专利名称：介孔骨组织修复材料及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种介孔骨组织修复材料及其制备方法和应用。
背景技术：
人体骨组织损伤的修复与重建一直是影响人们健康和生活的一种严重的社会问 题。全世界每年有数以千万计的人患有各种硬组织损伤或缺失疾病，需要用生物功能材料 进行修复和重建。近年来，用于骨组织修复与重建生物材料的研究与开发取得了引人瞩目 的成就，目前已有多种生物材料在临床上获得应用，包括医用金属、医用高分子材料、生物 陶瓷及其复合材料等。然而随着研究的不断深入和临床的广泛应用，人们发现目前临床使 用的生物材料存在着或生物活性不足，或降解性能不理想，材料呈"异物"状态存在于体内， 不能与周围组织融合并参与正常的新陈代谢活动等缺点，这些都影响了硬组织修复材料在 临床上的使用效果及医生和患者的满意度。目前，这些缺陷正成为生物材料研究与开发的 "瓶颈"，严重限制着其在临床上的广泛应用。生物活性材料是当今组织再生医学植入物研 究的前沿和发展方向，这种特殊的功能材料植入体内，通过细胞黏附、迁移、增殖与分化形 成新骨，它利用了人体自身的生理环境和自我修复功能，原位重建受损的人体组织。因此， 发明新型可降解生物活性硬组织修复材料，具有深远的科学意义和临床应用价值。
首先，材料表面吸附蛋白质对植入材料的生物相容性等生物学特性有非常重要的 影响。生物材料植入体内时，面临第一个反应是来自血液和组织液的蛋白吸附；吸附在表面 的蛋白将影响材料的生物学性能，如影响随后发生的细胞吸附/黏附、增殖与分化、基因表 达等。生物材料表面性质和结构对蛋白质吸附过程有着非常重要的影响；反之，蛋白质吸附 也可能改变材料的表面性质和结构，影响其生物相容性和生物活性。因此，研究材料对蛋白 质的吸附对于设计新型生物功能材料是非常重要的问题。 人们早已发现，硅作为动物和人体结缔组织中的一种微量元素，其吸收水平直接 影响到骨的质量。硅调控着幼骨发育和矿化，吸收足量硅才能构建正常的骨组织，缺乏足量 的硅，新生骨会发生畸变。在硬组织损伤或缺失疾病的修复中，硅对新骨的生长具有十分重 要的调控作用。自从Hench发明生物活性玻璃，并首次提出"生物活性"概念以来，不少研 究者对硅基生物活性材料产生了极大兴趣。 一些含硅的生物材料如生物玻璃、硅酸钙等在 体内外展示出极好的诱导磷灰石形成能力。随着对生物玻璃表面磷灰石层形成机理研究的 不断深入，人们发现硅对诱导磷灰石沉积发挥了重要作用。用分子细胞生物学技术对硅基 生物材料在体外反应的研究结果表明，某些生物活性玻璃在体外细胞培养液中的溶解产物 (硅离子)能激活成骨细胞中与新骨形成相关的某些基因，从而揭示了硅是体内促进新骨 形成的根源。 近年来，镁基生物材料的研究也引起了很多学者的关注。如可吸收镁及镁合金生 物材料，搀杂镁离子的生物玻璃和生物陶瓷等。研究证明，含Ca、 Mg和Si的生物玻璃和玻 璃陶瓷具有良好的生物活性，植入兔骨内能与宿主骨形成紧密的骨性结合。镁是人体中维 持正常生活所必需的物质之一，几乎参与人体所有的生命活动，是体内仅次于钙、钠和钾的常量元素，参与体内一系列新陈代谢过程。镁离子可促进钙的沉积，对组织的矿化有重要影 响，镁缺乏会降低造骨细胞和破骨细胞的活性，并导致骨质脆弱。研究发现，镁合金有促进 骨髓基质干细胞粘附、向成骨细胞分化并产生骨基质的作用；以镁钙合金浸提液培养L929 成纤维细胞，发现细胞增殖随着浸提液浓度的增加而增加，且在第7天最强，表明对细胞生 长有促进作用，无细胞毒性反应；镁的降解产物对植入周围骨组织不造成任何有害影响，且 在植入物周围的骨细胞增殖更为明显。研究表明，含镁离子的生物陶瓷、生物玻璃能显著地 提高成骨细胞骨相关基因碱性磷酸酶、1型胶原、骨桥蛋白、骨钙蛋白和骨涎蛋白mRNA的表 达水平。因此，镁也是影响骨质再生的重要因素。 