本發(fā)明涉及醫(yī)用材料領(lǐng)域，特別涉及一種可降解含鎂磷灰石多孔生物支架。

背景技術(shù)：

骨移植是僅少于輸血的組織移植，骨替代材料的研究、開發(fā)是目前醫(yī)學研究的重點之一。

構(gòu)成人骨骨礦有Ca、P、C、O、H、S、Fe、Mg、Cu、Si、Zn、Mn、Na、K等元素，在人骨礦化過程中這些元素存在廣泛的同質(zhì)替換行為，人骨具有復雜的組成及結(jié)構(gòu)。在骨組織工程支架或人工骨的設(shè)計過程中，關(guān)鍵要考慮人骨這種嚴重礦化組織的復雜組成及結(jié)構(gòu)；人骨不能被單一材料所提供的有限特性所完全替代，更為重要的是，支架還必須為骨組織的再生提供三維多孔微結(jié)構(gòu)以引導細胞的分化增殖，而且要能維持或較快取得足夠的力學強度來滿足被替代材料的力學要求。理想的骨移植替代材料或骨組織工程支架材料應具有以下條件:1)具有良好的骨傳導性，材料具有孔徑理想的三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，盡可能高的孔隙率及比表面積2)具有骨誘導性即有良好的成骨活性；3)具有良好的生物相容性以及支持骨細胞生長和功能分化的表面化學性質(zhì)與微結(jié)構(gòu)；4)具有良好的生物降解性；5)材料中承擔骨傳導作用的部分必須有足夠的力學強度及承載能力；6)易加工等。

Johan等2010年在一篇綜述中把新西蘭臨床可得到的骨移植替代材料歸納為四類：1、單相鈣磷材料包括羥基磷灰石轉(zhuǎn)化生物陶瓷三種、合成羥基磷灰石水泥一種，β-磷酸三鈣人工陶瓷兩種；2、復合材料包括磷酸四鈣/磷酸氫鈣、62.5％α-磷酸三鈣/26.8％無水磷酸氫鈣/8.9％碳酸鈣/1.8％羥基磷灰石、60％羥基磷灰石/40％b-磷酸三鈣、73％b-磷酸三鈣/21％磷酸二氫鈣/5％磷酸氫鎂、磷酸四鈣/磷酸氫鈣/無定形磷酸鈣、α-磷酸三鈣/碳酸鈣/磷酸二氫鈣等配方的合成水泥6種，配方為80％磷酸三鈣/20％磷酸氫鈣的人工陶瓷一種；3、單相硫酸鈣制備的泥膏或顆粒共四種；4、含硅生物玻璃一種。磷灰石、硫酸鈣是目前臨床上最為常見的骨移植替代材料或構(gòu)成成分。目前臨床缺少理想的骨移植替代材料，主要表現(xiàn)在理想三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)、極大的孔隙率及比表面積、可降解性、骨傳導性、骨誘導性及力學強度等特性多不能兼而有之。

臨床已經(jīng)應用的具有較為理想三維互通網(wǎng)孔微結(jié)構(gòu)的人工骨均為動物材料轉(zhuǎn)化而來：其中兩個來源于牛松質(zhì)骨經(jīng)過高溫燒結(jié)工序制備的多孔羥基磷灰石陶瓷骨，特點是保留了牛松質(zhì)骨自然骨礦的三維互通網(wǎng)孔微結(jié)構(gòu)且成分接近人骨骨礦成分，具有良好的生物相容性、良好的骨傳導性及較好抗壓縮強度，因高溫燒結(jié)程序而免卻異種骨免疫排斥反應及病原體導入之可能，且易于加工。來自牛骨的多孔羥基磷灰石具有60-90％的良好孔隙率且牛骨資源豐富，其孔徑為390-1360μm，稍大于150-400μm的骨移植替代材料及骨組織工程支架的理想孔徑；具備1-20MPa的良好的抗壓縮強度；植入機體內(nèi)有利于骨修復細胞募集、血管的進入、氧氣及組織液的交換，為骨修復細胞提供良好的生理活動空間與黏附支持；其巨大的缺點是高溫燒結(jié)牛松質(zhì)骨得到的骨礦—羥基磷灰石太過穩(wěn)定，在體內(nèi)降解太過慢長【無孔塊狀羥基磷灰石在體內(nèi)10年都不能完全降解】，在鈣磷類植骨材料中溶解度最低，降解速度遠遠不能與新骨形成速度匹配，亦不能持續(xù)釋放較高濃度鈣等成骨有益離子、因此缺乏良好的成骨活性，不利于骨的修復及改造。近20年來，有科學工作者試圖將煅燒牛松質(zhì)骨多孔羥基磷灰石轉(zhuǎn)化為磷酸三鈣或含磷酸三鈣的復相磷灰石陶瓷。

