专利名称：一种用于生物组织填充的复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生物组织填充的复合材料及其制备方法，特别涉及一种含有硅橡胶的用于生物组织填充的复合材料及其制备方法。
背景技术：
各种因素造成人体器官的畸形和缺损常需用组织移植及组织代用品植入的手段进行重建、修复，以体内植入材料临床应用较多。研制一种“理想”的组织替代材料一直是医学领域的研究重点。“理想”的体内植入材料应具备以下条件1.优异的生物相容性；2.良好的生物力学特性；3.稳定的化学性能；4.非磁性、易于加工、消毒等。
目前临床常用的生物填充材料如硅橡胶(silicone rubber，SR)，它无法满足机体对生物材料性能多样性的要求，在临床实际应用上存在一定的弊端。例如，硅橡胶(siliconerubber，SR)是目前临床最为常用的高分子材料，多数为二甲基聚硅氧烷；它虽然具有良好的理化稳定性和生理惰性，体内长期埋植，不被机体代谢、吸收和降解以及良好可塑形性。但它的应用仍有以下缺点1、生物相容性较差。表现出极强的疏水性，其制品植入人体后仍有轻微的异物感。2、易形成包膜，有炎性细胞浸润，包膜可发生挛缩，挛缩包膜可使假体变硬、变形，这是硅橡胶临床应用的主要并发症之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物组织填充的复合材料，它能满足机体对生物材料性能多样性的要求。
本发明的另一目的在于提供一种上述生物组织填充的复合材料的制备方法。
在本发明的研究过程中，发明人发现钙磷生物陶瓷这种常用的组织填充材料，作为磷灰石类非金属植入材料，具有良好的生物相容性和生物活性；而且具有骨传导性，能够通过与接触的骨面形成磷灰石层而与周围组织形成良好的骨性结合。但它是一种脆性材料，质硬、韧性差，不易雕刻；而且可降解性较差。其单独使用也有诸多不足。
故本发明提出一种用于生物组织填充的复合材料，包括硅橡胶(以下简称SR)，其特征在于所述硅橡胶内添加有钙磷生物陶瓷，所述钙磷生物陶瓷颗粒粒径为30μm～150μm。
由于在硅橡胶中加入钙磷生物陶瓷颗粒，该颗粒降解后预计组织可以长入。而组织能够长入的最小孔径在30μm～40μm以上，能为组织的长入提供理想场所，故我们选择的钙磷陶瓷颗粒粒径在30μm以上；但是在硅橡胶中如果复合的陶瓷颗粒粒径过大，将影响复合材料的物理性能，所以陶瓷颗粒粒径控制在30μm～150μm范围内，但上述钙磷生物陶瓷颗粒粒径的最佳范围为40μm～130μm。
上述钙磷生物陶瓷或为羟基磷灰石(以下简称HA)、或为β-磷酸三钙(以下简称β-TCP)、或为双相钙磷陶瓷、或为α-磷酸三钙。
本发明所述的复合材料中，所述钙磷生物陶瓷与所述硅橡胶重量份配比为30～70∶100。因为如果钙磷生物陶瓷的配比太低，不利于改善硅橡胶的生物相容性，反之却难以满足复合材料生物力学性能。因此，对上述钙磷生物陶瓷颗粒粒径及其与所述硅橡胶重量份配比进行综合考虑可以得到较为理想的生物力学性能和生物相容性的复合材料，即当采用的钙磷生物陶瓷颗粒粒径较小时，则可以增加其与硅橡胶的重量份配比，反之亦然。
本发明的另一目的是这样实现的一种用于生物组织填充的复合材料的制备方法，其特征在于所述硅橡胶内添加的钙磷生物陶瓷是在硅橡胶制备过程中的胶料混炼步骤中加入的，然后再与硅橡胶一起成型硫化。