另一方面，研究适于组织再生，同时又能高容量装载和缓释生物活性物质/药物 的多孔材料是近年来国际上组织工程研究热点和前沿之一。生物活性因子对细胞/组织生 长有非常重要的调控作用，将其引入到多孔材料中，可在位诱导体内原有细胞分化，从而快 速修复受损组织。目前，组织工程多孔材料结合生物活性因子的缓释/控释技术仍然面临 着很大的挑战， 一般的多孔材料可做到大孔互相连通，是细胞的良好载体，但作为生物活性 因子(如蛋白、多肽和基因等)/药物(如抗感染)的载体，传统的大孔材料很难高容量地 负载生物活性因子并实现其缓释。传统材料由于比表面积低，表面活性基团少，其表面不能 或只能吸附少量的活性因子，而且结合不牢固，会暴释而无法实现缓释。因此，通过"分子设 计"的手段组装出各种结构可控的纳米生物材料，并赋予其特殊的生物功能也是近年来新 型生物材料研究的亟待解决的问题之一。 介孔材料独特的结构和特性使它有望成为新型的硬组织修复材料①高孔隙率、 规则而连通的纳米孔道使其具有巨大的比表面积，从而对水和血液等有很大的吸附量和很 快的吸附速度，因而植入组织缺损部位可迅速地吸附血液中的各种蛋白质和富集生物活性 因子。②巨大的比表面积可大大提高植入材料与组织液的接触面积，从而使材料降解加 快。③纳米尺度的表面介孔结构，能调控细胞在材料表面的生长行为，从而指导组织生长。 最近，Vallet-Regi等人系统研究了几种介孔材料的体外生物活性，证实了硅介孔材料如 MCM-48、 SBA-15和掺杂少量磷的MCM-41在体外模拟体液中能够快速地形成生物活性磷灰 石层，显示出介孔材料应用于硬组织再生和修复的潜力和前景。国内复旦大学和中科院硅 酸盐研究所等也研究了介孔生物玻璃和硅酸钙的体外生物活性和药物缓释性能。但是这些 研究都还没有进一步开展介孔材料的生物学性能研究，例如对体外培养的细胞、植入体内 后对组织的影响等。介孔材料作为生物材料的研究刚刚开始，这是一个多学科的交叉领域， 有很多重要的前沿基础科学问题需要去探索。特别是关于介孔材料与蛋白质、细胞相互作 用，以及其植入体内的组织反应等方面的研究，目前还没有相关报道，有必要进一步展开研
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有的骨组织修复材料的生物活性不足，不 能很好的负载或者容量的装载生物活性因子或药物，并为进一步提高骨组织修复材料的生 物学性能而提供了一种介孔骨组织修复材料及其制备方法。本发明的介孔骨组织修复材料 具有很高的生物活性，能有效的控制和缓释其负载的促进骨质再生的蛋白质、多肽等生物 活性因子，并且材料孔径大小均匀、孔隙率高、孔之间排列均匀、孔的形貌好，能够很快吸附血液/组织液中的蛋白和富集活性因子，且能减少活化部分凝血活酶时间(APTT)和凝血酶
原时间(PT)，对内源性凝血因子的激发效果非常显著，能够有效调控和指导新骨组织再生。 本发明的介孔骨组织修复材料含有氧化镁、氧化钙和氧化硅。 本发明的介孔骨组织修复材料较佳的含有氧化镁17 % 33%、氧化钙25 %
40%和氧化硅33% 50%，百分比为各成分摩尔数占成分总摩尔数的百分比。 本发明的介孔骨组织修复材料较佳的为，在粉末X-射线衍射(XRD)图谱上，在横
坐标2 e为29°之间有1个峰的介孔骨组织修复材料；2 e误差范围为±0. 2° 。其中，X
射线衍射的具体条件如下采用日本Rigaku公司D/max2500型18kW转耙X射线衍射仪(Cu
