專利名稱：生物活性玻璃陶瓷人工骨及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種生物活性玻璃陶瓷人工骨及其制備方法，屬于醫(yī)學(xué)外科用材料領(lǐng)域。
人體的牙齒、骨骼等硬組織，因疾病、外傷或畸形造成的大范圍缺損，需要用人工材料進行修復(fù)或矯治。這類材料包括金屬、高分子和無機材料。在無機材料中，美國的Hench[L.L.Hench，etalJ.Biomed.Mater.Res.Symp.2，part1，117-141(1971)]發(fā)明的生物玻璃，具有良好的生物相容性，但強度低，脆性大，是一種致密形材料。日本的小久保正[特公昭57-191252]、發(fā)明的A-W玻璃陶瓷，具有生物相容性好，化學(xué)性能穩(wěn)定，抗壓強度高，易于高溫消毒等優(yōu)點，但需要高壓成形，再經(jīng)高溫燒結(jié)而制得。國際上公知的羥基磷灰石陶瓷，也需要在高壓下成形，經(jīng)燒結(jié)而制得。所有這些材料都屬于致密陶瓷制品，硬度大，難于在手術(shù)現(xiàn)場作適當修整加工，由于其孔隙少，骨組織難于長入材料內(nèi)部。醫(yī)學(xué)研究表明，用作骨充填和修復(fù)的人工骨，需要有適當尺寸的孔隙及孔隙度，以利于組織液的滲透和骨細胞長入材料深部，從而使種植體早期固位于受植床，促進骨組織的修復(fù)，提高手術(shù)成功率。另方面，臨床還要求提供各種形態(tài)的人工骨，這些是高壓成型方法難以實現(xiàn)的。
本發(fā)明的目的是提供一種具有不同孔隙度和不同形態(tài)的生物活性玻璃陶瓷人工骨及其制法。
本發(fā)明是以玻璃微粉為原料(這種玻璃微粉經(jīng)高溫處理，能析出磷灰石和硅灰石結(jié)晶相)，加入適量賦形致孔劑，于常壓下成型，氧化氣氛中燒結(jié)，而得到具有不同孔隙度和形態(tài)的生物活性玻璃陶瓷人工骨。
上述玻璃粉的化學(xué)組成為SiO222～42，MgO 0.5～7，CaO 33～60，P2O511～44，CaF20.5～1，B2O30.1～3，Al2O30.5～1wt%。將分析純的化學(xué)試劑精確稱量，混勻，在1450～1500℃下，用鉑坩堝熔融成均質(zhì)熔體，冷卻、粉碎、篩分，得到粒度≤80μm的玻璃微粉。以此為主要原料，分別采用不同工藝，制得各類多孔的生物活性玻璃陶瓷人工骨。
本發(fā)明是將上述組成的玻璃微粉，添加賦形致孔劑(賦形致孔劑一般配成濃度為5%～10%的水溶液)至可塑形為度，用搖床滾動或用振動篩、造粒設(shè)備制成顆粒，根據(jù)需要在100～450℃，較佳為120℃左右的溫度范圍內(nèi)保持2～6小時，以達到充分干燥的目的，在氧化氣氛中于880～990℃溫度下燒結(jié)2～6小時。所述玻璃微粉與賦形致孔劑之比為100∶0.5～1(重量份)。賦形致孔劑可以是加拿大樹膠、明膠、阿拉伯膠、甲基纖維素、聚乙二醇、聚乙烯醇中的任意一種的水溶液，也可為其它具有粘性的高分子材料。所述氧化氣氛是指向燒結(jié)爐中通入新鮮空氣或純氧，其氧氣流量為0.5～1L/min。
由上述方法制取的顆粒形，特別是球狀顆粒形人工骨，植入體內(nèi)后對組織刺激小，不易誘發(fā)肉瘤，主要用于骨缺損的充填及骨萎縮變形后生理外形的修復(fù)。將它們埋植在體內(nèi)，能形成緊密堆積，其堆積孔隙為正常代謝提供了必要的通道，使纖維組織及骨組織容易長入。
