本发明专利技术公开了一种可降解含镁的磷酸钙‑硫酸钙多孔复合生物支架，通过将牛煅烧松质骨骨矿多孔支架经含有镁源、硫源及磷源的三元体系处理，取出干燥后，高温煅烧而得。本发明专利技术的可降解含镁的磷酸钙‑硫酸钙多孔复合生物支架兼具良好三维互通网孔结构与骨传导性、可降解性、较好机械强度和生物相容性；同时网孔内有较大长径比的硫酸钙晶须生长，可增加材料的比表面积，可能改善细胞粘附。因有效掺入了成骨活性离子镁及降解时可产生局部高钙环境的硫酸钙，复合生物支架可能具备潜在的骨诱导性。该复合生物支架可能更多地满足了骨移植替代材料或骨组织工程支架材料的理想的条件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医用材料领域，特别涉及一种可降解含镁的磷酸钙-硫酸钙多孔复合生物支架。
技术介绍
由于意外事故、骨病、战争或矫形手术所致的骨缺损需要进行骨移植。骨移植是仅少于输血的组织移植，美国每年需骨移植的病例超过100万人次；按人口比例推断国内每年需骨移植的病例逾400万人次、全世界每年需骨移植的病例逾2000万人次。自体骨移植目前是治疗骨缺损的金标准，但给患者增加了新的创伤且取骨区存在一定的并发症，且自体骨来源有限，部分患者如儿童、高龄老人不适合自体骨移植。骨替代材料的研究、开发是目前医学研究的重点之一，中国十二五国家攻关项目中就有关于骨替代材料与机体作用机理的研究。构成人骨骨矿有Ca、P、C、O、H、S、Fe、Mg、Cu、Si、Zn、Mn、Na、K等元素，在人骨矿化过程中存在广泛的同质替换行为，人骨具有复杂的组成及结构。在骨组织工程支架或人工骨的设计过程中，关键要考虑人骨这种严重矿化组织的复杂组成及结构；人骨不能被单一材料所提供的有限特性所完全替代，更为重要的是，支架还必须为骨组织的再生提供三维多孔微结构以引导细胞的分化增殖，而且要能维持或较快取得足够的力学强度来满足被替代材料的力学要求。理想的骨移植替代材料或骨组织工程支架材料应具有以下条件:1)具有良好的骨传导性，材料具有孔径理想的三维互通网孔结构，尽可能高的孔隙率及比表面积2)具有骨诱导性；3)具有良好的生物相容性以及支持骨细胞生长和功能分化的表面化学性质与微结构；4)具有良好的生物降解性；5)材料中承担骨传导作用的部分必须有足够的力学强度及承载能力；6)易加工等。Johan等2010年在一篇综述中把新西兰临床可得到的骨移植替代材料归纳为四类：1、单相钙磷材料包括羟基磷灰石转化生物陶瓷三种、合成羟基磷灰石水泥一种，β-磷酸三钙人工陶瓷两种；2、复合材料包括磷酸四钙/磷酸氢钙、62.5％α-磷酸三钙/26.8％无水磷酸氢钙/8.9％碳酸钙/1.8％羟基磷灰石、60％羟基磷灰石/40％b-磷酸三钙、73％b-磷酸三钙/21％磷酸二氢钙/5％磷酸氢镁、磷酸四钙/磷酸氢钙/无定形磷酸钙、α-磷酸三钙/碳酸钙/磷酸二氢钙等配方的合成水泥6种，配方为80％磷酸三钙/20％磷酸氢钙的人工陶瓷一种；3、单相硫酸钙制备的泥膏或颗粒共四种；4、含硅生物玻璃一种。磷灰石、硫酸钙是目前临床上最为常见的骨移植替代材料或构成成分。目前临床缺少理想的骨移植替代材料，主要表现在理想三维互通网孔结构、极大的孔隙率及比表面积、可降解性、骨传导性、骨诱导性及力学强度等特性多不能兼而有之。临床已经应用的具有较为理想三维互通网孔微结构的人工骨均为动物材料转化而来：其中两个来源于牛松质骨经过高温烧结工序制备的多孔羟基磷灰石陶瓷骨，特点是保留了牛松质骨自然骨矿的三维互通网孔微结构且成分接近人骨骨矿成分，具有良好的生物相容性、良好的骨传导性及较好抗压缩强度，因高温烧结程序而免却异种骨免疫排斥反应及病原体导入之可能，且易于加工。