革巴，Ka线，管电压40kV，管电流200mA)检测样品物相结构。 本发明中，所述的介孔骨组织修复材料的孔径较佳的为2 20nm，更佳的为10nm 左右；比表面较佳的为200 500m7g，更佳的为500m7g。所述的介孔骨组织修复材料的宏 观形貌较佳的为粉末状，或经造粒后呈颗粒状。所述的粉末状的介孔骨组织修复材料在放 大300倍的扫描电镜观察下一般呈不规则的无定形粉末，在放大5000倍的扫描电镜下呈微 米棒状结构。 本发明中，所述的介孔骨组织修复材料较佳的还负载生物活性因子或药物。本发 明的介孔骨组织修复材料能有效的吸附和缓释其负载的促进骨质再生的蛋白质、多肽等生 物活性因子或药物如抗感染药物，实现良好的缓释功效。 本发明中，所述的介孔骨组织修复材料能够在模拟生理体液或生理体液形成与自
然骨无机成分一致的羟基磷灰石，有利与细胞/骨组织在其表面生长。 本发明中，所述的介孔骨组织修复材料可以吸附大量牛血清蛋白， 一般在60分钟
后基本达到吸附最大值，同时可以显著减小APTT和PT凝血时间，具有止血功能。 本发明还涉及一种介孔骨组织修复材料的制备方法，其包括如下步骤将镁源、钙
源、硅源(TEOS)和表面活性剂，溶于溶剂中，加酸或碱，搅拌，得溶胶，将溶胶陈化，干燥，焙
烧脱去表面活性剂，即可。 其中，所述的镁源较佳的为是硝酸镁、氯化镁和氧化镁中的一种或多种，更佳的为 硝酸镁。所述的镁源的摩尔百分比较佳的为17% 33%，其中镁源的摩尔百分比是指镁源 占硅源、镁源和f丐源总的摩尔量的百分比。 其中，所述的硅源较佳的为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯和硅酸钠中的一种或多种。所 述的硅源的摩尔百分比较佳的为33% 50%，其中硅源的摩尔百分比是指硅源占硅源、钙 源和镁源总的摩尔量的百分比。 其中，所述的钙源较佳的为氯化钙、硝酸钙和醋酸钙中的一种或多种。所述的钙源 的摩尔百分比较佳的为25% 40%，其中钙源的摩尔百分比是指钙源占硅源、钙源和镁源 总的摩尔量的百分比。 其中，所述的表面活性剂为介孔骨组织修复材料有序介孔的制孔剂，较佳的为非 离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂和阴离子表面活性剂中的一种或多种，更佳的为 聚环氧乙烯醚_聚环氧丙烯醚_聚环氧乙烯醚三嵌段共聚物(P123)、十六烷基三甲基溴化 铵(CTAB)、聚乙二醇(PEG)和聚甲基丙烯酸铵(PMAA)中的一种或多种，最佳的为聚环氧乙 烯醚-聚环氧丙烯醚-聚环氧乙烯醚三嵌段共聚物(P123)和/或十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB)。其中，聚环氧乙烯醚-聚环氧丙烯醚-聚环氧乙烯醚三嵌段共聚物(P123)是一种非离子型高分子表面活性剂，其为三嵌段共聚物E02。P07。E02。，简称P123，其中E0为聚氧乙 烯段，P0为聚氧丙烯段，Aldrich公司生产，P123的Mw(分子量)=5800，十六烷基三甲基 溴化铵(CTAB)是一种阳离子表面活性剂，聚乙二醇(PEG)是一种非离子表面活性剂，聚甲 基丙烯酸铵(PMAA)是一种阴离子表面活性剂。其中，所述的表面活性剂的用量按硅源与表 面活性剂的摩尔比计，较佳的为1 : 0.02。 其中，所述的溶剂较佳的为无水乙醇、水或乙醇水溶液，乙醇水溶液的浓度较佳的 为质量百分数95%以下，更佳的为质量分数10%以下。 其中，所述的酸较佳的为盐酸；所述的碱较佳的为氨水；加完酸或碱后体系的pH 较佳的保持在2 10 ;所述的搅拌的时间较佳的为4 7小时；所述的搅拌的温度较佳的 为30 70°C ;所述的陈化(或称老化)的温度较佳的为12 50°C，陈化持续时间较佳的 为45 50小时；所述的干燥的温度较佳的为100 12(TC，干燥持续时间较佳的为10 14小时；所述的焙烧的温度较佳的为600 80(TC，焙烧持续时间较佳的为4 8小时。
在符合本领域常识的基础上，上述技术特征的各优选条件可任意组合获得本发明 的较佳实施例。 本发明还涉及上述介孔骨组织修复材料在制备人体骨组织损伤和/或缺损修复 中的应用。 本发明的介孔骨组织修复材料，含有骨形成和生长的必需元素镁、硅和钙，具有很
