生物相容的材料及其用途制造技术

本发明专利技术涉及一种生物相容的材料，尤其涉及一种两相或生物相容的复合陶瓷材料，其中，第一相为掺杂的硅酸钙锌，第二相为金属氧化物。在一个实施例中，本发明专利技术被开发以用于组织(包括骨组织)再生。在另一实施例中，本发明专利技术被开发以用作一种提高现有植入式医疗装置的长期稳定性的涂层。

Biocompatible materials and uses thereof

The invention relates to a biocompatible material, in particular to a two-phase or biocompatible composite ceramic material, wherein the first phase is doped calcium silicate zinc and the second phase is metal oxide. In one embodiment, the present invention is developed for regeneration of tissue (including bone tissue). In another embodiment, the present invention is developed to serve as a coating for improving long-term stability of existing implantable medical devices.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求申请号为2011902160(2011年6月1日)和2011903923(2011年6月23日)的澳大利亚临时专利申请的优先权。这两个申请通过引用在此结合。
本专利技术涉及一种生物相容的材料，尤其涉及一种两相或生物相容的复合陶瓷材料，其中，第一相为掺杂的硅酸钙锌(dopedcalciumzincsilicate)，第二相为金属氧化物。在一个实施例中，本专利技术被开发以用于组织(包括骨组织)再生。在另一实施例中，本专利技术被开发以用作一种提高现有植入式医疗装置的长期稳定性的涂层。在另一实施例中，本专利技术被开发以用于给药或骨组织再生。在又一实施例中，本专利技术被开发以用于以注射形式给药。然而，可以理解的是，本专利技术并不局限于这些特定领域的使用。
技术介绍
下面关于现有技术的论述用于为本专利技术提供合适的技术环境，使得本发明的优点能够被更完全地理解。然而，需要知道的是，说明书中对现有技术的任何论述不应到被理解为，表示或暗示承认这种现有技术是众所周知的或者形成本领域的公知常识的一部分。骨头作为活体组织，具有自愈的能力，然而，在一些情况下，无论任何原因导致的骨头的损坏过于严重，使得自然愈合无法进行，此时就需要骨植入物来刺激再生。骨植入物主要有三种类型：自体植入物、同种异体植入物和人工植入物。由于人工植入物能够改善自体植入物和同种异体植入物存在的许多问题，例如供应有限、供骨部位疼痛以及免疫原性组织等，所以在作为骨代替物的人工植入物领域进行着大量的重要研究。对于晚期的退行性骨病而言，关节置换术仍然是缓解疼痛和痛苦的唯一疗法。然而，骨科领域的这种技术并不令人满意。例如，澳大利亚人每年需要有超过6万例髋关节和膝关节置换手术，并且据估计将以每年10％的速率增长，令人吃惊的是，其中的25％是失败的植入物的翻修[Graves，S.E.等人，澳大利亚骨科学会国家关节置换登记，医学杂志(Med.J)2004年8月；180卷(增刊5)：p.S31-4]。在骨块(bonestock)损坏或者原始植入物的稳定性有问题的情形下(例如老年患者、创伤后的受伤或者在翻修手术中)，会产生进一步的并发症，这些病例的短期或长期临床效果是非常差的。平均寿命的增加和需要植入物的年轻患者数量的增加强烈需求植入物的寿命更长，并且驱动了用于研发新型的微工程表面的生物医学研究，通过骨整合，该新型的微工程表面可以将非骨水泥假体直接固定到活骨上，从而尝试提供强壮到足以支持终生功能负荷的稳定接口。很明显，目前的骨科装置的寿命存在严重问题；预计只随着需要这种治疗的老年人口的需求的增加而增多也是一个问题。