專利名稱：一種骨修復材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于生物醫用材料技術領域，具體涉及一種納米雙相磷酸鈣/明膠骨修復材料及其制備方法。
背景技術：
骨修復材料的研制開發一直是生物醫學工程領域大批科學工作者努力的方向。現在手術中實際使用的骨修復材料效果最好的是自體骨和異體骨。但是自體骨數量有限，而異體骨又有免疫排斥和感染疾病的危險。人們已經開發了由金屬、陶瓷、高分子以及其復合材料制成的多種骨修復材料。但是這些材料各有不足，在臨床中沒有哪一種能夠與自體骨或異體骨相媲美。
考慮到自體骨和異體骨的生物學優勢主要在于它們的結構和成分與天然骨完全相同。從材料的組成來看，羥基磷灰石(Ca5(PO4)3(OH), HA)相和膠原無疑是復合物的最佳組分。因為HA與自然骨的礦物成分有相似的化學結構，具有優良的生物活性和骨誘導性；而膠原則是一種擁有生物活性的天然聚合物，具有與受體細胞結合的配位體，細胞觸發蛋白降解的感受性和天然可塑性好。但是作為骨修復材料，它們都存在性能上的缺陷。首先合成的HA普遍認為是不可降解的，即使納米尺度可以加速HA的降解，但其降解率仍然非常低。而且在大多數研究中都是使用高溫燒結的HA作為礦物組分，并不能發揮HA優良的生物性能。其次膠原主要來自人體或動物，存在來源有限，免疫原性和病原體的傳播等問題，使其很難得到后續的發展。從結合方式來看，目前的復合材料主要以機械混合為主，磷酸鈣與聚合物之間是一種簡單的物理混合物，兩者之間沒有原子或分子間的結合，合成的材料在體液環境下容易潰散。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺陷，提供一種具有很好的生物相容性和很高的生物活性的納米雙相磷酸鈣/明膠骨修復材料及其制備方法。為了達到上述目的，本發明提供了一種骨修復材料，以明膠溶液為母液，通過原料氫氧化鈣和磷酸反應制備；明膠溶液的濃度為I. OX 10_3-1. OX 10_2g/ml ;磷酸的加入量以明膠重量為基準，每克明膠加入0. 01-0. Imol ;氫氧化I丐與磷酸的摩爾比為I. 55-1. 65。本發明還提供了上述骨修復材料的制備方法，包括以下步驟
a、在8(T90°C下，將明膠(分析純)溶于去離子水，配置溶度為I.0X10_3 1. 0X10_2g/ml的明膠溶液，冷卻至室溫；
b、攪拌下，向明膠溶液中緩慢滴加磷酸，使每克明膠中含0.oro. ImolPO43-；
c.步驟b磷酸滴加完成后，攪拌下，緩慢滴加與明膠溶液同體積的氫氧化鈣水溶液，加入的氫氧化鈣與磷酸的摩爾比為I. 55^1. 65 ;攪拌反應4飛小時，得到白色懸濁液；
d.將上述懸濁液靜置24 48小時，離心，取沉淀冷凍干燥后，研磨即得所述骨修復材料干粉。
其中步驟a中8(T90°C的溫度通過水浴控制；步驟b和c的攪拌過程通過磁力攪祥器完成。本發明相比現有技術具有以下優點
(I)本發明以氫氧化鈣(Ca (OH)2)和磷酸(H3PO4)為原料制備的雙相磷酸鈣，具有優良的生物活性和骨誘導性，以及可控的降解性能。同時反應原料成本低，且反應副產物僅為水，無須后續對沉淀物進行反復地洗滌、過濾，制備工藝簡單，環保。(2)采用明膠溶液作為反應母液，利用其良好細胞活性和無抗原性，作為支架材料可以避免膠原存在的免疫原性和病原體的傳播等問題。一方面明膠在雙相磷酸鈣形成過程中，能夠在其表面形成一層有機保護膜，抑制了雙相磷酸鈣晶粒的過度生長，使其晶粒保持在納米尺度；另一方面明膠的長鏈結構使得生成的雙相磷酸鈣晶粒與明膠結合緊密，排列具有一定規律。由此得到的復合材料不但在成分上與自然骨相似，而且結構上也有一定的仿骨性。(3)本發明制備得到的材料，具有良好的生物相容性和生物活性，可用作骨修復材 料。
圖I為實施例I中制備的骨修復材料的XRD圖譜；
圖2為實施例I中制備的骨修復材料去除明膠后的XRD圖譜。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明骨修復材料進行詳細說明。實施例I
所用材料為分析純Ca(OH)2，分析純H3PO4 (含量彡85%，密度I. 689g/ml)，化學純明膠。a.在85°C水浴條件下，將明膠溶于去離子水，配置溶度為5. OX 10_3g/ml的明膠溶液100ml，冷卻至室溫；
b.在明膠溶液中緩慢滴加磷酸I.7ml，滴加時同時用磁力攪拌器攪拌；
c.在上述第二步的溶液中邊攪拌邊緩慢滴加氫氧化鈣的水溶液IOOml(氫氧化鈣的量為2. 96g);滴加完成后，磁力攪拌器攪拌5小時，得到白色懸濁液；
