專利名稱：可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用作硬組織修復(fù)或替代的一種可緩釋生物活性因子的類骨 生物醫(yī)用材料及其制備方法。
技術(shù)背景羥基磷灰石涂層具有優(yōu)良的生物相容性，骨傳導(dǎo)性。利用等離子噴涂工藝 在醫(yī)用金屬移植體表面制備羥基磷灰石涂層治療骨疾病，恢復(fù)患者生理機(jī)能在臨床獲得了廣泛的應(yīng)用。如中國(guó)專利CN1064610采用等離子噴涂工藝在齒科金 屬表面制備羥基磷灰石涂層，中國(guó)專利CN1316274采用電解沉積法制備羥基磷 灰石涂層等。但是，等離子噴涂工藝過程溫度達(dá)到一千度以上，無法實(shí)現(xiàn)在涂 層中引入穩(wěn)定性有限的生物活性因子。而單純的羥基磷灰石涂層生物活性有限， 并不能刺激成骨細(xì)胞的增殖和分化，進(jìn)而促進(jìn)成骨作用。這使得植入體在體內(nèi) 與骨組織結(jié)合緩慢，治愈期長(zhǎng)，效果不佳。模仿自然骨成分和形成過程，利用 電化學(xué)反應(yīng)為膠原分子自組裝和礦化提供反應(yīng)動(dòng)力和微環(huán)境，獲得成分和結(jié)構(gòu) 與骨組織相似的生物活性涂層，同時(shí)可控的釋放生物活性因子調(diào)控促進(jìn)骨生長(zhǎng)， 是增強(qiáng)醫(yī)用移植體材料生物活性，加快早期治愈速度的理想方法。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料及其制備方法。本發(fā)明的可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料，由醫(yī)用金屬移植體和 涂覆在醫(yī)用金屬移植體表面的可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層組成， 所說的生物活性因子為骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-4，骨形態(tài)發(fā)生蛋白 -7，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2基因中的一種或幾種，所說的類骨生物活性涂層為膠原纖 維和鈣磷酸鹽復(fù)合物。上述的醫(yī)用金屬移植體可以是鈦、鈦合金、鈷鉻鉬合金、鈷鉻合金、醫(yī)用 不銹鋼或具有羥基磷灰石涂層、含氟羥基磷灰石涂層或二氧化鈦涂層的醫(yī)用金 屬移植體?？删忈屔锘钚砸蜃拥念惞巧镝t(yī)用材料的制備方法，包括以下步驟1) 將含鈣和磷的化合物溶于水中，配制成Ca濃度為2.0mM 42mM， P濃 度為1 mM 25 mM的A溶液；2) 將溶解有膠原的酸性溶液與A溶液混合，攪拌形成B溶液，使B溶液中 膠原濃度為0.1g/L 3.0g/L;然后加入生物活性因子，使溶液中生物活性因子的 濃度為0.01 5g/L，調(diào)節(jié)溶液的pH值為3.5 5.0，作為電解質(zhì)溶液；3) 在電化學(xué)沉積裝置中，將醫(yī)用金屬移植體用作陰極，鉑為陽極，飽和甘 汞電極或氯化銀電極為參比電極浸入電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液溫度為18°C 50 °C，陰極與陽極間工作距離為1 cm 20cm。4) 采用恒電流或恒電壓模式在醫(yī)用基體表面電沉積，恒電流模式的電流大 小為0.5 mA 100mA，恒電壓模式的電壓為1 V 30 V，沉積時(shí)間為0.05 h~24 h。 反應(yīng)結(jié)束后取出醫(yī)用金屬移植體清洗，干燥后獲得可緩釋生物活性因子的類骨 生物醫(yī)用材料。上述的含鈣化合物可以是硝酸鈣或氯化鈣，所說的含磷化合物可以是磷酸 二氫銨、磷酸二氫鈉或磷酸二氫鉀。所說的酸性溶液為鹽酸或醋酸溶液。所說 的生物活性因子可以是骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-4，骨形態(tài)發(fā)生蛋白 -7，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2基因中的一種或幾種。本發(fā)明制備的可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料是模仿了 自然骨形成過程，在低溫水溶液的環(huán)境中，采用電化學(xué)沉積的方法為鈣磷酸鹽 的沉積和膠原分子的自組裝提供了動(dòng)力學(xué)支持，能有效地在醫(yī)用移植體表面獲 得類骨的生物活性涂層。而且在本發(fā)明中，通過鈣磷酸鹽和生物活性因子的共 沉積將生物活性因子結(jié)合到類骨生物活性涂層中，能實(shí)現(xiàn)可控的緩釋生物活性 因子，調(diào)控并誘導(dǎo)骨形成。本發(fā)明中引入的生物活性因子中，骨形態(tài)發(fā)生蛋白 在體內(nèi)可誘導(dǎo)新骨形成，加快骨修復(fù)。骨形態(tài)發(fā)生蛋白基因通過調(diào)控細(xì)胞內(nèi)源 性的合成骨形態(tài)發(fā)生蛋白，從而促進(jìn)骨組織的修復(fù)和生長(zhǎng)。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1) 本發(fā)明制備過程從分子水平上模仿自然骨形成過程，在低溫水溶液中 通過鈣磷酸鹽的沉積和膠原分子自組裝成膠原纖維合成化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)與 自然骨類似的生物活性涂層。(2) 本發(fā)明采用電解沉積的方法在醫(yī)用基體周圍的電解質(zhì)溶液形成pH梯 度，為沉積鈣磷酸鹽在醫(yī)用基體表面的沉積和膠原纖維的吸附和礦化提供了良 好的環(huán)境。(3) 本發(fā)明采用電解沉積的方法有利于在涂層中引入生物活性因子。