任何可以增加这些骨科装置的性能的改进都受到骨科业界和病患自身的欢迎。促进骨和内皮细胞的迁移、增生和分化的3D支架在骨科和颌面外科手术中越来越重要。理想的骨替代材料应当支持骨成形和血管成形；显示极少的纤维化反应并充当用于骨再造的临时生物材料。它们必须以一种受控的方式降解为无毒产物，身体可以通过普通生理机制将其新陈代谢或排泄(Yaszemski等人，生物材料，1996年，17卷，175-185页)。为了防止应力遮挡并保持合适的韧性以避免循环负荷下的疲劳断裂，需要支架的机械强度好并且具有与骨头的弹性模量相当的弹性模量。目前还没有成功的方法可以实现骨组织再生和重建带有关节软骨的关节炎关节。软骨修复响应不足导致对促进组织再生的新方式的需求越来越大。上个世纪，为了促进或者刺激骨生长的目的研究了作为支架的各种陶瓷。例如，在1880年，硫化钙(熟石膏)被使用。然而，硫化钙显示了较低的生物活性和较高的降解速率(Tay等人，Orthop.Clin.NorthAm，1999年，30：615-23)。在1950年，羟磷灰石被使用，但是其降解率较低并且机械性能较差(WiltfangJ.等人，J.Biomed.Master.Res.2002；63：115-21)。在1970年，生物玻璃被研制出来。然而，由于其固有的脆性以及较低的弯曲强度，使得这种材料较难处理(GordioliG.，Clin.OralImplantsRes.2001，13：655-65)。1990年，硅酸钙陶瓷开始被用来刺激骨生长。它们被认为是有潜力的生物活性材料并且它们的降解产物不会引起炎症反应。但是，这些材料存在一些降低其物理和生物特性的缺点，包括他们的a)不能将需要的机械性能和开孔率结合；b)机械强度差使得它们不适用于承重应用(load-bearingapplications)；以及c)化学不稳定性差(高降解速率)导致周围环境的高碱性条件，这对于细胞活性是有害的，并且限制了它们的长期生物应用。同时，其他更近期的陶瓷，例如羟基磷灰石(HAp)、Bioverit玻璃陶瓷、Ceraverit和其他硅酸钙，被发现可以粘接活体骨并满足广泛的临床应用，即好的生物活性，但是由于这些材料的相对脆性，它们不能被用在高负荷区域，如，例如腿部发现的皮层质骨。因此，这些材料具有良好的生物活性，但是在移植之后缺乏完全地生物降解能力，并且它们的机械强度一般[HenchL.L.，JAmCeram.Soc.199881：1705-28]。它们是非常易碎的并且经常破裂。至少因为这个原因，这种材料通常限制于用作金属植入物上的涂层。另一种已知材料是掺杂的锌黄长石，如国际专利申请WO2010/003191中所述。掺杂的锌黄长石是一种生物相容的陶瓷材料，该材料包括Sr、Mg或者Ba掺杂的锌黄长石(Ca2ZnSi2O7)。本专利技术的一个目的是克服或改进上述现有技术的至少一个缺点，或者提供一种有用的替代。本专利技术的一个特别优选的实施例的目的是提供一种生物相容的复合陶瓷材料，该材料可用于提高例如包括这种材料的可植入式医疗装置和/或可植入式给药装置的长期稳定性。除非文中清楚规定有所不同，否则说明书和权利要求书中的包括及类似词均以非封闭的意义解释，而不是以排他的或者穷举的意义解释。也就是说，应被解释为“包括但不限于”。虽然本专利技术将参照具体的例子来进行说明，但是可以理解地，本领域技术人员可以采用许多其他形式实现本专利技术。本领域技术人员可以理解的是，“生物相容性”一词定义了一种双向响应，即身体对材料的响应和材料对身体的响应。医疗装置的生物相容性是指装置实现其预期功能的能力，在受移植者体内达到期望的结合程度，而不在受移植者体内引起任何明显的或者长期的不被期望的局部或全身作用。
技术实现思路
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【技术保护点】
一种生物相容的复合陶瓷材料，包括第一相和第二相，其特征在于，所述第一相为有掺杂物的锌黄长石(Ca2ZnSi2O7)，所述第二相为属于尖晶石族矿物的金属氧化物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.01 AU 2011902160;2011.09.23 AU 20119039231.一种生物相容的复合陶瓷材料，包括第一相和第二相，其特征在于，