另外，磷酸鈣及其他生物基材料的生物活性因摻入生物活性離子可能被提高。已有的研究表明，這些生物活性離子能有效的刺激蛋白活性，促進細胞生長和骨生長。人體約含有25g鎂，鎂在人體骨形成和所有生長過程、維護骨細胞結(jié)構(gòu)與功能、骨代謝及重塑方面具有重要作用。低含鎂量的磷酸鎂鈣基骨水泥能夠顯著提高細胞的粘附能力。摻鎂磷酸鈣骨水泥因為可促進植入材料與骨組織間界面生成成為日益受到重視的新型骨修復生物材料：摻鎂骨水泥較容易配制，新西蘭等西方國家已有73％b-磷酸三鈣/21％磷酸二氫鈣/5％磷酸氫鎂配方的骨水泥在臨床上應用。復合配方含鎂的骨水泥具備降解性，可釋放鈣、磷、鎂等骨形成有益元素，移植后在機體內(nèi)能進行降解、離子交換，也不具備三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)而阻礙修復細胞及血管早期深入移植物內(nèi)部，缺乏良好的骨傳導性的三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

我們嘗試將磷、鎂摻入煅燒牛松質(zhì)骨多孔骨礦支架，將煅燒牛松質(zhì)骨單質(zhì)的羥基磷灰石轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N可降解含鎂磷灰石多孔生物支架。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有骨移植替代材料難以兼具良好三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)、機械強度、可降解性及生物活性等問題，提供一種可降解含鎂磷灰石多孔生物支架，將磷、鎂有效摻入具備自然骨礦復雜精妙的三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架中，將煅燒牛松質(zhì)單質(zhì)的羥基磷灰石轉(zhuǎn)化可降解含鎂磷灰石多孔生物支架。本發(fā)明的可降解含鎂磷灰石多孔生物支架兼具良好三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)與骨傳導性、可降解性、較好機械強度，動物骨缺損區(qū)移植實驗發(fā)現(xiàn)其良好的生物相容性及良好的骨修復效果。該可降解含鎂磷灰石多孔生物支架可能較多地滿足了骨移植替代材料或骨組織工程支架材料的理想的條件。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種可降解含鎂磷灰石多孔生物支架，其材料組成為如下成分中的一種：Ca_2.89Mg_0.11(PO₄)₂、Ca_2.71Mg_0.29(PO₄)₂、Ca_2.589Mg_0.411(PO₄)₂。

X線粉末衍射分析該可降解含鎂磷灰石多孔生物支架材料為鎂離子與總陽離子摩爾比在0.11-0.411:3的磷酸鎂鈣?？山到夂V磷灰石多孔生物支架材料可實現(xiàn)較好降解。我們通過改變復方配方中的反應物質(zhì)量比及濃度改變支架材料的鎂與總陽離子的質(zhì)量比。該可降解含鎂磷灰石多孔生物支架材料保留了牛自然骨骨礦精妙的三維互通網(wǎng)孔微結(jié)構(gòu)及其良好的機械強度?？山到夂V磷灰石多孔生物支架材料的在模擬體液環(huán)境下多有較好溶降，有鈣、鎂離子持續(xù)釋放。動物骨松質(zhì)骨缺損區(qū)移植觀察到骨修復細胞在支架內(nèi)良好的黏附、增殖、分化、分泌骨基質(zhì)，在支架內(nèi)可見極早的血管形成，成骨過程類似生理狀態(tài)的膜內(nèi)成骨；觀察期未見明顯免疫排斥反應及炎性反應，提示可降解含鎂磷灰石多孔生物支架具有良好的生物相容性，動物骨缺損區(qū)移植有快而良好的骨修復。