上述制备方法的具体实施如下a、将钙磷生物陶瓷与硅橡胶按比例混合，在炼胶机内混炼至混合材料中的陶瓷颗粒均匀分散在硅橡胶内；b、将该混合材料毛坯放入已预热好的模腔内，合模置于压机平板的中心位置，加压至硫化压力1.5～2.0Mpa，硫化温度150～180℃，保持硫化时间10min，再置入真空泵，在-0.1Mpa状态下维持10～30min；c、将经硫化的复合材料成品在室温条件下固化6～12h，得成品。
本发明利用硅橡胶的生物惰性和良好的塑形性，作为外科手术中各类软组织的填充支架和假体，永久地填充于人体；利用钙磷生物陶瓷的降解性和组织替代性，作为改变该支架表面性状的物质，使周围组织能够替代表面降解后的生物陶瓷长入硅橡胶中，使硅橡胶具有更好的生物相容性，制成一种新型的组织填充物，而且其机械性能、理化性质，生物相容性等个方面属性均适应作为生物软组织支架填充及作为假体植入的需要。具体地说，本发明经相关实验证明有以下优点(1)、本发明所述的钙磷陶瓷与硅橡胶制备成复合材料既接近于硅橡胶的优良的生物力学性能，又可以克服单一采用钙磷陶瓷的缺点，使其制作的支架的力学性能及理化性质优良，起到良好的支撑成形作用。
(2)、本发明所述的钙磷陶瓷与硅橡胶制备成复合材料中，陶瓷材料均匀分布，并形成大小不等的裂隙，形成了有利于与组织结合的结构。
(3)、本发明所述的钙磷陶瓷与硅橡胶制备成复合材料在溶血率和细胞毒性等生物相容性方面均符合相应的标准，安全可靠。
(4)、本发明所述的钙磷陶瓷与硅橡胶制备成复合材料因钙磷陶瓷的降解性和组织替代性，在一定程度上有利于细胞的粘附，较硅橡胶有明显改善。
图1是SR不同浸提液浓度细胞生长曲线图；图2是β-TCP/SR不同浸提液浓度细胞生长曲线图；图3是培养1天后SR、β-TCP/SR两种材料不同浓度间细胞生长情况比较；图4是培养3天后SR、β-TCP/SR两种材料不同浓度间细胞生长情况比较；图5是培养5天后SR、β-TCP/SR两种材料不同浓度间细胞生长情况比较；图6是培养7天后SR、β-TCP/SR两种材料不同浓度间细胞生长情况比较；图7是培养1～3天后SR、β-TCP/SR、培养板、普通玻璃片上细胞接种数变化曲线图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不仅限于此。
实施例1一种用于生物组织填充的复合材料，包括硅橡胶，其特征在于所述硅橡胶内添加有羟基磷灰石，其颗粒粒径介于40μm～100μm之间，其与硅橡胶的重量份配比为30∶100。
本实施例的复合材料制备方法如下a、将羟基磷灰石与硅橡胶按上述比例混合，在开放式炼胶机内混炼，将锟距调至0.5～1.0mm，用折叠、打卷及走刀法等对复合材料进行翻炼3～4min，待复合材料的颜色均匀一致，表面光滑、目测颗粒均匀分散在硅橡胶内即可，然后下片大小为120mm×80mm×3mm；b、将该混合材料毛坯放入已预热好的模腔内，合模置于压机平板的中心位置，加压至硫化压力1.5～2.0Mpa，硫化温度170℃，保持硫化时间10min，再置入真空泵，在-0.1Mpa状态下维持20min；c、将经硫化的复合材料成品在室温条件下固化10h，得成品。
然后选择表面平整、无缺陷和损伤、无明显杂质的样品用小型裁片机进行制样、外观观察及生物力学性能检测，其结果如下1、复合材料的制样按照中华人民共和国国家标准(GB 9865-88，以下均用编号表示)，样品采用3±0.2mm厚度，100mm×80mm×3mm大小的试样，采用游标卡尺测量。按GB29141-82标准停放于标准温度23±2℃，标准湿度相对湿度60％～70％下进行环境预处理。