本發(fā)明也可采用高彈性泡沫塑料，如聚氨酯泡沫塑料、聚乙烯泡沫塑料為支架，將其浸漬在玻璃微粉與賦形致孔劑按上述比例調(diào)制的泥漿中，反復(fù)擠壓，使泥漿充滿孔隙，吸附在支架上，取出在100～450℃，較佳為400～450℃溫度范圍內(nèi)保持2～6小時干燥，將有機物排出，在氧化氣氛中于880～990℃燒結(jié)2～6小時。所述泡沫塑料可預(yù)先加工成所需形狀，燒結(jié)后便于加工成形。
由上述方法制得的泡沫型人工骨塊，主要運用于大面積骨缺修復(fù)，其孔隙度和孔隙率都比較大，有利于纖維及骨組織長入。
本發(fā)明還可以石蠟為賦形致孔劑，即將上述組成的玻璃微粉與石蠟加熱(至石蠟溶化)混合均勻，用熱壓鑄機或澆注成型。在氧化氣氛中于100～450℃范圍內(nèi)，較佳為400～450℃范圍內(nèi)保持2～6小時排蠟，再于氧化氣氛中880～990℃燒結(jié)2～6小時。所述玻璃微粉與石蠟之比為100∶10～20(重量份)。
上述方法可得到結(jié)晶化的形狀相當于前牙、尖牙、磨牙牙根等生物活性玻璃陶瓷人牙根，作為牙槽骨內(nèi)種植牙根，能代替天然牙根存留于牙槽骨內(nèi)，減少或延緩牙槽骨的吸收和萎縮，保持其高度及形狀，有利于活動義齒固位和穩(wěn)定。
本發(fā)明還可用石蠟為賦形致孔劑，將玻璃微粉摻入熔化的石蠟中，攪拌均勻，加入發(fā)泡劑，澆鑄或熱壓成形，在氧化氣氛中于100～450℃，較佳為400～450℃保持2～6小時排蠟，然后在氧化氣氛中880～990℃下燒結(jié)2～6小時。所述玻璃微粉與石蠟之比為100∶10～20(重量份)，石蠟與發(fā)泡劑之比為100∶2～15(重量份)。所述發(fā)泡劑為糊精、淀粉、萘、聚甲基纖維素、聚氨酯泡沫塑料、聚乙烯醇、尿素中的任意一種或幾種的混合物。
用上述方法也可制得泡沫型人工骨塊。
采用上述各種方法可制取不同形狀、多孔的生物活性玻璃陶瓷人工骨，含有磷灰石及硅灰石結(jié)晶，其孔隙度為20～70VoL%，孔徑為10～1000μm。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(1)本發(fā)明提供的多孔的各類人工骨，植入體內(nèi)1個月，纖維組織即已長入顆粒間的空隙和顆粒內(nèi)孔隙中，3個月新骨長入空隙，與材料緊密附著，并有血管及哈佛氏系統(tǒng)生成。臨床用于頜骨缺修復(fù)，牙槽嵴增高，牙周骨缺損治療，人工鞍鼻美容，均能獲良好效果。
(2)本發(fā)明采用常壓成型，氧化氣氛燒結(jié)等方法，設(shè)備簡單，成本低，易于操作。并可獲得各種不同形狀和不同孔隙度的人工骨，可滿足臨床的各種特殊需要。
(3)多孔型人工骨在手術(shù)現(xiàn)場容易修改加工。
(4)便于應(yīng)用。本發(fā)明的制備方法還可用于制作其它多孔陶瓷產(chǎn)品。
實施例一稱取粒度為74μm以下的玻璃微粉100g，添加10wt%的聚乙烯醇水溶液，反復(fù)攪拌，至可塑形為度，置振動篩上滾動成形。適當添加干粉，可使顆粒尺寸長大。將此顆粒于120℃干燥4小時，然后在通入空氣的條件下，在900℃燒結(jié)6小時，可得到白色球形顆粒。其中孔隙尺寸為30～80μm，孔隙度約為20%，堆積孔隙度≤30VoL%，用于增高萎縮牙槽嵴，充填拔牙窩，充填骨腔等，療效滿意。
實施例二將粒度為20μm以下的玻璃微粉200g加入聚乙二醇(分子量10，000)50g，攪拌成均勻料漿，將高彈性聚氨酯泡沫塑料剪切成下頜骨形狀，浸入料漿中，反復(fù)擠壓，排出空氣使塑料泡沫孔隙被料漿充滿，取出涼至半干，重復(fù)上述操作。將得到的料塊在120℃干燥4小時，放入馬弗爐中，通入氧氣，流量為0.2L/min，在450℃保持2小時，升溫至900℃保持4小時，得到多孔型人工下頜骨，可作為修復(fù)應(yīng)用。
