專利名稱：一種復合人工骨及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的可降解復合人工骨及其制法。
治療因創(chuàng)傷、腫瘤、感染、先天畸形等各種原因所致的骨缺損，是矯形外科學的一大難題。理想的治療方法不但要求恢復骨的完整性和連續(xù)性，而且還要盡可能縮短這種恢復所需要的時間，使骨骼盡早獲得正常力學性能，避免發(fā)生因不負重或制動時間過長而引起的廢用性肢體功能喪失。傳統(tǒng)的治療是通過在缺損部位移植自體骨和/或異體骨來實現(xiàn)上述目的的。自體骨再生能力強、愈合快、無免疫排斥反應(yīng)，是迄今最為安全可靠的植骨材料，但是其來源有限，而且延長手術(shù)時間，增加病人痛苦，還可能在供骨部位引起并發(fā)癥。異體骨盡管來源豐富，但經(jīng)處理后常常失去其原有的強度，并且其抗原性也難以完全消除，更令人擔心的是異體骨移植有可能導致某些疾病的傳播，其安全性缺乏保證。因此，研制和尋找理想的材料來替代骨移植，一直是醫(yī)學和生物材料科學領(lǐng)域的一項重要課題。
骨替代材料按其來源可分為人工材料和天然材料兩大類。人工材料常見的有鈣磷陶瓷、生物玻璃、金屬以及有機高分子聚合物等；天然材料常見的有膠原、纖維蛋白、珊瑚以及經(jīng)各種處理的異體或異種骨等。單一成分的材料由于難以同時滿足生物相容性、成骨能力、降解速度、機械強度等諸多方面的要求，其應(yīng)用范圍十分局限。目前的研究普遍傾向于將不同特點的材料復合在一起，達到材料間優(yōu)勢互補的目的如將人工材料和天然材料復合，有機材料和無機材料復合，骨傳導材料和骨誘導材料復合等。復合材料的性能總體上較單一成分的材料有所改善，但大多仍存在制備工藝復雜、生產(chǎn)成本高昂的問題，而且由于生產(chǎn)周期長，不易滿足個性化治療的需要?？傊?，盡管目前應(yīng)用的人工骨材料種類繁多，但其綜合性能大多仍存在爭議，尚無一種材料能達到公認的理想材料的標準。中國專利92104430公布了用磷酸三鈣人工骨浸漬生長因子溶液形成復合人工骨方法。中國專利申請96119175、98113252公布了將珊瑚轉(zhuǎn)變成羥基磷灰石“人工骨”方法。這些人工骨都存在上面所述綜合性能不理想的缺點。
本發(fā)明的目的是提供一種生物相溶性好、成骨能力強、可控制降解速度、機械強度好、制作工藝簡單、原材料易得的一種新型復合人造骨及其制造方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下復合人工骨含有聚乳酸和珍珠層粉，其重量比為1∶1～2，珍珠層粉的粒度在200目以下，或再添加骨誘導成分骨形態(tài)發(fā)生蛋白，其孔隙率35～95％，平均孔徑100～350μm。其制備方法為將聚乳酸溶于有機溶劑三氯甲烷中，配成均勻的溶液，再將珍珠層粉、致孔劑氯化鈉加入溶液中，充分攪拌均勻，形成一種凝膠狀的混合物。將此混合物置于成型器皿內(nèi)，讓有機溶劑自然揮發(fā)，混合物逐漸固化成形，成為多孔塊狀結(jié)構(gòu)。將制得的塊狀混合物置于塑形模具內(nèi)，在60℃～80℃溫度、10Mpa以上壓力下模塑成形，(由于此時聚乳酸呈半熔融狀態(tài)，材料在塑形的同時被壓緊，籍此可以消除材料中因溶劑揮發(fā)而形成的無規(guī)則孔隙)，待塑形模具冷卻后，取出模塑料，用蒸餾水浸泡除去氯化鈉晶體，即成多孔結(jié)構(gòu)復合人工骨。