所述第一相为有掺杂物的锌黄长石(Ca2ZnSi2O7)，所述第二相为属于尖晶
石族矿物的金属氧化物。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述第一相和所述第二
相之间具有协同的生物相容性。
3.根据权利要求1或2所述的材料，其特征在于，所述锌黄长石掺杂
有锶、钡和/或镁中的至少一种。
4.根据前述权利要求任一项所述的材料，其特征在于，所述第一相的
分子式为[(SraBabMgc)Ca[20-∑(a，b，c)]ZnSi2O7]，其中，∑(a，b，c)为0.05-0.9；所述
第二相的分子式为[(MgxZnyFez)Al2O4]，其中，∑(x，y，z)＝1。
5.根据前述权利要求任一项所述的材料，其特征在于，所述第一相为
分子式为Sr0.1Ca1.9ZnSi2O7的硅酸锶钙锌。
6.根据前述权利要求任一项所述的材料，其特征在于，所述金属氧化
物为锌类晶石(ZnAl2O4)、镁属尖晶石(MgAl2O4)、铁尖晶石(FeAl2O4)，
或者它们的结合。
7.根据前述权利要求任一项所述的材料，其特征在于，所述第一相的
重量百分比为约70％～99％。
8.根据权利要求7所述的材料，其特征在于，所述第二相的相应的重
量百分比为约30％～1％。
9.根据前述权利要求任一项所述的材料，其特征在于，所述材料为植
入级或者医疗级材料。
10.根据前述权利要求任一项所述的材料，其特征在于，所述材料在接
触体液后形成羟磷灰石层，从而增强在哺乳动物体内的生物相容性。
11.根据前述权利要求任一项所述的材料，其特征在于，所述材料适用
于骨和其他组织的再生、或者适用于重建关节炎的关节以促进关节软骨的生
长，或者适用于促进骨和内皮细胞的迁移、增生和分化的3D支架的研制，
或者适用于骨科和颌面手术，或者适用于承重部件，或者适用于支持骨组织
再生/形成和血管成形，或者适用于用于骨软骨缺损的支架，或者用作目前
使用的骨科和牙科植入物上的用于提高植入物的长期稳定性的涂层，或者适
用于美容目的，例如鼻子和下巴的整形以及腿部延长。
12.根据前述权利要求任一项所述的材料，其特征在于，所述材料的孔
隙率为约20％～80％。
13.根据前述权利要求任一项所述的材料，其特征在于，所述材料的平
均孔径大小为约20～500微米。
14.根据前述权利要求任一项所述的材料，其特征在于，所述材料的耐
压强度为约2～15MPa。
15.根据前述权利要求任一项所述的材料，其特征在于，所述材料包括
至少一可吸收的聚合物材料涂层，所述聚合物材料选自以下材料：聚乙交酯、
聚对二氧环己酮、聚羟基烷基酸酯、聚乳酸、藻酸盐、胶原蛋白、壳聚糖、
聚亚烃草酸酯、聚酸酐、聚(乙交酯-共-碳酸亚丙基酯)、聚酰胺酯和/或聚
酯肽。
16.一种生物相容的复合陶瓷材料，包括第一相和第二相，其特征在于，
所述第一相包括采用选自以下掺杂物的元素掺杂的硅酸钙锌，所述掺杂物包
括Sr、Mg、Ba或者它们的结合；所述第二相包括金属氧化铝，所述金属为
Mg、Zn、Fe或者它们的结合。
17.根据权利要求16所述的材料，其特征在于，所述第一相的分子式
为SrxCa(2-x)ZnSi2O7，其中，x的取值范围为0.05-0.9。
18.根据权利要求16或17所述的材料，其特征在于，所述第一相的分
子式为Sr0.1Ca1.9ZnSi2O7。
19.根据权利要求16-18任一项所述的材料，其特征在于，所述第二相
为锌类晶石(ZnAl2O4)。
20.根据权利要求16-19任一项所述的材料，其特征在于，所述钙至少
部分被Mg替代。
21.一种生物相容的复合陶瓷材料，包括硅酸锶钙锌和锌类晶石
(ZnAl2O4)。
22.根据权利要求21所述的材料，其特征在于，所述材料包括分...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈拉·扎里伊卡特，赛义德伊曼·鲁哈尼伊斯法哈尼，科林·邓斯坦，李佼佼，
申请(专利权)人：悉尼大学，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU