml的明膠溶液100ml，冷卻至室溫；
b.在明膠溶液中緩慢滴加磷酸0.68ml，滴加時(shí)同時(shí)用磁力攪拌器攪拌；
c.在上述第二步的溶液中邊攪拌邊緩慢滴加氫氧化鈣的水溶液IOOml(氫氧化鈣的量為I. 22g);滴加完成后，磁力攪拌器攪拌5小時(shí)，得到白色懸濁液；
d.將上述懸濁液靜置36小時(shí)，去除上清液，離心分離出沉淀，放入冷凍干燥機(jī)干燥，研磨后制得干粉。實(shí)施例5
所用材料為分析純Ca(OH)2，分析純H3PO4 (含量彡85%，密度I. 689g/ml)，化學(xué)純明膠。a.在80°C水浴條件下，將明膠溶于去離子水，配置溶度為1.0X10_2g/ml的明膠溶液100ml，冷卻至室溫；
b.在明膠溶液中緩慢滴加磷酸0.68ml，滴加時(shí)同時(shí)用磁力攪拌器攪拌；
c.在上述第二步的溶液中邊攪拌邊緩慢滴加氫氧化鈣的水溶液IOOml(氫氧化鈣的量為I. 15g);滴加完成后，磁力攪拌器攪拌5小時(shí)，得到白色懸濁液；
d.將上述懸濁液靜置36小時(shí)，去除上清液，離心分離出沉淀，放入冷凍干燥機(jī)干燥，研磨后制得干粉。
權(quán)利要求
1.一種骨修復(fù)材料，其特征在于所述骨修復(fù)材料以明膠溶液為母液，通過原料氫氧化鈣和磷酸反應(yīng)制備；所述明膠溶液的濃度為1.0X10_3-1.0X10_2g/ml ;所述磷酸的加入量以明膠重量為基準(zhǔn)，每克明膠加入0.01-0. Imol ;所述氫氧化鈣與磷酸的摩爾比為I.55-1. 65。
2.權(quán)利要求I所述骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟 a、在8(T90°C下，將明膠溶于去離子水，配置明膠溶液，冷卻至室溫； b、攪拌下，向明膠溶液中緩慢滴加磷酸； c.步驟b磷酸滴加完成后，攪拌下，緩慢滴加與明膠溶液同體積的氫氧化鈣水溶液；滴加完成后，攪拌反應(yīng)4飛小時(shí)，得到白色懸濁液； d.將上述懸濁液靜置24 48小時(shí)，離心，取沉淀冷凍干燥后，研磨即得所述骨修復(fù)材料干粉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種骨修復(fù)材料及其制備方法。該骨修復(fù)材料以氫氧化鈣和磷酸為原料，以明膠溶液為反應(yīng)母液，采用中和法自組裝形成白色懸濁液，經(jīng)離心分離出沉淀，冷凍干燥后研磨得到。本發(fā)明制備得到的骨修復(fù)材料，具有良好的生物相容性和生物活性。
文檔編號A61L27/12GK102861356SQ201210399568
公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者劉斌, 姚義俊, 沈國柱, 吳紅艷, 蘇義, 盛群 申請人:南京信息工程大學(xué)