2、复合材料的观察2.1肉眼观察。HA/SR复合材料为淡黄色不透明块状固体，触之比纯SR稍硬，弹性稍差，肉眼可见SR内均匀分布有HA白色颗粒，颗粒大小较复合前稍小，有部分颗粒有脆裂。
2.2电镜下观察。HA/SR复合材料电镜图(为100倍)可见硅橡胶内均匀分布的HA颗粒，颗粒最小＜40μm，但仍有大量颗粒粒径保持在40μm以上，甚至100μmn，颗粒边界清楚。
3.生物力学性能检测按照国家医药行业标准(YY 0334-2002)对本发明所述复合材料进行邵氏硬度、拉伸应力应变性能、撕裂强度的测定。
3.1邵氏硬度检测结果本实施例复合材料记作30-HA(以下实施例均依此类推)，其邵氏硬度检测结果见表1。
3.2、拉伸应力应变性能测定结果。
本实施例复合材料30-HA的拉伸应力应变性能测定结果见表2。
3.3、撕裂强度性能测定结果。
本实施例复合材料30-HA的拉伸应力应变性能测定结果见表4。
实施例2一种用于生物组织填充的复合材料，包括硅橡胶，其特征在于所述硅橡胶内添加有羟基磷灰石，其颗粒粒径介于30μm～150μm范围内，其与硅橡胶的重量份配比为50∶100。本例所述的复合材料记作50-HA。制备方法中除硫化温度为175℃、置入真空泵维持25min、室温条件下固化12h外，其它制备步骤和工艺及裁片制样与实施例1相同。
对本实施例复合材料50-HA的肉眼观察结果与实施例1基本相同，在电镜下观察电镜图(为100倍)可见硅橡胶内均匀分布的HA颗粒，颗粒最小＜30μm，但仍有大量颗粒粒径保持在30μm以上，少数＞100μm，颗粒边界清楚。其生物力学性能检测结果分别见表1、表2、表4。
实施例3一种用于生物组织填充的复合材料，包括硅橡胶，其特征在于所述硅橡胶SR内添加有β-磷酸三钙(β-TCP)，其颗粒粒径为40μm～130μm，其与硅橡胶的重量份配比为30∶100。本例所述的复合材料记作30-β-TCP。制备方法中除硫化温度为165℃、置入真空泵维持20min、室温条件下固化9h外，其它制备步骤和工艺及裁片制样与实施例1相同。
对本实施例复合材料30-β-TCP的肉眼观察结果β-TCP/SR复合材料为淡黄色不透明块状固体，弹性比纯SR稍差，肉眼可见均匀分布的β-TCP颗粒，，颗粒比复合前变小，有部分颗粒脆裂成更小的粉末状。在电镜下观察电镜图(为100倍)β-TCP颗粒最小＜40μm，但仍有大量颗粒粒径保持在40μm以上，部分颗粒脆裂。其生物力学性能检测结果分别见表1、表3、表4。
实施例4一种用于生物组织填充的复合材料，包括硅橡胶，其特征在于所述硅橡胶SR内添加有β-磷酸三钙(β-TCP)，其颗粒粒径为30μm～150μm，其与硅橡胶的重量份配比为50∶100。本例所述的复合材料记作50-β-TCP，制备方法中除硫化温度为160℃、置入真空泵维持15min、室温条件下固化7h外，其它制备步骤和工艺及裁片制样与实施例1相同。
对本实施例复合材料50-β-TCP的肉眼观察其颜色较复合材料30-β-TCP稍显白色，颗粒较密集，在电镜下观察电镜图(为100倍)β-TCP颗粒最小＜30μm，但仍有大量颗粒粒径保持在30μm以上，部分颗粒脆裂。其生物力学性能检测结果分别见表1、表3、表4。
表1 各试样邵氏硬度检测结果表(x±s，n＝3)
注1表中SR为纯硅橡胶对照组，其制样与实施例相同(下列表2、表3、表4相同)。