在上述原料中，珍珠層粉顆粒應(yīng)盡可能小，以能通過200目網(wǎng)篩為基準；加入的氯化鈉重量可根據(jù)對孔隙率的要求控制在占總重量的40％～90％，氯化鈉顆粒的大小可根據(jù)對孔徑的要求控制在40～160目。經(jīng)過上述步驟所制得的材料內(nèi)部孔隙分布均勻，孔隙間相互交通，孔隙率為35％～95％，平均孔徑在100μm～350μm；最大壓縮強度和彎曲強度分別可達30MPa和80Mpa。
珍珠層(Nacre)是海洋生物珍珠貝科動物的貝殼內(nèi)層，其主要成分是文石型碳酸鈣，并含有微量蛋白質(zhì)和金屬元素。國外新近的研究表明珍珠層具有良好的生物相容性和成骨能力，植入體內(nèi)后可與骨組織直接結(jié)合，并逐漸被新骨組織所取代。但是，珍珠層的塊狀物難以塑形，粉狀物又缺乏有效的機械強度，使其應(yīng)用受到了限制。
聚乳酸(PLA)是由丙交酯單體在一定條件下聚合而成的可降解高分子材料。聚乳酸作為可降解材料已有20年的研究和應(yīng)用歷史，大量的體內(nèi)外實驗證明該材料不僅具有良好的生物相容性和骨傳導性能，而且可以進行完全的生物降解，其降解產(chǎn)物可進入人體的代謝途徑，最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。聚乳酸具有較好的機械強度和成形性能，能溶于有機溶劑，還可在一定溫度下重新塑形。但是，聚乳酸的降解速度較慢，與人體骨修復速度不匹配，而且由于局部酸性降解產(chǎn)物的積聚常常導致遲發(fā)的無菌性炎癥，這在很大程度上限制了該材料的廣泛使用。
本發(fā)明選擇珍珠層(Nacre)和聚乳酸(PLA)兩種材料為原料，采用新的制備工藝，復合成一種新型的人工骨材料。該材料不僅綜合了珍珠層和聚乳酸兩者的優(yōu)點，而且克服了上述缺陷，綜合性能明顯改善。
在以聚乳酸為原料制備復合材料時，通常利用溶液澆鑄、水浸除鹽技術(shù)將其與其它成分重新組合。但是，在制作過程中不僅鹽晶體的溶解可以致孔，有機溶劑的揮發(fā)也會產(chǎn)生大量無規(guī)律的孔隙，因而所制得的復合材料質(zhì)地不夠均勻，表征難以控制，而且材料的機械強度很差。本發(fā)明在傳統(tǒng)的溶液澆鑄、水浸除鹽技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加控溫模壓塑形步驟，在塑形的同時消除了由于有機溶劑揮發(fā)所產(chǎn)生的孔隙，使材料的孔隙主要由加入的鹽晶體來控制，材料的孔隙率、孔徑和加入的鹽晶體的數(shù)量、粒度之間有較好的對應(yīng)關(guān)系。這樣，所制得的材料不僅質(zhì)地均勻、表征穩(wěn)定，而且其機械強度明顯增強。
總之，本發(fā)明具有以下特點原料來源豐富，易于獲得或制備；原料具有良好的生物相容性，無免疫原性，無毒性及致瘤性；材料的構(gòu)成包括無機成分和有機成分，在分子水平符合骨組織是雙相性組合材料的特點；材料能以可控制的速度進行生物降解，其降解產(chǎn)物可通過正常代謝排出體外；珍珠層的主要成分為碳酸鈣，可中和聚乳酸在降解過程中產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物，避免了聚乳酸降解所致的無菌性炎癥；材料具備一定的機械強度，可對骨缺損起支架作用；材料的形狀、力學強度、孔隙率、孔徑可以方便地調(diào)控，符合個性化治療的要求；制備材料所需的條件簡單，必要時還可在制備過程中添加一些耐熱(60℃)、耐有機溶劑的活性因子如骨形態(tài)發(fā)生蛋白等，使材料同時具有骨傳導和骨誘導功能；材料還可以方便地加工成其它組織工程材料，在臨床上具有廣泛的用途。