好的生物活性；同时具有较高的比表面积和孔容、以及强吸附性，使其还可以作为细胞载
体，特别是作为生物活性因子的高容量载体，通过调控材料的表面性质和纳米孔道结构实
现可控释放，达到调控新骨组织再生和缓释的双重功能。当材料植入体内后，可以推测纳米
孔道能很快地吸附血液/组织液中的蛋白和富集活性因子，由此在很短的时间内就完成表
面的"活性"修饰，还能进一步提高材料表面的生物相容性和生物活性。 本发明所用试剂和原料均市售可得。 本发明的积极进步效果在于本发明提供了一种介孔骨组织修复材料及其制备方 法。本发明的介孔骨组织修复材料孔径大小均匀、孔隙率高、孔之间排列均匀、孔的形貌好， 可以根据实际需要控制合成，同时具有很高的生物活性，能有效调控和缓释其负载的促进 骨质再生的蛋白质、多肽等生物活性因子，植入体内之后能够很快吸附血液/组织液中的 蛋白和富集活性因子，减少APTT和PT凝血时间，对内源性凝血因子的激发效果非常显著， 进一步调控和指导新骨组织再生。
图1为实施例1制得的介孔骨组织修复材料的外形图。 图2为实施例1制得的介孔骨组织修复材料的透射电子显微镜(TEM)照片。 图3为实施例1制得的介孔骨组织修复材料的孔分布曲线图。 图4为实施例1制得的介孔骨组织修复材料的氮气吸附_脱附曲线图。 图5中的a图为实施例1制得的介孔骨组织修复材料表面形貌的扫描电子显微镜
照片(未在模拟人体液中浸泡)；b图为实施例l制得的介孔骨组织修复材料在模拟人体液
中浸泡7天后表面形貌的扫描电子显微镜照片。 图6中的a为实施例1制得的介孔骨组织修复材料的广角X射线衍射(XRD)谱图；b为实施例1制得的介孔骨组织修复材料在模拟人体液中浸泡7天后的广角X射线衍射谱 图。 图7为实施例1制得的介孔骨组织修复材料对牛血清蛋白的吸附与浸泡时间的变 化关系图。 图8中的a为实施例1制得的介孔骨组织修复材料对APTT凝血时间的影响关系 图；b为实施例1制得的介孔骨组织修复材料对PT凝血时间的影响关系图。
图9中的a为实施例1制得的介孔骨组织修复材料与细胞联合培养时细胞的生长 状态图；b为细胞只在细胞培养液培养下的生长状态图(不含有本发明的介孔骨组织修复 材料)。 图10为实施例1制备的介孔骨组织修复材料治疗白兔股骨髁骨缺损的骨生长情 况观察图，a为1个月后骨生长情况观察图，b为3个月后骨生长情况观察图。
具体实施例方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实
施例范围之中。 实施例1 取4g聚环氧乙烯醚-聚环氧丙烯醚-聚环氧乙烯醚三嵌段共聚物(P123)加入 到无水乙醇中，5(TC下搅拌至均匀，然后再加入8. 5g TEOS于上述溶液中，再加入120ml的 2mol/L的盐酸溶液，搅拌1小时后，缓慢滴入Ca (N03) 2溶液(Ca (N03) 24. 82g)和Mg (N03) 2溶 液(Mg(N03)25. 23g)搅拌5小时后，将溶液转入聚四氟乙烯作内衬的反应釜并置于烘箱中， ll(TC下结晶化1天，所得溶液用去离子水进行清洗、过滤，室温下干燥；在程序控温管式炉 上采用空气气氛以1°C /min升温到60(TC，恒温6h，去除表面活性剂。煅烧后，自然冷却，粉 末过150目标准筛，密封备用。该粉末即为含钙镁硅的介孔骨组织修复材料(见图1)。经 检测，含钙镁硅的介孔骨组织修复材料的孔径大小为3nm左右，比表面为570m7g，硅的摩尔 量占硅、镁和钙总的摩尔量的百分比为45% ;钙的摩尔量占硅、镁和钙总的摩尔量的百分
比为20% ;镁的摩尔量占硅、镁和钙总的摩尔量的百分比为35%。
实施例2 按照镁源硅源钙源的摩尔比为17 : 40 : 43，硅源表面活性剂盐酸 水乙醇的摩尔比为i : 0.02 : 0.04 : 4 : 30的配比制备介孔骨组织修复材料，取十六