作為優(yōu)選，所述可降解含鎂磷灰石多孔生物支架的制備方法為：將牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架先在鎂源溶液中浸漬并蒸干后，再進入磷源溶液中水熱反應，取出干燥后，高溫煅燒。

作為優(yōu)選，牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架與鎂源溶液的料液比為10g：50mL，牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架與磷源溶液的料液比為10g：100mL。

作為優(yōu)選，所述鎂源為硝酸鎂；所述磷源為磷酸與磷酸二氫銨的組合。

作為優(yōu)選，所述鎂源溶液中的硝酸鎂濃度為0.05-0.2mol/L，所述磷源溶液中磷酸濃度0.85wt％，磷酸二氫銨濃度為0.75mol/L。

作為優(yōu)選，所述水熱反應采用恒溫水熱方式；恒溫水熱方式控制溫度70℃，反應時間24小時。

作為優(yōu)選，所述高溫煅燒的參數(shù)為900℃煅燒3小時。

作為優(yōu)選，所述牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架的制備方法為：

(1)將牛松質(zhì)骨切割成厚0.5-2cm的骨條或骨塊得原料骨；

(2)原料骨置于蒸餾水內(nèi)在高壓鍋內(nèi)蒸煮40-60min，然后用40-60℃飲用水清洗干凈，重復本步驟4-6次；

(3)將步驟(2)處理后的原料骨在恒溫烘箱內(nèi)80-120℃干燥12-24小時，然后置于煅燒爐內(nèi)，900-1200℃煅燒8-12小時，冷卻后得牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架。

作為優(yōu)選，所述可降解含鎂磷灰石多孔生物支架保持了牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架的三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)及機械強度，孔隙率70-85％，孔徑400-1400μm。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明可穩(wěn)定有效地將磷、鎂摻入牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架，將煅燒牛松質(zhì)骨多孔羥基磷灰石單質(zhì)支架轉(zhuǎn)化為含鎂質(zhì)量比變化的可降解含鎂磷灰石多孔生物支架，其成分為Ca_2.89Mg_0.11(PO₄)₂、Ca_2.71Mg_0.29(PO₄)₂、Ca_2.589Mg_0.411(PO₄)₂等。

可降解含鎂磷灰石多孔生物支架保持了自然骨骨礦三維互通網(wǎng)孔微結(jié)構(gòu)及其較好的機械強度，孔隙率70-85％，孔徑400-1400μm。由于磷酸鎂鈣有較好的降解速度，材料可降解；材料在模擬體液中有較好溶降速度，溶降后仍可保持良好的機械強度及網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，電鏡下可見磷酸鎂鈣支架的溶降與重新沉積。本發(fā)明的可降解含鎂磷灰石多孔生物支架材料在動物松質(zhì)骨骨缺損區(qū)移植時，可見修復細胞良好的募集、黏附、增殖分化、分泌基質(zhì)及快速的血管網(wǎng)形成，有良好的骨修復效果，可能提示材料良好的骨傳導性及生物活性；觀察過程中未發(fā)現(xiàn)免疫排斥反應及明顯的炎癥，提示可降解含鎂磷灰石多孔生物支架具備良好的生物相容性。

總之，可降解含鎂磷灰石多孔生物支架兼具良好三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)與骨傳導性、可降解性、較好機械強度。動物骨缺損區(qū)移植具有良好的生物相容性及骨修復效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明產(chǎn)品的一種的掃描電鏡圖。

圖2是本發(fā)明產(chǎn)品在模擬體液溶降實驗早期鈣值(n＝3，人血清鈣離子參考值2-2.67mmol/l)。

圖3本發(fā)明產(chǎn)品的一種模擬體液溶降實驗后材料的掃描電鏡圖。

圖4是本發(fā)明產(chǎn)品的一種移植實驗早期組織學圖示。

圖5是本發(fā)明產(chǎn)品的一種移植實驗后期期組織學圖示。

具體實施方式

下面通過具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的具體說明。

本發(fā)明中，若非特指，所采用的原料和設(shè)備等均可從市場購得或是本領(lǐng)域常用的。下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。

牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架的制備：

(1)將牛松質(zhì)骨(牛股骨髁松質(zhì)骨)切割成厚0.5-2cm的骨條得原料骨；

(2)原料骨置于蒸餾水內(nèi)在高壓鍋內(nèi)蒸煮40-60分鐘，然后用40-60℃水清洗干凈，重復本步驟4-6次；

(3)將步驟(2)處理后的原料骨在恒溫烘箱內(nèi)80-120℃干燥12-24小時，然后置于煅燒爐內(nèi)，900-1200℃(升溫速率10℃/分鐘)煅燒8-12小時，隨爐冷卻后得牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架。

總實施方案：

A：配料：磷源為磷酸和磷酸二氫銨；鎂源為硝酸鎂。

所述鎂源溶液中的硝酸鎂濃度為0.05-0.2mol/L，所述磷源溶液中磷酸濃度0.85wt％，磷酸二氫銨濃度為0.75mol/L。

B：稱取硝酸鎂溶液，牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架與硝酸鎂溶液的固液比為10g：50毫升；將牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架硝酸鎂溶液中，浸漬15-30分鐘后微波蒸干：微波輸出功率300-700w，時間15-30分鐘。

C：按牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架與磷源溶液的固液比為10g：100毫升，用磷源溶液浸沒步驟B處理后的牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架進行浸漬及水熱反應，水熱反應在恒溫條件下完成：恒溫箱溫度70℃，時間24小時。

D：取出步驟C處理完的牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架恒溫烘箱內(nèi)70℃干燥48小時。

E：將步驟D處理后的牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架在置于煅燒爐內(nèi)，900℃(升溫速率2.5℃/分鐘)煅燒3小時，1小時降溫至400℃后隨爐冷卻至得產(chǎn)品。

每一樣品進行大體觀察進行X射線粉末衍射(Xray diffraction,XRD)分析；選擇部分樣品進行用掃描電鏡進行顯微結(jié)構(gòu)觀察；進行模擬體液溶降實驗、骨缺損修復的動物實驗等。大體觀察觀察材料的大體形態(tài)、強度等，部分樣品用INSTRON—5566測試壓縮強度。模擬體液溶降實驗用醫(yī)用氯化鈉注射液作為模擬體液，檢測材料與模擬體液的固液質(zhì)量體積比為2克：100毫升，置入有蓋燒杯內(nèi)，在37℃恒溫條件下進行模擬體液溶降實驗，溶降實驗時30天，每隔3天用AU5800全自動生化分析儀檢測模擬體液內(nèi)鈣、磷、鎂離子測定；用國產(chǎn)電子天平測定溶降實驗30天后樣品的質(zhì)量并計算降解率；進行溶降實驗開始前、結(jié)束時材料的XRD分析與掃描電鏡觀察等。動物骨缺損修復試驗選擇4只健康新西蘭白兔，在兔股骨髁造成直徑8mm的骨缺損，采用多孔復合生物材料進行骨缺損修復，術(shù)后1、4周處死實驗動物，進行骨缺損修復的組織學檢查。

實施例1

60117

按鎂源溶液中的硝酸鎂濃度為0.05mol/L，磷源溶液中磷酸濃度0.85wt％，磷酸二氫銨濃度為0.75mol/L。先取硝酸鎂0.64克配制0.05mol/L硝酸鎂50毫升，將孔隙率約70-85％的牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架10克沉浸其中，微波輸出功率700瓦12分鐘，微波輸出功率500瓦18分鐘蒸干。取85w％磷酸1毫升、磷酸二氫銨8.62克配制0.85w％磷酸、0.75mol/L磷酸二氫銨復合溶液100毫升，取蒸干的牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架沉浸其中，70℃恒溫浸泡24小時取出；70℃干燥48小時；每分鐘升溫2.5℃至900℃，維持3小時后一小時降溫至400℃，后隨爐降至室溫得601171A；

601171A成分如下：

Ca_2.89Mg_0.11(PO₄)₂ 100％。

實施例2

601172

按鎂源溶液中的硝酸鎂濃度為0.1mol/L，磷源溶液中磷酸濃度0.85wt％，磷酸二氫銨濃度為0.75mol/L。先取硝酸鎂1.28克配制0.1mol/L硝酸鎂溶液50毫升，將孔隙率約85％的牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架10克沉浸其中，微波干燥；取85w％磷酸1毫升、磷酸二氫銨8.62克配制0.85w％磷酸、0.75mol/L磷酸二氫銨復合溶液100毫升，用復合溶液浸沒蒸干的牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架，燒杯反罩下70℃恒溫浸泡24小時取出；70℃干燥48小時；每分鐘升溫2.5℃至900℃，維持3小時后一小時降溫至400℃，后隨爐降至室溫得601172A；