d.將上述懸濁液靜置36小時，去除上清液，離心分離出沉淀，放入冷凍干燥機干燥，研磨后制得干粉。采用X射線粉末衍射技術(XRD)對樣品的晶相進行了表征，如圖I所示。其中出現了一些無機相的衍射峰，較高的衍射峰基底說明產物中有機成分明膠的存在。為了進一步確定無機相的成分，我們采用水熱法將樣品洗滌去除明膠、烘干后進行X射線衍射分析，如圖2所示。衍射峰與PDF卡片中磷酸鈣(Ca3(PO4)2)的標準圖譜(#702065)和羥基磷灰石(Ca5(PO4)3(OH))的標準圖譜(#090432)—致，沒有檢測到明顯的雜相峰，說明樣品中含有磷酸鈣(Ca3 (PO4)2)和羥基磷灰石(Ca5 (PO4)3 (OH))兩相成分。根據其中5個衍射峰的峰寬，用謝樂公式估算樣品的平均晶粒尺寸，約為87nm。以上結果說明本發明采用的技術方案可以成功獲得納米級雙相磷酸鈣/明膠粉體。實施例2所用材料為分析純Ca(OH)2，分析純H3PO4 (含量彡85%，密度I. 689g/ml)，化學純明膠。a.在90°C水浴條件下，將明膠溶于去離子水，配置溶度為1.0X10_2g/ml的明膠溶液100ml，冷卻至室溫；
b.在明膠溶液中緩慢滴加磷酸6.8ml，滴加時同時用磁力攪拌器攪拌；
c.在上述第二步的溶液中邊攪拌邊緩慢滴加氫氧化鈣的水溶液IOOml(氫氧化鈣的量為12. 2g);滴加完成后，磁力攪拌器攪拌6小時，得到白色懸濁液；
d.將上述懸濁液靜置48小時，去除上清液，離心分離出沉淀，放入冷凍干燥機干燥，研磨后制得干粉。實施例3 所用材料為分析純Ca(OH)2，分析純H3PO4 (含量彡85%，密度I. 689g/ml)，化學純明膠。a.在80°C水浴條件下，將明膠溶于去離子水，配置溶度為1.0X10_3g/ml的明膠溶液100ml，冷卻至室溫；
b.在明膠溶液中緩慢滴加磷酸0.068ml，滴加時同時用磁力攪拌器攪拌；
c.在上述第二步的溶液中邊攪拌邊緩慢滴加氫氧化鈣的水溶液IOOml(氫氧化鈣的量為0. Hg);滴加完成后，磁力攪拌器攪拌4小時，得到白色懸濁液；
d.將上述懸濁液靜置24小時，去除上清液，離心分離出沉淀，放入冷凍干燥機干燥，研磨后制得干粉。實施例4
所用材料為分析純Ca(OH)2，分析純H3PO4 (含量彡85%，密度I. 689g/ml)，化學純明膠。a.在80°C水浴條件下，將明膠溶于去離子水，配置溶度為1.0X10_3g/ml的明膠溶液100ml，冷卻至室溫；
b.在明膠溶液中緩慢滴加磷酸0.68ml，滴加時同時用磁力攪拌器攪拌；
c.在上述第二步的溶液中邊攪拌邊緩慢滴加氫氧化鈣的水溶液IOOml(氫氧化鈣的量為I. 22g);滴加完成后，磁力攪拌器攪拌5小時，得到白色懸濁液；
d.將上述懸濁液靜置36小時，去除上清液，離心分離出沉淀，放入冷凍干燥機干燥，研磨后制得干粉。實施例5
所用材料為分析純Ca(OH)2，分析純H3PO4 (含量彡85%，密度I. 689g/ml)，化學純明膠。a.在80°C水浴條件下，將明膠溶于去離子水，配置溶度為1.0X10_2g/ml的明膠溶液100ml，冷卻至室溫；
b.在明膠溶液中緩慢滴加磷酸0.68ml，滴加時同時用磁力攪拌器攪拌；
c.在上述第二步的溶液中邊攪拌邊緩慢滴加氫氧化鈣的水溶液IOOml(氫氧化鈣的量為I. 15g);滴加完成后，磁力攪拌器攪拌5小時，得到白色懸濁液；
d.將上述懸濁液靜置36小時，去除上清液，離心分離出沉淀，放入冷凍干燥機干燥，研磨后制得干粉。
權利要求
1.一種骨修復材料，其特征在于所述骨修復材料以明膠溶液為母液，通過原料氫氧化鈣和磷酸反應制備；所述明膠溶液的濃度為1.0X10_3-1.0X10_2g/ml ;所述磷酸的加入量以明膠重量為基準，每克明膠加入0.01-0. Imol ;所述氫氧化鈣與磷酸的摩爾比為I.55-1. 65。
2.權利要求I所述骨修復材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟 a、在8(T90°C下，將明膠溶于去離子水，配置明膠溶液，冷卻至室溫； b、攪拌下，向明膠溶液中緩慢滴加磷酸； c.步驟b磷酸滴加完成后，攪拌下，緩慢滴加與明膠溶液同體積的氫氧化鈣水溶液；滴加完成后，攪拌反應4飛小時，得到白色懸濁液； d.將上述懸濁液靜置24 48小時，離心，取沉淀冷凍干燥后，研磨即得所述骨修復材料干粉。
全文摘要
本發明公開了一種骨修復材料及其制備方法。該骨修復材料以氫氧化鈣和磷酸為原料，以明膠溶液為反應母液，采用中和法自組裝形成白色懸濁液，經離心分離出沉淀，冷凍干燥后研磨得到。本發明制備得到的骨修復材料，具有良好的生物相容性和生物活性。
文檔編號A61L27/12GK102861356SQ201210399568
公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月19日 優先權日2012年10月19日
發明者劉斌, 姚義俊, 沈國柱, 吳紅艷, 蘇義, 盛群 申請人:南京信息工程大學