来自牛骨的多孔羟基磷灰石具有60-90％的良好孔隙率且牛骨资源丰富，其孔径为390-1360μm，稍大于150-400μm的骨移植替代材料及骨组织工程支架的理想孔径；具备1-20MPa的良好的抗压缩强度；植入机体内有利于骨修复细胞募集、血管的进入、氧气及组织液的交换，为骨修复细胞提供良好的生理活动空间与黏附支持；其巨大的缺点是高温烧结牛松质骨得到的骨矿—羟基磷灰石太过稳定，在体内降解太过慢长，在钙磷类植骨材料中溶解度最低，降解速度远远不能与新骨形成速度匹配，亦不能持续释放较高浓度钙等成骨有益离子、因此缺乏良好的成骨活性，不利于骨的修复及改造。理想的降解速度是人工骨或骨组织工程支架的另一重要要求，理想的人工骨降解速度应该与新骨形成速度相匹配，在引导新骨形成的同时逐渐降解为新骨替代进一步提供空间，其降解过程中不断释放的钙离子等成骨有益离子为骨矿的重新沉积、改造与代谢提供矿物重组成分，这一过程可能刺激新骨形成即具备某种程度潜在的骨诱导性；人工骨或骨组织工程材料降解速度过快不利于对骨修复过程提供足够时空的支持与引导，而降解过慢则会阻碍新骨的形成、替代及塑形。无机物植骨材料在体内的降解主要通过两个途径：体液介导的溶降和细胞介导的降解过程。溶降过程是在体液的作用下，材料及粘结剂水解，材料逐步离解成颗粒、分子、离子的物理溶降过程。而细胞介导的降解过程主要是巨噬细胞和破骨细胞对材料的吞噬作用的生物降解过程。无机物植骨材料在体外的降解过程与其组成成分有关，其降解速度与材料的颗粒大小、孔隙率、比表面积、结晶度和溶解度亦有密切相关，其中溶解度是最重要的影响因素。在临床上最为常见的骨移植替代材料中硫酸钙具有最快的降解速度【硫酸钙在体内完全降解时间为45-72d，比自体骨快两倍多】，钙磷材料中的羟基磷灰石具有最慢的降解速度【无孔块状羟基磷灰石在体内10年都不能完全降解】、有远大于新骨形成速度，其他钙磷成分如磷酸三钙、磷酸氢钙、磷酸二氢钙、多聚磷酸氢钙、焦磷酸钙等的降解率处于两者之间，具备相对适中的降解速度。为了克服煅烧牛松质骨多孔羟基磷灰石的明显缺点，近20年来，有科学工作者试图将煅烧牛松质骨多孔羟基磷灰石转化为磷酸三钙或含磷酸三钙的复相磷灰石陶瓷。俗称巴黎水泥的单质硫酸钙泥膏、水泥颗粒是应用于骨缺损填充的最久远的材料，因其1、良好的耐生物；2良好的空间充填特性；3较快的吸收速度及生物吸收完全；4、潜在的成骨活性；5良好的骨传导作用且因为较快的吸收能为骨修复提供空间而延用至今。硫酸钙在100毫升水中常温下溶解0.2克左右，硫酸钙体内降解时在局部形成高钙环境，为新生骨组织骨矿形成提供钙源，与体液中的磷酸根等结合从而促进新骨的矿化，其潜在的骨诱导活性与硫酸钙溶解过程中局部高钙、偏酸微环境有关；硫酸钙在体内降解在局部形成的高钙环境为新骨形成提供钙源的同时，还不同程度促进成骨细胞形成、分化；硫酸钙在体内降解形成局部偏酸微环境可能促进人骨骨矿微溶降，造成成骨活性蛋白显露，而有利于新骨形成；但临床目前应用的硫酸钙泥膏或颗粒同样有合成材料的共同缺点即难以具备理想三维互通网孔结构，同时硫酸钙体内完全降解时间为45-72d，比自体骨快两倍多，难以对新骨的形成做持续、稳定的骨传导支持，不能为骨组织的再生提供三维多孔微结构即缺乏良好的骨传导性的结构基础修复细胞、血管进入移植物内，不利于立新骨的生物形成；即使成功制备成高孔隙率、高比表面积的三维互通网孔结构的硫酸钙单质支架，其降解速度会更快，强度更差；硫酸钙材料溶降后还可使局部微环境偏酸而有可能引起炎症反应。