烷基三甲基溴化铵(CTAB)加入到乙醇水溶液中，3(TC下搅拌至均匀，然后再加入硅源正硅 酸乙酯于上述溶液中，再加入2mol/L的盐酸溶液，搅拌4小时后，缓慢滴入钙源氯化钙溶液 和镁源硝酸镁溶液搅拌4小时后，将溶液转入聚四氟乙烯作内衬的反应釜并置于烘箱中， 12t:下陈化50小时，所得溶液用去离子水进行清洗、过滤，IO(TC下干燥14小时；在程序控 温管式炉上采用空气气氛以1°C /min升温到600°C ，恒温8小时，去除表面活性剂。煅烧后， 自然冷却，粉末过150目标准筛，该粉末即为含钙镁硅的介孔骨组织修复材料，孔径大小为 2nm，比表面为500m7g。
实施例3 按照镁源硅源钙源的摩尔比为33 : 25 : 42，硅源表面活性剂的摩尔比为 i : 0.02的配比制备介孔骨组织修复材料，取聚环氧乙烯醚-聚环氧丙烯醚-聚环氧乙烯醚三嵌段共聚物(P123)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)加入到5wt^乙醇水溶液中， 7(TC下搅拌至均匀，然后再加入硅源正硅酸甲酯于上述溶液中，再加入氨水溶液控制pH值 为10，搅拌7小时后，缓慢滴入钙源硝酸钙溶液和镁源氯化镁溶液搅拌7小时后，将溶液转 入聚四氟乙烯作内衬的反应釜并置于烘箱中，5(TC下陈化45小时，所得溶液用去离子水进 行清洗、过滤，12(TC下干燥10小时；在程序控温管式炉上采用空气气氛以1°C /min升温到 80(TC，恒温4小时，去除表面活性剂。煅烧后，自然冷却，粉末过150目标准筛，该粉末即为 含钙镁硅的介孔骨组织修复材料，孔径大小为20nm，比表面为200m7g。
实施例4 按照镁源硅源钙源的摩尔比为20 : 30 : so，硅源表面活性剂的摩尔比为
1 : 0. 02的配比制备介孔骨组织修复材料，取聚乙二醇(PEG)和聚甲基丙烯酸铵(PMAA)加 入到2wt^乙醇水溶液中，5(TC下搅拌至均匀，然后再加入硅源硅酸钠于上述溶液中，再加 入2mol/L的盐酸溶液控制pH值为2，搅拌5小时后，缓慢滴入钙源醋酸钙溶液和镁源氧化 镁溶液搅拌5小时后，将溶液转入聚四氟乙烯作内衬的反应釜并置于烘箱中，3(TC下陈化 48小时，所得溶液用去离子水进行清洗、过滤，11(TC下干燥12小时；在程序控温管式炉上 采用空气气氛以1°C /min升温到70(TC，恒温6小时，去除表面活性剂。煅烧后，自然冷却， 粉末过150目标准筛，该粉末即为含钙镁硅的介孔骨组织修复材料，孔径大小为4nm，比表 面为400m7g。
实施例5 按照镁源硅源钙源的摩尔比为30 : 37 : 33，硅源表面活性剂的摩尔比为 i : 0.02的配比制备介孔骨组织修复材料，取聚环氧乙烯醚-聚环氧丙烯醚-聚环氧乙烯
醚三嵌段共聚物(P123)加入到3wt^乙醇水溶液中，6(TC下搅拌至均匀，然后再加入硅源 正硅酸甲酯和硅酸钠于上述溶液中，再加入氨水溶液控制pH值为8，搅拌6小时后，缓慢滴 入钙源硝酸钙和醋酸钙溶液和镁源氯化镁和氧化镁溶液搅拌7小时后，将溶液转入聚四氟 乙烯作内衬的反应釜并置于烘箱中，4(TC下陈化48小时，所得溶液用去离子水进行清洗、 过滤，12(TC下干燥11小时；在程序控温管式炉上采用空气气氛以1°C /min升温到700°C， 恒温7小时，去除表面活性剂。煅烧后，自然冷却，粉末过150目标准筛，该粉末即为含钙镁 硅的介孔骨组织修复材料，孔径大小为8nm，比表面为300m7g。
实施例6 将实施例1制得的介孔骨组织修复材料浸入10mL 0. 5%生长因子的水溶液中，吸 附5小时，然后冷冻干燥10小时即得含生长因子的介孔骨组织修复材料。
实施例7 将实施例1合成的介孔骨组织修复材料浸入20mL 0. 5 %妥布霉素水溶液，吸附5 小时，然后冷冻干燥10小时即得含药物的介孔骨组织修复材料。