601172A成分如下：Ca_2.71Mg_0.29(PO₄)₂ 100％。

實施例3

60117

按鎂源溶液中的硝酸鎂濃度為0.2mol/L，磷源溶液中磷酸濃度0.85wt％，磷酸二氫銨濃度為0.75mol/L。先取硝酸鎂2.56克配制0.2mol/L硝酸鎂溶液50毫升，將孔隙率約85％的牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架10克沉浸其中，微波干燥；取85w％磷酸1毫升、磷酸二氫銨8.62克配制0.85w％磷酸、0.75mol/L磷酸二氫銨復合溶液100毫升，用復合溶液浸沒蒸干的牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架，燒杯反罩下70℃恒溫浸泡24小時取出；70℃干燥48小時；每分鐘升溫2.5℃至900℃，維持3小時后一小時降溫至400℃，后隨爐降至室溫得60117A；

60117A成分如下：Ca_2.589Mg_0.411(PO₄)₂ 100％。

檢測結(jié)果：

材料大體觀察、強度測定、XRD成分分析及掃描電鏡觀察

各種產(chǎn)品完好保持牛松質(zhì)骨的預制形態(tài)，無碎裂、崩塌或粉末化等，具有較好的機械強度；10×10×10mm的1-3號標本用INSTRON—5566松質(zhì)骨測試壓縮強度見表1。X線衍射(XRD)檢測證實牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架經(jīng)沉浸鎂源及磷源溶液中的水熱反應，干燥后經(jīng)煅燒可轉(zhuǎn)化為含磷灰石多孔生物支架材料如Ca_2.89Mg_0.11(PO₄)₂、Ca_2.71Mg_0.29(PO₄)₂、Ca_2.589Mg_0.411(PO₄)₂等，其鎂離子與總陽離子的摩爾比為0.11-0.411:3。電鏡掃描發(fā)現(xiàn)(參照圖1)，產(chǎn)品保持了牛松質(zhì)骨自然骨骨礦的三維互通網(wǎng)孔微結(jié)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)，微孔直徑400-1400μm。

表1壓縮強度

2、材料的體外溶降實驗

模擬體液溶降實驗用醫(yī)用氯化鈉注射作為模擬體液，檢測材料與模擬體液的固液質(zhì)量體積比為1-2克：100毫升，置入有蓋燒杯內(nèi)，在37℃恒溫條件下進行模擬體液溶降實驗，溶降實驗時間4周，用AU5800全自動生化分析儀檢測模擬體液內(nèi)鈣、磷、鎂等離子測定，用國產(chǎn)電子天平測定4周時材料的質(zhì)量并計算降解率；進行溶降實驗開始前、結(jié)束時材料的XRD分析與掃描電鏡觀察等。實驗發(fā)現(xiàn)材料有較好的降解率(表2)，模擬體液實驗的早期(半月內(nèi))多數(shù)樣品模擬體液中有較高的鈣離子濃度即接近人血清正常參考值(2-2.67mmol/l)(圖2)；亦有活性離子鎂釋放。溶降實驗結(jié)束時支架網(wǎng)孔變大、機械強度良好(表3)。掃描電鏡可發(fā)現(xiàn)材料的溶降及礦物成分的重新沉積(圖3)。

表2材料在模擬體液內(nèi)浸泡4周的降解率(n＝3)

表3溶降實驗后壓縮強度

3、動物骨缺損修復試驗

多孔生物支架材料組的移植早期(1周)即可見細胞、血管進入支架的整個空間，可見修復細胞增殖、分化、分泌骨基質(zhì)(圖4)；四周即有骨小梁形成，新生骨組織與支架有完美的結(jié)合(圖5)。觀察過程中未發(fā)現(xiàn)免疫排斥反應及明顯的炎癥，材料具備良好的生物相容性。

以上所述的實施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。