合成复合材料的优点是可通过选择不同降解特性的成分及其成分构成比例，使复合材料的降解速率、pH值等物性达到某种平衡，并且可能吸附更多种人体内活性蛋白(信号蛋白)，改善材料的生物活性，更多地满足骨移植替代材料的理想要求。另外，磷酸钙及其他生物基材料的生物活性因掺入生物活性离子可能被提高。已有的研究表明，这些生物活性离子能有效的刺激蛋白活性，促进细胞生长和骨生长。人体约含有25g镁，镁在人体骨形成和所有生长过程、维护骨细胞结构与功能、骨代谢及重塑方面具有重要作用。低含镁量的磷酸镁钙基骨水泥能够显著提高细胞的粘附能力。掺镁磷酸钙骨本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可降解含镁的磷酸钙‑硫酸钙多孔复合生物支架，其特征在于：通过将牛煅烧松质骨骨矿多孔支架经含有镁源、硫源及磷源的三元体系处理，取出干燥后，高温煅烧而得。
【技术特征摘要】
2015.07.01 CN 20151039202551.一种可降解含镁的磷酸钙-硫酸钙多孔复合生物支架，其特征在于：通过将牛煅烧松质骨骨矿多孔支架经含有镁源、硫源及磷源的三元体系处理，取出干燥后，高温煅烧而得。2.根据权利要求1所述的一种可降解含镁的磷酸钙-硫酸钙多孔复合生物支架，其特征在于：所述将牛煅烧松质骨骨矿多孔支架经含有镁源、硫源及磷源的三元体系处理选择以下方案之一：方案一：将牛煅烧松质骨骨矿多孔支架先在镁源溶液中浸渍、取出干燥后，再进入硫源-磷源复合溶液中水热反应；方案二：将牛煅烧松质骨骨矿多孔支架在镁源-硫源-磷源复合溶液中浸渍的同时水热反应。3.根据权利要求2所述的一种可降解含镁的磷酸钙-硫酸钙多孔复合生物支架，其特征在于：所述水热反应采用恒温水热方式，控制温度70-90℃，时间8-36小时。4.根据权利要求2所述的一种可降解含镁的磷酸钙-硫酸钙多孔复合生物支架，其特征在于：方案一中，牛煅烧松质骨骨矿多孔支架与镁源溶液的料液比为10g：50-200mL，牛煅烧松质骨骨矿多孔支架与硫源-磷源复合溶液的料液比为10g：50-200mL。5.根据权利要求2所述的一种可降解含镁的磷酸钙-硫酸钙多孔复合生物支架，其特征在于：方案二中，牛煅烧松质骨骨矿多孔支架与镁源-硫源-磷源复合溶液的料液比为10g：50-100mL。6.根据权利要求1或2所述的一种可降解含镁的磷酸钙-硫酸钙多孔复合生物支架，其特征在于：所述高温煅烧的参数为750-900℃煅烧2-9小时。7.根据权利要求1或2所述的一种可降解含镁的磷酸钙-硫酸钙多孔复合生物支架，其特征在于，所述镁源为硫酸镁、磷酸氢镁中的一种或两种；所述硫源为硫酸和可溶性硫酸盐，所述可溶性硫酸盐为硫酸钠、硫酸镁中的一种或两种；所述磷源为磷酸和可溶性磷酸盐，所述可溶性磷酸盐选自磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢镁、磷酸氢镁与磷酸氢二铵的组合、磷酸氢镁与磷酸二氢铵的组合中的一种。8.根据权利要求7所述的一种可降解含镁的磷酸钙-硫酸钙多孔复合生物支架，其特征在于：所述含有镁源、硫源及磷源的三元体系中镁离子...
【专利技术属性】
技术研发人员：李桑，毛海蛟，汤亭亭，傅俊，熊汉锋，聂磊，李亚屏，郑建民，张国锋，
申请(专利权)人：李亚屏，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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