(4) 本發(fā)明制備的可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料可 降解并且緩釋生物活性因子。(5) 本發(fā)明制備的可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料生 物活性良好，通過緩釋生物活性因子誘導(dǎo)骨生長(zhǎng)，加快治愈過程。(6)本發(fā)明采用的制備工藝條件簡(jiǎn)單易行，高效，易于產(chǎn)業(yè)化。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。 實(shí)施例1將Ca(N03)2 6H20和NH4H2P04溶于蒸餾水中，配制成鈣濃度為4.5 mM， 磷濃度為9 mM的A溶液。將膠原溶于鹽酸溶液后與A溶液混合，形成B溶液， 使得B溶液中膠原濃度為0.2g/L。將骨形態(tài)蛋白-2加入B溶液，使溶液中骨形 態(tài)蛋白-2濃度為0.01 g/L，并用氨水將溶液的pH值調(diào)節(jié)到5.0，作為電解質(zhì)溶 液。將醫(yī)用鈦合金移植體用作陰極，鉑為陽極，飽和甘汞電極為參比電極浸入 電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液的溫度為37t:，陰陽兩電極工作距離為2cm,采用恒 電流的模式保持電流為15mA，沉積lh后取出醫(yī)用金屬移植體清洗，干燥后獲 得可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料。 實(shí)施例2將Ca(N03)2 6H20和KH2P04溶于蒸餾水中，配制成鈣濃度為42 mM，磷 濃度為25mM的A溶液。將膠原溶于醋酸溶液后與A溶液混合，形成B溶液， 使得B溶液中膠原濃度為0.5g/L。將骨形態(tài)蛋白-4加入B溶液，使得溶液中骨 形態(tài)蛋白-4濃度為0.2g/L，并用Tris緩沖溶液將溶液的pH值調(diào)節(jié)到3.5，作為 電解質(zhì)溶液。將醫(yī)用不銹鋼移植體用作陰極，鉑為陽極，氯化銀電極為參比電 極浸入電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液的溫度為18°C，陰陽兩電極工作距離為20cm， 采用恒電壓的模式保持電壓為30 V，沉積0.5 h后取出醫(yī)用不銹鋼移植體清洗， 干燥后獲得可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料。 實(shí)施例3將CaCl2和NaH2P04溶于蒸餾水中，配制成鈣濃度為2 mM，磷濃度為1 mM 的A溶液。將膠原溶于鹽酸溶液后與A溶液混合，形成B溶液，使得B溶液中 膠原濃度為5 g/L。將骨形態(tài)蛋白-7加入B溶液，使得溶液中骨形態(tài)蛋白-7濃度 為5g/L，并用氨水將溶液的pH值調(diào)節(jié)到5.0，作為電解質(zhì)溶液。將醫(yī)用鈷鉻鉬 合金移植體用作陰極，鉑為陽極，飽和甘汞電極為參比電極浸入電解質(zhì)溶液， 電解質(zhì)溶液的溫度為5(TC，陰陽兩電極工作距離為2cm，釆用恒電流的模式保 持電流為10mA，沉積24h后取出醫(yī)用鈷鉻鉬合金移植體清洗，干燥后獲得可 緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料。 實(shí)施例4 將Ca(N03)2 6H20和NH4H2P04溶于蒸餾水中，配置成鈣濃度為21 mM， 磷濃度為15 mM的A溶液。將膠原溶于醋酸溶液后與A溶液混合，形成B溶 液，使得B溶液中膠原濃度為lg/L。將骨形態(tài)蛋白-2基因加入B溶液，使得溶 液中骨形態(tài)蛋白-2基因濃度為0.2g/L，并用氨水將溶液的pH值調(diào)節(jié)到4.5，作為電解質(zhì)溶液。將醫(yī)用具有含氟羥基磷灰石涂層的金屬移植體用作陰極，鉑為 陽極，飽和甘汞電極為參比電極浸入電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液的溫度為33°C， 陰陽兩電極工作距離為3cm，采用恒電流的模式保持電流為10mA，沉積0.5 h 后取出醫(yī)用金屬移植體清洗，干燥后獲得可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料。 實(shí)施例5將Ca(N03)2 6H20和麗4112 04溶于蒸餾水中，配置成鈣濃度為5 mM， 磷濃度為IO mM的A溶液。將膠原溶于醋酸溶液后與A溶液混合，形成B溶 液，使得B溶液中膠原濃度為0.5g/L。將骨形態(tài)蛋白-2加入B溶液，使得溶液 中骨形態(tài)蛋白-2濃度為0.05 g/L，并用氨水將溶液的pH值調(diào)節(jié)到5.0，作為電 解質(zhì)溶液。將醫(yī)用具有二氧化鈦涂層的金屬移植體用作陰極，鉑為陽極，飽和 甘汞電極為參比電極浸入電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液的溫度為25°C，陰陽兩電極 工作距離為3cm，采用恒電壓的模式保持電壓為3V，沉積2h后取出醫(yī)用移 植體清洗，干燥后獲得可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料。 實(shí)施例6將Ca(N03)2 6H20和NH4H2P04溶于蒸餾水中，配置成鈣濃度為4.5 mM， 磷濃度為9 mM的A溶液。將膠原溶于醋酸溶液后與A溶液混合，形成B溶液， 使得B溶液中膠原濃度為0.5 g/L。將骨形態(tài)蛋白-2基因加入B溶液，使得溶液 中骨形態(tài)蛋白-2基因生物活性因子濃度為0.02 g/L，并用Tris緩沖溶液將溶液的 pH值調(diào)節(jié)到4.8，作為電解質(zhì)溶液。將醫(yī)用金屬移植體用作陰極，鉑為陽極， 氯化銀電極為參比電極浸入電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液的溫度為37°C，陰陽兩電 極工作距離為2cm，采用恒電壓的模式保持電流為3V，沉積1.5h后取出醫(yī)用 移植體清洗，干燥后獲得可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料。
