專利名稱：制備具有低氧化鈣含量的海綿骨瓷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備具有低氧化鈣含量的海綿骨瓷的方法。
長久以來，人們知道被燒結(jié)形成陶瓷的礦化骨是理想的骨替代材料。骨瓷很自然在化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)組成和力學(xué)強(qiáng)度方面與天然骨存在很大的相似性。此外，人們發(fā)現(xiàn)海綿骨瓷是特別骨導(dǎo)性的。海綿骨瓷開放性的相互連接的分隔結(jié)構(gòu)促進(jìn)了新的骨質(zhì)長在和長入該陶瓷中，因而在植入過程中存在大量的移地發(fā)育和陶瓷植入物的整合。由動(dòng)物骨頭生產(chǎn)的骨陶瓷越來越多地在骨合成和骨缺陷(由疾病或事故引起)的重組中被用作為骨替代材料。
由動(dòng)物骨頭生產(chǎn)骨陶瓷通常是首先通過機(jī)械方法使經(jīng)過篩選的骨頭或骨碎塊沒有粘連的軟組織，然后將這些骨頭或骨碎塊用鋸子粗粗地切割成小塊，從而產(chǎn)生具有適當(dāng)形狀和尺寸的碎塊，然后除去所有其它的有機(jī)成分，從而使它們礦化。礦化過程首先是使骨頭在水中煮沸幾次?？梢酝ㄟ^脂肪溶解劑或蛋白質(zhì)溶解劑，和/或借助于過氧化氫而進(jìn)行后續(xù)處理，例如在EP0141004中所說。被證實(shí)是特別簡單而有效的方法是高溫礦化，其中該骨頭的有機(jī)成分在熱作用下分解，所形成的碳隨后在過量的氧氣中燃燒掉。對于骨頭熱解來說，通常溫度在500-1000℃之間。在骨頭礦化以后，對其進(jìn)行燒結(jié)以形成陶瓷，其溫度在800-1400℃。只有通過燒結(jié)，該材料才能獲得所需的最終強(qiáng)度。在上述方法中，必需特別小心以確保原始骨頭的多孔結(jié)構(gòu)盡可能多地保持下來。為了將海綿狀骨材料轉(zhuǎn)變成海綿骨瓷，一種優(yōu)選的方案是根據(jù)DE3727606中所說的方法，其中一種特定的溫度制度和還原或氧化氣氛可以進(jìn)行特別溫和的熱解。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果除了基礎(chǔ)相，羥基磷灰石外，還存在大量的氧化鈣，則骨瓷具有無法控制的不穩(wěn)定性的趨勢，它可以通過X-射線分析來測定。當(dāng)氧化鈣含量超過5％時(shí)就是這種情況。在未加保護(hù)的存放過程中或在植入過程以后的有機(jī)體中水，例如大氣水分形式的水的侵入伴隨著氧化鈣不斷地轉(zhuǎn)變成氫氧化鈣，它使體積得到相當(dāng)大的增加。根據(jù)其百分含量，該過程可以延續(xù)到使陶瓷完全斷裂。骨瓷中氧化鈣的比例是一個(gè)自然參數(shù)，并且可以隨動(dòng)物各自的性能和品種而變化。氧化鈣是在熱解和燒結(jié)成氧化鈣的過程中由天然存在于進(jìn)行轉(zhuǎn)化的骨頭中的碳酸鈣而形成的。
DE4028683提出在燒結(jié)以前用有機(jī)酸，特別是檸檬酸的水溶液來處理經(jīng)過礦化的骨材料。該步驟使氧化鈣成分從該材料中洗出，從而使燒結(jié)后獲得的骨瓷經(jīng)X-射線分析其羥基磷灰石含量超過99％。
盡管該工藝是高效的并且形成適用的穩(wěn)定骨瓷，但它不是沒有缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)首先是該工藝制度的操作區(qū)域。因此，在熱解礦化過程中，該材料首先必須再次冷卻到室溫，從而可以進(jìn)行酸處理和必需的沖洗操作。此外，該材料還必需從標(biāo)記處再次加熱以進(jìn)行燒結(jié)。這些操作過程既費(fèi)時(shí)又需要大量能量。此外，酸溶液的制備和消耗以及用于將材料沖洗至中性的沖洗水的消耗也增加了生產(chǎn)成本。此外，酸處理步驟的控制和監(jiān)測不是簡單易行的。一方面，必須確?；旧先康难趸}被洗掉，同時(shí)另一方面必須使酸攻擊很少的羥基磷灰石基質(zhì)或不攻擊羥基磷灰石基質(zhì)。此時(shí)在該過程中，海綿狀細(xì)結(jié)構(gòu)還沒有達(dá)到充分固化，因此它是很容易受到影響的。本發(fā)明的目的在于減少上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
出乎人們意外的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果在10-80℃的溫度下用軟化水對骨基質(zhì)進(jìn)行沖洗達(dá)4小時(shí)至7天，則存在于經(jīng)過礦化的骨基質(zhì)中的氧化鈣成分很容易除去。由此發(fā)現(xiàn)采用酸，特別是檸檬酸水溶液對氧化鈣的清洗是沒有必要的。
本發(fā)明提供了制造具有低氧化鈣含量的海綿骨瓷的方法，在該工藝中，被切割成小塊的海綿狀骨頭通過除去所有的有機(jī)成分而礦化，隨后將礦物骨基質(zhì)燒結(jié)成陶瓷，該工藝的特征在于為了將氧化鈣成分從經(jīng)過礦化的骨基質(zhì)中除去，將該骨基質(zhì)在10-80℃下用軟化水進(jìn)行抽提洗滌達(dá)4小時(shí)至7天。
本發(fā)明的工藝實(shí)際上是以與DE4028683中已知的方法完全相類似的方式進(jìn)行的。其唯一的差別在于在骨材料礦化和燒結(jié)成陶瓷之間進(jìn)行的酸處理步驟被替換成用軟化水進(jìn)行處理。軟化水是已知的并且很容易得到。它可以由天然水通過已知的方法以所需的數(shù)量制備，例如通過一級(jí)或多級(jí)蒸餾和/或采用離子交換除去溶解的礦物鹽。一般說來，軟化水具有約6.0的弱酸pH值。可以推測該軟化水的弱酸性有助于將氧化鈣從經(jīng)過礦化的骨基質(zhì)中抽提洗滌出來。
對于抽提洗滌操作來說，應(yīng)充分地使切割成小塊的經(jīng)過礦化的骨材料轉(zhuǎn)移到適當(dāng)尺寸的軟化水水浴中并且在那兒停留一段在適當(dāng)?shù)臏囟认录瘸浞钟直憷臅r(shí)間。將該水浴循環(huán)或攪拌有助于將可溶的成分洗出。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)采用10升水/公斤骨材料的比例和在10-80℃的水浴溫度下進(jìn)行4小時(shí)至7天的處理是適宜和便利的。一次或多次地更換洗滌水，或用新鮮的軟化水進(jìn)行持續(xù)沖洗會(huì)對結(jié)果產(chǎn)生有利的影響并且可以縮短處理時(shí)間。所說的工藝可以使在骨頭基質(zhì)上存在的或預(yù)計(jì)存在的所有氧化鈣得到除去，并且基本上沒有殘余物。一般說來，在骨頭中的氧化鈣的自然存在量在5-10％之間變化，通過對最終獲得的陶瓷進(jìn)行X-射線分析，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該材料中羥基磷灰石含量超過95％，一般在97-99％。氧化鈣僅以痕量測得。
本發(fā)明的方法可以節(jié)省相當(dāng)大量的達(dá)到可比結(jié)果所需的酸。此外，用來將材料沖洗至中性的沖洗后操作可以省去，從而使成本和時(shí)間得到進(jìn)一步節(jié)省。另外，本發(fā)明的方法基本上是更加溫和的，這是因?yàn)樵摿u基磷灰石基質(zhì)沒有受到軟化水處理的攻擊。
在抽提洗滌操作結(jié)束后，將小塊干燥，然后以常規(guī)方式將其燒結(jié)成陶瓷。
實(shí)施例將取自新宰殺的牛的原料骨頭(沒有軟組織)切割成尺寸約30×30×100毫米的長方體小塊，將其與水沸騰三次，約1小時(shí)。
然后將骨頭小塊在110℃下干燥6小時(shí)。然后將其在氮?dú)鈿夥障略?小時(shí)內(nèi)加熱到450℃。在隨后的從450-600℃的20小時(shí)加熱過程中，將氣氛以線性進(jìn)展的方式變化成氧氣，并且在5小時(shí)中加熱到900℃。冷卻以后，將小塊放在軟化水水浴中(10升/公斤骨材料)并且在20℃下在攪動(dòng)的水浴中處理48小時(shí)。在該處理以后，用軟化水將小塊沖洗三次。
對于最后的燒結(jié)來說，將小塊在21小時(shí)時(shí)間內(nèi)加熱到1250℃，并在該溫度下保持3小時(shí)，然后使其冷卻。
所得到的骨瓷小塊具有未發(fā)生變化的原始海綿狀骨頭的多孔結(jié)構(gòu)。根據(jù)X-射線分析，該陶瓷中的羥基磷灰石含量約為99％。
權(quán)利要求
1.制造具有低氧化鈣含量的海綿骨瓷的方法，其中，被切割成小塊的海綿狀骨頭通過除去所有的有機(jī)成分而礦化，隨后將礦物骨基質(zhì)燒結(jié)成陶瓷，其特征在于為了將氧化鈣成分從經(jīng)過礦化的骨基質(zhì)中除去，將該骨基質(zhì)在10-80℃下用軟化水進(jìn)行抽提洗滌達(dá)4小時(shí)至7天。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造具有低氧化鈣含量的海綿骨瓷的方法，在骨材料的礦化和燒結(jié)成陶瓷之間用軟化水進(jìn)行抽提洗滌操作，通過該操作，將氧化鈣成分從經(jīng)過礦化的骨基質(zhì)中除去。
文檔編號(hào)A61L27/00GK1162924SQ95196175
公開日1997年10月22日 申請日期1995年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月2日
發(fā)明者F·佐恩, F·韋伯, A·阿爾梅達(dá), I·陶伯特, R·瓦根克尼徹特, W·埃伯爾 申請人:默克專利股份有限公司