有研究认为理想的赝复材料硬度(邵氏)为25～35单位。本次对照组采用组织填充用硅橡胶，经测定硬度为30±4.8邵氏硬度，而各实施例的硬度与其钙磷生物陶瓷重量份数成正比，HA/SR复合材料硬度按33±3.1、38±5.2增长；β-TCP/SR复合材料的硬度按32±1.5、37±2.3增长。
表2 SR与HA/SR拉伸应力应变性能数据比较表(x±s，n＝3)
*P＞0.05 **P＜0.05 ***P＜0.01表3 SR与β-TCP/SR拉伸应力应变性能数据比较表(x±s，n＝3)
*P＞0.05 **P＜0.05 ***P＜0.01表4 各试样撕裂强度性能数据比较表(x+s，n＝3)
本实验测得HA/SR复合材料拉伸应力应变性能数据与纯硅橡胶的性能数据相比有所下降，而β-TCP/SR复合材料性能数据与纯硅橡胶的性能数据相比则下降不太大。本实验测得纯硅橡胶的撕裂强度均值为18.1kN/m，而30-HA/SR复合材料的撕裂强度均值为17.6kN/m，50-HA/SR复合材料的撕裂强度均值为17.3kN/m，均与纯硅橡胶对照组无显著差异；30-β-TCP/SR复合材料的撕裂强度均值为17.9kN/m，50-β-TCP/SR复合材料的撕裂强度均值为17.1kN/m，均与纯硅橡胶对照组无显著差异。此外，发明人还对复合材料50-β-TCP进行生物相容性检测1、检测方法。
参照ISO和国家标准及有关文献，对本发明所述复合材料50-β-TCP进行溶血试验、细胞相容性试验、细胞毒性试验。
溶血率取健康志愿者静脉血制备抗凝血，稀释，切取待测材料试样，分别以生理盐水和蒸馏水作为对照，测定材料吸光度，计算溶血率，溶血率(HR)＝(样品吸光度-阴性对照吸光度)/(阳性对照吸光度-阴性对照吸光度)×100％。
细胞相容性试验将人皮肤成纤维细胞接种至1.0×1.0cm2的盖玻片上，表面放置1.0×1.0cm2大小材料，3天后Hoechst33342和PI双染，荧光显微镜下观察细胞数量和状态。
细胞毒性试验制备SR、β-TCP/SR-1、β-TCP/SR-2三种材料的浸提液，观察人皮肤成纤维细胞在100％、50％、25％浓度浸提液中的生长情况，加入浸提液后1、3、5、7天照相记录；MTT法测量吸光度，根据吸光度结果绘制出人成纤维细胞在不同浓度浸提液中的生长曲线；计算细胞的相对增殖率以评价材料的细胞毒性。
细胞在材料表面的生长情况将人皮肤成纤维细胞接种至材料上，连续3天计数，3天后多聚甲醛固定，扫描电镜观察细胞形态和数量。
2、检测结果。
(1)、溶血率检测结果表5 各试样溶血率检测结果
(2)、细胞相容性试验采用组织块法培养的人皮肤成纤维细胞呈放射状生长，细胞呈长梭形，5～7d后，组织块边缘可长出原代表皮细胞及成纤维细胞，继续培养，成纤维细胞逐渐呈优势生长，14～18d后，成纤维细胞可达70～80％融合，20～22d后，细胞可呈单层。1∶3传代后，约4～6d细胞基本长满，需继续传代。
(3)、细胞毒性试验细胞培养1、3、5、7d后，倒置显微镜下观察细胞形态，各实验组与阴性对照组无明显差异，随培养时间延长，细胞增殖，细胞形态正常，折光度高。阳性对照组为大量死亡细胞及碎片，少许存活细胞。
随培养时间延长，正常组、阳性对照组、各材料不同浓度浸提液作用下，细胞均增殖，以OD值反应细胞数量。相同时间点，正常组、同种材料不同浓度组之间两两比较，无明显差异；阳性对照组明显低于正常组和同种材料各浓度组(表5～7与图1～6)。
表5 正常组和阳性对照组
表6 SR细胞毒性测试结果