效果实施例1 采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和BET比表面积检测法(BET法) 分别测试了实施例1制得的介孔骨组织修复材料粉末的相组成、形貌以及孔径大小和孔分 布，结果分别见附图2和图3。其中，X射线衍射的具体条件如下采用日本Rigaku公司D/ max2500型18kW转靶X射线衍射仪(Cu靶，Ka线，管电压40kV，管电流200mA)检测样品物 相结构。
由图2的透射电子显微镜(TEM)照片可以看出实施例1制得的介孔骨组织修复材 料为有序的介孔孔道，孔径分布窄，孔的大小分布均匀，基本一致，不存在有小有大不均匀 的状况。 由图3的孔分布曲线图可以看出实施例1制得的介孔骨组织修复材料的孔径分布 比较集中，一般在10nm左右；从BET法和BJH孔径分析法可以计算得出实施例1制得的介 孔骨组织修复材料的比表面积为470m7g，平均孔径为7nm。
效果实施例2 取实施例1制得的介孔骨组织修复材料进行了氮气的吸附、脱附测定，拟合得到 如图5所示的氮气吸附_脱附等温线。由图5可见其呈现出IV型吸附等温线以及H型滞 后环，在相对压力(Ps/P。) 0 0. 3之间存在明显的凸起拐点，而且在中压力区0. 4 0. 8之 间形成一个吸附_脱附N2回滞环，由此表明实施例1的材料是典型的介孔结构；并且其在 高压力区0. 8 1. 0之间的吸附曲线没有突越，由此表明实施例1的材料对N2吸附的孔作 用大于表面作用，这与二维六方介孔结构特征相吻合。本发明的氮气吸附-脱附等温线图 进一步证明实施例1制得的介孔骨组织修复材料具有有序介孔结构，孔道分布均一。
效果实施例3 取少量实施例1制得的介孔骨组织修复材料置于模拟人体液中浸泡7天，将经过
浸泡处理的介孔骨组织修复材料与实施例1制得的介孔骨组织修复材料(未经模拟人体液
浸泡)分别使用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪测定其生物活性。 由图6的扫描电子显微镜(SEM)照片a图和b图的对比可以看出，实施例1制得
的介孔骨组织修复材料在模拟人体液中浸泡7天后，其表面形成了具有生物活性的羟基磷
灰石结晶。 由图7的X射线衍射谱图中的a可以看出实施例1制得的介孔骨组织修复材料 (未经模拟人体液浸泡)的广角X射线衍射谱图在横坐标2e为29°时有l个峰显示；有 图中的b可以看出实施例1制得的介孔骨组织修复材料在模拟人体液中浸泡7天后，其X 射线衍射图谱在2e为22.3° 、25. 1°和32.5°处分别有羟基磷灰石的特征峰出现，这也 表明介孔骨组织修复材料在模拟人体液中浸泡后，具有生物活性的羟基磷灰石生成。
效果实施例4 采用紫外分光光度计(GD5406004，上海棱光技术有限公司)测试了实施例1制得 的介孔骨组织修复材料对牛血清蛋白质的吸附性能，结果见附图8。 由图8可以看出实施例l制得的介孔骨组织修复材料浸泡于牛血清蛋白溶液中， 50min以内(刚开始阶段)溶液的光密度值(OD值)随着吸附时间的增加而明显降低，在吸 附时间达60min后OD值下降趋势基本平缓。这说明实施例1制得的介孔骨组织修复材料 能够有效吸附牛血清蛋白，在前50min内介孔骨组织修复材料可以快速大量吸附牛血清蛋 白，60min后基本饱和，达到吸附最大值。
效果实施例5 采用部分凝血活酶时间(APTT)测定法和凝血酶原时间(PT)测定法分别测试实施 例1制得的介孔骨组织修复材料对内源性凝血系统和外源性凝血系统的影响，结果见附图 9。 由图9可以看出APTT和PT凝血时间对实施例1制得的介孔骨组织修复材料均基本呈剂量依赖性，随着介孔骨组织修复材料加入量的增多，APTT和PT凝血时间逐渐减 少。其中，图9a表明在实验用量范围内APTT凝血时间随着介孔骨组织修复材料加入量的增 加而持续显著减小；而图9b表明PT凝血时间先随着介孔骨组织修复材料加入量的增多而 减小，当介孔骨组织修复材料加入量大于0. 024g时，则凝血时间基本保持不变，由此表明 APTT凝血时间对介孔骨组织修复材料的剂量依赖性更为明显。 由于凝血时间与凝血因子的激发直接相关，因此可直接推知实施例1制得的介孔
骨组织修复材料对内源性凝血因子的激发效果非常显著。 效果实施例6细胞培养试验 将实施例1制得的介孔骨组织修复材料与细胞联合培养，并与空白实验对比，培 养方法可按本领域常规骨组织修复材料的细胞培养实验培养，如文献《聚L-乳酸/聚 L-乳酸接枝纳米羟基磷灰石复合材料对成骨细胞黏附和增殖能力的影响》(中国组织工程 研究与临床康复，2009，第13巻第34期，6617-6621)，考察本发明介孔骨组织修复材料的生 物相容性和细胞毒性，结果见附图9。 从图9中可以看出与只有细胞培养液培养细胞相比，在介孔骨组织修复材料存 在下，细胞同样能够很好的生长，由此表明实施例1制得的介孔骨组织修复材料具有良好 的生物相容性，且对培养细胞没有毒副作用。
效果实施例7治疗骨缺损实验 用实施例1制得的介孔骨组织修复材料对治疗骨缺损的性能进行评价。实验动 物雄性新西兰大白兔，六月，2. 24Kg，清洁级(上海中医药大学动物中心提供)。
1、将实施例1制备的介孔骨组织修复材料植入白兔股骨髁后观察恢复状况
术后1月，动物创口愈合良好，表面皮肤无裂开或发红，温度正常，呈I期愈合，按 压手术部位皮肤无波动感，植入物没有发生移位，未发现囊肿形成；切开皮肤后发现有少许 皮下软组织粘连，暴露骨缺损部位后可见块状的材料位于缺损中央，无脱出或移位，材料表 面覆盖一层膜状纤维组织，质地柔软；材料与周缘骨组织边界清晰，两者大部分以纤维组织 结合，部分区域可见骨性结合；采用探针探诊材料，可感知材料与周缘骨组织具有一定结合 强度。 术后3月，动物皮肤切口愈合良好，骨缺损边缘发现有新生骨增生，高于正常骨平 面，材料周围的新生骨呈爬行生长，覆盖部分材料表面；缺损区域材料未被吸收，表面被黄 白色的柔软膜状纤维结缔组织覆盖，材料与周缘骨组织边界不清晰，采用探针探诊材料，材 料与骨缺损边缘结合较1月时牢固。 2、空白对照白兔股骨髁骨缺损，未植入本发明的介孔骨组织修复材料，观察恢复 状况 术后1月，动物手术创口愈合良好，表面皮肤无裂开或发红、温度正常，呈I期愈 合，按压手术部位皮肤无波动感，未发现囊肿和纤维组织包裹；切开皮肤后发现皮下软组织 存在轻度粘连，暴露骨缺损区域可见到黄白色纤维组织修复并相互交织，质地柔软，去除纤 维结缔组织后，可见穿通缺损未修复，仅缺损边缘有少量类骨质形成，质地疏松，可被探针 逐层去除。 术后3月，切开皮肤时未见局部充血或水肿，暴露骨缺损区域，由质地柔软的纤维 结缔组织所覆盖；去除纤维结缔组织后，发现缺损部位縮小，有新骨形成，缺损区域大部分被类骨质填充，呈凹坑状，采用探针探诊，质地疏松，没有完全钙化，缺损中央仍残留4 6mm穿通缺损。 所有动物在取材时均未有局部组织红肿或分泌物，植入材料处未见异常组织增 生。其中，实施例l制备的介孔骨组织修复材料治疗骨缺损l个月和3个月后骨生长情况 观察结果见附图10，由图中可见植入1个月后，植入体与周围骨质界限清楚；植入3个月 后，材料与骨缺损边缘结合较1月时牢固。 结论由上述效果实施例1 7测定实验结果可知本发明实施例1制得的介孔骨 组织修复材料在结构上属于无定型，孔径大小均匀、孔隙率高、孔之间排列均匀、孔的形貌 好；在性能表现为具有高的生物活性，对培养细胞没有毒副作用，能够大量吸附蛋白质，对 内源性凝血因子的激发效果非常显著，在用于治疗白兔股骨髁骨缺损效果良好。
权利要求
一种介孔骨组织修复材料，其特征在于其含有氧化镁、氧化钙和氧化硅。