權(quán)利要求
1.可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料，其特征是由醫(yī)用金屬移植體和涂覆在醫(yī)用金屬移植體表面的可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層組成，所說的生物活性因子為骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-4，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-7，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2基因中的一種或幾種，所說的類骨生物活性涂層為膠原纖維和鈣磷酸鹽復(fù)合物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料，其特 征是所說的醫(yī)用金屬移植體為鈦、鈦合金、鈷鉻鉬合金、鈷鉻合金、醫(yī)用不銹 鋼或具有羥基磷灰石涂層、含氟羥基磷灰石涂層或二氧化鈦涂層的醫(yī)用金屬移 植體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料的制備方法，其特征是包括以下步驟1) 將含鈣和磷的化合物溶于水中，配制成Ca濃度為2.0mM 42mM， P濃 度為1 mM 25 mM的A溶液；2) 將溶解有膠原的酸性溶液與A溶液混合，攪拌形成B溶液，使B溶液中 膠原濃度為0.1g/L 3.0g/L;然后加入生物活性因子，使溶液中生物活性因子的 濃度為0.01 5g/L，調(diào)節(jié)溶液的pH值為3.5 5.0，作為電解質(zhì)溶液；3) 在電化學(xué)沉積裝置中，將醫(yī)用金屬移植體用作陰極，鉑為陽極，飽和甘 汞電極或氯化銀電極為參比電極浸入電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液溫度為18°C~50 °C，陰極與陽極間工作距離為1 cm 20cm。4) 采用恒電流或恒電壓模式在醫(yī)用基體表面電沉積，恒電流模式的電流大 小為0.5mA 100mA，恒電壓模式的電壓為1 V~30 V，沉積時(shí)間為0.05 h~24 h。 反應(yīng)結(jié)束后取出醫(yī)用金屬移植體清洗，干燥后獲得可緩釋生物活性因子的類骨 生物醫(yī)用材料。
4. 按權(quán)利要求3所述的可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料的制備方 法，其特征是所說的含鈣化合物為硝酸鈣或氯化鈣。
5. 按權(quán)利要求3所述的可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料的制備方 法，其特征是所說的含磷化合物是磷酸二氫銨、磷酸二氫鈉或磷酸二氫鉀。
6. 按權(quán)利要求3所述的可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料的制備方 法，其特征是所說的酸性溶液為鹽酸或醋酸溶液。
7. 按權(quán)利要求3所述的可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料的制備方 法，其特征是所說的生物活性因子為骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-4， 骨形態(tài)發(fā)生蛋白-7，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2基因中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明公開的可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料，由醫(yī)用金屬移植體和涂覆在醫(yī)用金屬移植體表面的可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層組成。采用電解沉積的方法制備，電解質(zhì)溶液中含鈣、磷化合物、骨基質(zhì)膠原蛋白和生物活性因子，以醫(yī)用金屬移植體為工作電極，鉑為參考電極，通過電極反應(yīng)在醫(yī)用金屬移植體表面沉積可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層。采用本發(fā)明方法在金屬移植體表面獲得的生物活性涂層與單純的無機(jī)相涂層相比，在成分和結(jié)構(gòu)上與自然骨更相似，而且能可控的緩釋生物活性因子，調(diào)控并促進(jìn)骨生長(zhǎng)。解決了商業(yè)用等離子噴涂羥基磷灰石涂層生物活性有限，不能促進(jìn)骨生長(zhǎng)，所需治愈時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、高效、易于產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號(hào)A61L27/00GK101156964SQ20071015655
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月8日
發(fā)明者宋晨路, 張溪文, 剛 徐, 杜丕一, 汪建勛, 鴿 沈, 逵 程, 翁文劍, 苗順東, 趙高凌, 韓高榮 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)