實施例三將粒度為≤74μm的玻璃微粉100g，分批加入10g熔融的精制石蠟中，邊加熱邊攪拌，直至攪拌均勻，溫度保持在70℃左右。趁熱倒入熱壓鑄機的加熱缸中，在80℃溫度下，將玻璃粉與石蠟的混合物，擠出到牙根狀模具中，稍冷卻，脫模。在450℃保持2小時，在氧化氣氛中排蠟，加熱升溫至920℃，保持4小時，隨爐降溫，即得到多孔型玻璃陶瓷人工牙根，其孔隙度約為15VoL%左右，氣孔直徑約20～60μm。
實施例四將粒度≤74μm的玻璃微粉100g，分批加入到20g熔融的精制石蠟中，同時加入2g經(jīng)過粉碎處理的多孔聚乙烯泡沫塑料碎屑，加熱至120℃，充分攪拌混合均勻?qū)⑵錆沧⒅劣柚频娜斯す悄Ｐ椭?，待冷卻至硬化后，脫模修整。然后，以3℃/分速度加熱至450℃，在氧化氣氛中保持4小時排蠟，然后，以5℃/分速度加熱至920℃，保持4小時，隨爐降溫至室溫。得到的人工骨孔隙度約為40VoL%，其氣孔直徑范圍約50～500μm。
權(quán)利要求
1.一種生物活性玻璃陶瓷人工骨的制法，以玻璃微粉為原料，經(jīng)常壓成型、干燥、燒結(jié)而制得生物活性玻璃陶瓷人工骨，其特征在于添加賦形致孔劑，玻璃微粉與賦形致孔劑之比為100∶0.5～1(重量份)，賦形致孔劑為加拿大樹膠、明膠、甲基纖維素、阿拉伯膠、聚乙二醇、聚乙烯醇中的任意一種的水溶液，燒結(jié)是在氧化氣氛中進行，氧氣流量為0.5～1L/min，成形方法為振動篩、搖床滾動或造粒機造粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制法，其特征在于成形方法是將玻璃微粉與賦形致孔劑調(diào)制成可流動的泥漿，浸漬、吸附在聚氨酯泡沫或聚乙烯泡沫彈性支架上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制法，其特征在于賦形致孔劑為石蠟，玻璃微粉與賦形致孔劑之比為100∶10～20(重量份)，成形方法采用熱壓鑄型或澆注成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于添加發(fā)泡劑，石蠟與發(fā)泡劑之比為100∶2～5(重量份)，發(fā)泡劑為淀粉、糊精、尿素、過氧化氫、萘、聚甲基纖維素、聚乙烯醇、聚氨酯泡沫塑料中的任意一種或幾種的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4所述方法制得的產(chǎn)品，為含有磷灰石和硅灰石結(jié)晶相的孔隙度20～70VoL%，孔徑10～1000μm的生物活性玻璃陶瓷人工骨。
全文摘要
本發(fā)明是一種生物活性玻璃陶瓷人工骨及其制法，以生物活性玻璃陶瓷微粉為原料，添加賦形致孔劑，常壓成型，經(jīng)干燥，氧化氣氛燒結(jié)，獲得具有不同孔隙度和不同形狀的生物活性玻璃陶瓷人工骨。它含有磷灰石和硅灰石微晶，生物相容性好，能與骨組織形成骨性結(jié)合界面，化學(xué)穩(wěn)定。多孔的人工骨植入體內(nèi)后，組織液容易滲入材料內(nèi)部，改善循環(huán)條件，有利于纖維組織及骨組織長入，促進骨修復(fù)過程，提高手術(shù)成功率。
文檔編號A61F2/28GK1087279SQ9211360
公開日1994年6月1日 申請日期1992年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月27日
發(fā)明者黃占杰, 廖運茂 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所