實施例珍珠層和聚乳酸重量比為1∶1～2、孔隙率為45％、平均孔徑為150μm的復合人工骨的具體制備方法。
在潔凈燒杯內(nèi)加入分析純?nèi)燃淄?0ml，將粒度200目以下的聚乳酸2g加入其中，密封靜置12小時，直至聚乳酸完全溶解，形成一透明粘稠的溶液；再將粒度200目以下珍珠層粉2g、粒度80～120目的氯化鈉粉4g加入聚乳酸溶液中，充分攪拌均勻，形成一種凝膠狀的混合物；將此混合物移入一方形玻璃或金屬器皿內(nèi)，置于37℃恒溫干燥箱中24小時，由于三氯甲烷的揮發(fā)，混合物逐漸固化成型，成為多孔塊狀結(jié)構(gòu)；將塊狀混合物置于特制的金屬塑形模具內(nèi)(形狀可根據(jù)需要自行設(shè)計)，置于加壓裝置上，加熱至60℃～80℃后，在10Mpa以上壓力下進行模塑，模具冷卻后，取出材料；將塑形后的材料浸泡于500ml蒸餾水中，使材料中的氯化鈉晶體溶解析出，6小時更換蒸餾水一次，直至蒸餾水中檢測不出氯離子為止，即形成多孔結(jié)構(gòu)復合人工骨。
經(jīng)上述過程制得的復合人工骨體積約4cm3，珍珠層與聚乳酸重量比為1∶1～2，孔隙率為45％左右，平均孔徑為150μm。材料的最大壓縮強度和彎曲強度分別為20Mpa和65Mpa。材料的形狀可因模具不同而塑為方形、條狀、圓柱狀，亦可切割加工成其它形狀。經(jīng)干燥、環(huán)氧乙烷消毒后即可使用。具有上面所述的優(yōu)良性能。
權(quán)利要求
1.一種復合人工骨，其特征在于含有聚乳酸和珍珠層粉，它們的重量比為1∶1～2，或再添加骨誘導成分骨形態(tài)發(fā)生蛋白，材料的孔隙率為35％～95％，平均孔徑為100μm～350μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合人工骨，其特征在于珍珠層粉的粒度在200目以下。
3.一種制備復合人工骨的制法，其特征在于將聚乳酸溶于有機溶劑三氯甲烷中，配成均勻的溶液，再將珍珠層粉、40～160目的致孔劑氯化鈉加入溶液中，充分攪拌均勻，形成一種凝膠狀的混合物；將此混合物置于成型器皿內(nèi)，讓有機溶劑自然揮發(fā)，混合物逐漸固化成型，成為多孔塊狀結(jié)構(gòu)；將制得的塊狀混合物置于塑形模具內(nèi)，在60℃～80℃溫度、10Mpa以上壓力下模塑成形，待塑形模具冷卻后，取出模塑料，用純水浸泡除去氯化鈉晶體，即成多孔結(jié)構(gòu)復合人工骨。
4.權(quán)利要求3所述的復合人工骨的制備方法，其特征在于致孔劑氯化鈉的粒度最好在80～120目。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型可降解復合人工骨及其制法:以聚乳酸、珍珠層粉為基本骨架原料,以氯化鈉晶體顆粒為致孔劑,通過澆注注模、控溫模壓塑形、水浸除鹽致孔等處理,制成一種多孔結(jié)構(gòu)的骨替代材料。該材料具備理想骨替代材料的大多數(shù)特點,可在一定范圍內(nèi)調(diào)整強度、孔徑和孔隙率,便于滿足個性化治療的要求;還可以在制備時添加骨誘導成分,提高材料的成骨能力;也可以用作組織工程材料,臨床應(yīng)用前景廣泛。
文檔編號A61L27/00GK1374073SQ0110763
公開日2002年10月16日 申請日期2001年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月14日
發(fā)明者陳建庭, 劉金標, 金大地, 吳一民, 周勁松 申請人:陳建庭, 劉金標