2. 如权利要求1所述的介孔骨组织修复材料，其特征在于所述的氧化镁含量为17% 33% ;所述的氧化钙的含量为25% 40% ;所述的氧化硅的含量为33% 50% ;百分比为各成分摩尔数占成分总摩尔数的百分比。
3. 如权利要求1所述的介孔骨组织修复材料，其特征在于所述的介孔骨组织修复材料为在粉末x-射线衍射图谱上，在横坐标2e为29°之间有1个峰的介孔骨组织修复材 料；2 e误差范围为±0.2° 。
4. 如权利要求1所述的介孔骨组织修复材料，其特征在于所述的介孔骨组织修复材料的孔径为2 20nm。
5. 如权利要求1所述的介孔骨组织修复材料，其特征在于所述的介孔骨组织修复材料的比表面为200 500m7g。
6. 如权利要求1所述的介孔骨组织修复材料，其特征在于所述的介孔骨组织修复材 料还负载生物活性因子或药物。
7. —种如权利要求1所述的介孔骨组织修复材料的制备方法，其特征在于其包括如 下步骤将镁源、钙源、硅源和表面活性剂，溶于溶剂中，加酸或碱，搅拌，得溶胶，将溶胶陈 化，干燥，焙烧脱去表面活性剂，即可。
8. 如权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述的镁源为是硝酸镁、氯化镁和氧 化镁中的一种或多种；所述的硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯和硅酸钠中的一种或多种； 所述的钙源为氯化钙、硝酸钙和醋酸钙中的一种或多种；所述的表面活性剂为非离子型表 面活性剂、阳离子型表面活性剂和阴离子表面活性剂中的一种或多种；所述的镁源的摩尔 百分比为17% 33%，镁源的摩尔百分比是指镁源占硅源、镁源和钙源总的摩尔量的百分 比；所述的硅源的摩尔百分比为33% 50%，硅源的摩尔百分比是指硅源占硅源、钙源和 镁源总的摩尔量的百分比；所述的钙源的摩尔百分比为25% 40%，钙源的摩尔百分比是 指钙源占硅源、钙源和镁源总的摩尔量的百分比；所述的表面活性剂的用量按硅源与表面 活性剂的摩尔比计为l : 0.02。
9. 如权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述的溶剂为水或乙醇水溶液，其中 乙醇的浓度为质量分数10%以下但不含0 ;所述的酸为盐酸；所述的碱为氨水；加完酸或碱 后体系的PH保持在2 10 ;所述的搅拌的时间为4 7小时；所述的搅拌的温度为30 70°C ;所述的陈化的温度为12 50°C，陈化持续时间为45 50小时；所述的干燥的温度 为100 12(TC，干燥持续时间为10 14小时；所述的焙烧的温度为600 80(TC，焙烧持 续时间为4 8小时。
10. —种如权利要求1 5任一项所述的介孔骨组织修复材料在制备人体骨组织损伤 和/或缺损的修复材料中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种介孔骨组织修复材料及其制备方法。该介孔骨组织修复材料含有氧化镁、氧化钙和氧化硅，其制备方法包括如下步骤将镁源、钙源、硅源和表面活性剂、溶于溶剂中，加酸或碱，搅拌，得溶胶，将溶胶陈化，干燥，焙烧脱去表面活性剂，即可。本发明的介孔骨组织修复材料具有很高的吸附性，能有效的吸附和缓释其负载的生物活性因子或药物，也能很快吸附血液/组织液中的蛋白和富集活性因子，能有效调控和指导新骨组织再生；同时也能减少APTT和PT凝血时间，具有止血功能。由于材料孔径大、孔隙率高、孔之间排列均匀有序，材料的表面能够在模拟生理体液里短时间生成与自然骨无机成分相似的羟基磷灰石，具有很好的生物活性。
文档编号A61L27/56GK101716374SQ20091020018
公开日2010年6月2日 申请日期2009年12月9日 优先权日2009年12月9日
发明者刘昌胜, 刘琨, 张洋兰, 蒋忻, 贾俊峰, 魏杰 申请人:华东理工大学