钙磷类陶瓷骨组织工程多孔支架材料

摘要

本发明公开了一种属于生物医学材料的钙磷类陶瓷骨组织工程多孔支架材料，包括羟基磷灰石和β－磷酸三钙，其配比(重量百分比)为：羟基磷灰石0～50％，β－磷酸三钙50％～100％。本发明采用生物相容性好的羟基磷灰石和β－磷酸三钙为主要材料，粘结剂是人体所含元素的磷酸盐，故制备的材料具有良好的生物相容性。由于该材料是多种磷酸盐组成的，由不同磷酸盐组合而成的材料具有不同的降解速度，所以本发明材料的降解速度可以通过其组成的变化进行调整，以使其与缺损区骨修复速度相适应。

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种骨组织工程用的陶瓷支架材料，尤其涉及一种钙磷类陶瓷骨组织工程多孔支架材料。

二、背景技术

目前用于骨组织工程的钙磷陶瓷类材料，基本都是以羟基磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，，Hydroxyapatite，简称HA)，或β-磷酸三钙(β-Ca₃(PO₄)₂，为原料高温焙烧制成的。羟基磷灰石是脊椎动物骨和齿的主要成分，与动物体组织相容性好，无生物毒性，因此广泛用作生物硬组织的修复和替换材料，是一种很有前途的生物活性陶瓷材料。羟基磷灰石作为骨移植材料具有良好的生物相容性，能与骨组织形成骨性结合。材料中的钙、磷成分在机体中可以产生轻微的溶解，溶解的钙、磷和来自血浆中的钙、磷在材料和骨接触表面沉积，形成钙磷丰富层，该层的钙、磷以与骨组织中HA晶体相似的晶体形式存在，产生化学结合。但是，研究表明，羟基磷灰石植入体内后不能降解，将作为异物在体内长期存在。β-磷酸三钙(β-TCP)是生物降解和生物吸收型磷酸钙生物活性陶瓷材料，当其植入人体后，能在体内降解，降解下来的钙、磷进入活体循环系统形成新生骨，因此它应为理想的骨组织工程支架材料，目前成为世界各国学者研究的重点之一。磷酸钙(CPC)多孔支架利于组织长入，能携载骨诱导物质，如骨形态发生蛋白(BMP)及细胞等活性体基质形成生物活性复合材料促进新生骨的生成，加速骨的愈合，同时也为载药(防感染或抗癌药物)提供了空间。但是磷酸钙降解吸收的速度与新生骨生长速度不匹配，作为骨组织工程材料，其降解速度与缺损区骨修复速度的协调一致很重要。降解过快，缺损区就会过早失去支架作用，不利于骨缺损的完全修复；降解太慢，材料本身又会成为新骨形成的障碍，不利于骨缺损的快速修复。目前研究的骨组织工程无机支架大多数是由单一材料组成的，材料的生物学性能、力学性能都难以满足骨组织工程的要求。

三、技术内容

1、技术问题：本发明提供一种生物相容性好且能对降解速度进行调整的钙磷类陶瓷骨组织工程多孔支架材料。

2、技术方案：本发明是一种属于生物医学材料的钙磷类陶瓷骨组织工程多孔支架材料，包括羟基磷灰石和β-磷酸三钙，其配比(重量百分比)为：羟基磷灰石0～50％，β-磷酸三钙50％～100％。

3、技术效果：①本发明采用生物相容性好的羟基磷灰石和β-磷酸三钙为主要材料，粘结剂是人体所含元素的磷酸盐，故制备的材料具有良好的生物相容性。由于该材料是多种磷酸盐组成的，由不同磷酸盐组合而成的材料具有不同的降解速度，所以本发明材料的降解速度可以通过其组成的变化进行调整，以使其与缺损区骨修复速度相适应。②应用磷酸盐作为粘结剂，提高了材料湿态时的结合强度，改善了材料的成形性能。③选择磷酸盐作为粘结剂，尤其选择含钾、钠、镁离子的磷酸盐作为粘结剂，是因为它们都是人体内的主要元素。磷是骨的主要元素，钾、钠、镁是体液中的主要电解质元素，能随体液进行代谢，有利于骨组织的形成。

四、具体实施方案

实施例1  本实施例涉及一种属于生物医学材料的钙磷类陶瓷骨组织工程多孔支架材料，其特征在于包括羟基磷灰石和β-磷酸三钙，其配比(重量百分比)为：羟基磷灰石0～50％，例如：5％、15％、22％、35％、48％，β-磷酸三钙50％～100％，例如：95％、85％、78％、65％、52％，本实施例还包括磷酸盐粘结剂，其加入量(重量百分比)为羟基磷灰石和β-磷酸三钙总量的5％～50％，例如：12％、20％、35％、46％，上述磷酸盐粘结剂包括磷酸二氢铝和磷酸二氢镁，其中，铝离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的0.8～7.5％，例如：1.5％、2.5％、5％、6％，镁离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的1～10％，例如：9.1％、3.8％、4.6％、3.3％。

实施例2  本实施例涉及一种属于生物医学材料的钙磷类陶瓷骨组织工程多孔支架材料，包括羟基磷灰石和β-磷酸三钙，其配比(重量百分比)为：羟基磷灰石0～50％，例如：5％、15％、22％、35％、48％，β-磷酸三钙50％～100％，例如：95％、85％、78％、65％、52％，本实施例还包括磷酸盐粘结剂，其加入量(重量百分比)为羟基磷灰石和β-磷酸三钙总量的5％～50％，例如：12％、20％、35％、46％，上述磷酸盐粘结剂包括磷酸二氢铝、磷酸二氢镁、磷酸钾和磷酸钠，其中，铝离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的0.8～7％，例如：1.0％、2.0％、4.0％、5.0％，镁离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的1～9.5％，例如：9.0％、7.0％、4.5％、2.5％，钾离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的1～8％，例如：1.8％、3.5％、3.3％、5.0％，钠离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的0.8～6.5％，例如：1.4％、2.7％、2.5％、3.8％。

实施例3  本实施例涉及一种属于生物医学材料的钙磷类陶瓷骨组织工程多孔支架材料，包括羟基磷灰石和β-磷酸三钙，其配比(重量百分比)为：羟基磷灰石0～50％，例如：5％、15％、22％、35％、48％，β-磷酸三钙50％～100％，例如：95％、85％、78％、65％、52％，本实施例还包括磷酸盐粘结剂，其加入量(重量百分比)为羟基磷灰石和β-磷酸三钙总量的5％～50％，例如：12％、20％、35％、46％，上述磷酸盐粘结剂包括磷酸二氢铝、磷酸二氢镁和磷酸钾，其中，铝离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的0.8～7％，例如：1.0％、2.2％、4.5％、5.0％，镁离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的1～9.5％，例如：9.2％、7.3％、4.0％、3.0％，钾离子的含量占磷酸盐粘

结剂总量(重量百分比)的1～15％，例如：2.5％、4.2％、10.7％、7.6％。

实施例4  本实施例涉及一种属于生物医学材料的钙磷类陶瓷骨组织工程多孔支架材料，包括羟基磷灰石和β-磷酸三钙，其配比(重量百分比)为：羟基磷灰石0～50％，例如：5％、15％、22％、35％、48％，β-磷酸三钙50％～100％，例如：95％、85％、78％、65％、52％，本实施例还包括磷酸盐粘结剂，其加入量(重量百分比)为羟基磷灰石和β-磷酸三钙总量的5％～50％，例如：12％、20％、35％、46％，上述磷酸盐粘结剂包括磷酸二氢铝、磷酸二氢镁和磷酸钠，其中，铝离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的0.8～7％，例如：1.0％、2.2％、4.5％、5.5％，镁离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的1～9.5％，例如：9.2％、7.6％、4.0％、2.5％，钠离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的0.8～11.5％，例如：1.9％、2.1％、4.5％、5.3％。

实施例5  本实施例涉及一种属于生物医学材料的钙磷类陶瓷骨组织工程多孔支架材料，包括羟基磷灰石和β-磷酸三钙，其配比(重量百分比)为：羟基磷灰石0～50％，例如：5％、15％、22％、35％、48％，β-磷酸三钙50％～100％，例如：95％、85％、78％、65％、52％，本实施例还包括磷酸盐粘结剂，其加入量(重量百分比)为羟基磷灰石和β-磷酸三钙总量的5％～50％，例如：12％、20％、35％、46％，上述磷酸盐粘结剂包括磷酸二氢铝和磷酸钾，其中，铝离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的3～7.5％，例如：7.2％、6.5％、5.9％、5.1％，钾离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的1～25％，例如：8.3％、12.6％、16.5％、22％。

实施例6  本实施例涉及一种属于生物医学材料的钙磷类陶瓷骨组织工程多孔支架材料，包括羟基磷灰石和β-磷酸三钙，其配比(重量百分比)为：羟基磷灰石0～50％，例如：5％、15％、22％、35％、48％，β-磷酸三钙50％～100％，例如：95％、85％、78％、65％、52％，本实施例还包括磷酸盐粘结剂，其加入量(重量百分比)为羟基磷灰石和β-磷酸三钙总量的5％～50％，例如：12％、20％、35％、46％，上述磷酸盐粘结剂包括磷酸二氢铝和磷酸钠，其中，铝离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的3～7.5％，例如：7.2％、6.5％、5.9％、5.1％，钠离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的0.8～22％，例如：6.3％、9.7％、12.6％、16.8％。

实施例7  本实施例涉及一种属于生物医学材料的钙磷类陶瓷骨组织工程多孔支架材料，包括羟基磷灰石和β-磷酸三钙，其配比(重量百分比)为：羟基磷灰石0～50％，例如：5％、15％、22％、35％、48％，β-磷酸三钙50％～100％，例如：95％、85％、78％、65％、52％，本实施例还包括磷酸盐粘结剂，其加入量(重量百分比)为羟基磷灰石和β-磷酸三钙总量的5％～50％，例如：12％、20％、35％、46％，上述磷酸盐粘结剂包括磷酸二氢镁和磷酸钾，其中，镁离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的3.5～9.5％，例如：9.3％、8.0％、6.8％、6.2％，钾离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的1～25％，

例如：8.5％、15.0％、21.0％、24.0％。

实施例8本实施例涉及一种属于生物医学材料的钙磷类陶瓷骨组织工程多孔支架材料，包括羟基磷灰石和β-磷酸三钙，其配比(重量百分比)为：羟基磷灰石0～50％，例如：5％、15％、22％、35％、48％，β-磷酸三钙50％～100％，例如：95％、85％、78％、65％、52％，本实施例还包括磷酸盐粘结剂，其加入量(重量百分比)为羟基磷灰石和β-磷酸三钙总量的5％～50％，例如：12％、20％、35％、46％，上述磷酸盐粘结剂包括磷酸二氢镁和磷酸钠，其中，镁离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的3.5～9.5％，例如：9.3％、8.0％、6.8％、6.2％，钠离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的0.8～22％，例如：6.5％、11.5％、16.0％、18.3％。

实施例9  本实施例涉及一种属于生物医学材料的钙磷类陶瓷骨组织工程多孔支架材料，包括羟基磷灰石和β-磷酸三钙，其配比(重量百分比)为：羟基磷灰石0～50％，例如：5％、15％、22％、35％、48％，β-磷酸三钙50％～100％，例如：95％、85％、78％、65％、52％，本实施例还包括磷酸盐粘结剂，其加入量(重量百分比)为羟基磷灰石和β-磷酸三钙总量的5％～50％，例如：12％、20％、35％、46％，上述磷酸盐粘结剂包括磷酸二氢镁，其中，镁离子的含量占磷酸盐粘结剂总量(重量百分比)的8～30％，例如：9％、12％、20％、28％。

本发明可以用泡沫浸渍法来制备，具体工艺步骤如下：

(1)按配比称取K、Na、Mg的氧化物并制成水溶液；

(2)按比例称取羟基磷灰石、β-磷酸三钙和氧化铝粉料并混合均匀；

(3)把含K⁺、Na⁺、Mg²⁺的水溶液和粉料混合均匀得到混合料；

(4)往混合料中缓慢加入形成磷酸盐粘结剂所需的磷酸，同时要快速搅拌，以使反应进行得均匀、彻底；

(5)配制好的浆料静置陈化12～48小时后，用泡沫浸渍工艺制备预制块；

(6)预制块自然干燥12～48小时，然后移入高温电阻炉中，在800～1300℃温度区间内，保温0.5～6小时烧结得到多孔支架。