第7天时25％浓度分别与100％和50％比较有统计学差异表7 β-TCP/SR细胞毒性测试结果
第7d时25％浓度分别与100％和50％比较有统计学差异从图1中可以看出相同时间点，正常组、100％浸提液组、50％浸提液组和25％浸提液组两两比较无明显差异，阳性对照组明显低于以上各组。*第7d时25％浓度分别与100％和50％比较有统计学差异。
从图2中可以看出相同时间点，正常组、100％浸提液组、50％浸提液组和25％浸提液组两两比较无明显差异，阳性对照组明显低于以上各组。*第7d时25％浓度分别与100％和50％比较有统计学差异。
从图3中可以看出#阳性对照组无浓度变化，*正常组无浓度变化。
不同浓度下，阳性对照组分别与正常组、两种材料之间两两比较P＜0.05，正常组和两种材料之间两两比较P＞0.05。
从图4中可以看出#阳性对照组无浓度变化，*正常组无浓度变化。
不同浓度下，阳性对照组分别与正常组、两种材料之间两两比较P＜0.05，正常组和两种材料之间两两比较P＞0.05。
从图5中可以看出#阳性对照组无浓度变化，*正常组无浓度变化。
不同浓度下，阳性对照组分别与正常组、两种复合材料之间两两比较P＜0.05，正常组和两种复合材料之间两两比较P＞0.05，##25％浓度下SR和β-TCP/SR两两比较P＜0.05。
从图6中可以看出#阳性对照组无浓度变化，*正常组无浓度变化。
不同浓度下，阳性对照组分别与正常组、两种材料之间两两比较P＜0.05，正常组和两种材料之间两两比较P＞0.05，##100％浓度下正常和β-TCP两两比较P＜0.05。
(4)、细胞计数分析细胞接种计数情况见表8表8 细胞接种计数情况(×104/cm2)
从表8中细胞接种的数据及图7中的曲线变化可以看出四种材料上的细胞接种计数随培养时间的增长而增加；β-TCP/SR材料上的细胞接种计数虽然与培养板上的细胞接种计数有一定差距，而与普通玻片上的细胞接种计数相差不大，但大大高于SR材料上的细胞接种计数。
结果表明，在复合材料中，陶瓷材料均匀分布，可改善SR的生物学特性。溶血率和细胞毒性实验表明复合材料符合相应的标准，材料安全可靠；复合材料的细胞相容性较纯硅橡胶有所改善。
实施例5～8本发明所述的用于生物组织填充的复合材料中，几种钙磷生物陶瓷与硅橡胶的重量份配比、陶瓷粒径范围，及制备中采用的有关工艺参数见表9(几种钙磷生物陶瓷与硅橡胶的重量份配比、陶瓷粒径范围及制备中采用的有关工艺参数)表9
其它制备步骤和工艺与实施例1相同。
权利要求
1.一种用于生物组织填充的复合材料，包括硅橡胶，其特征在于所述硅橡胶内添加有钙磷生物陶瓷，所述钙磷生物陶瓷颗粒粒径为30μm～150μm。
2.如权利要求1所述的用于生物组织填充的复合材料，其特征在于所述钙磷生物陶瓷颗粒粒径为40μm～130μm。
3.如权利要求1或2所述的用于生物组织填充的复合材料，其特征在于所述钙磷生物陶瓷或为羟基磷灰石、或为β-磷酸三钙、或为双相钙磷陶瓷、或为α-磷酸三钙。
4.如权利要求1或2所述的用于生物组织填充的复合材料，其特征在于所述钙磷生物陶瓷与所述硅橡胶重量份配比为30～70∶100。
5.如权利要求3所述的用于生物组织填充的复合材料，其特征在于所述钙磷生物陶瓷与所述硅橡胶重量份配比为30～70∶100。
6.如权利要求1～5任一权利要求所述的用于生物组织填充的复合材料的制备方法，其特征在于所述硅橡胶内添加的钙磷生物陶瓷是在硅橡胶制备过程中的胶料混炼步骤中加入的，然后再与硅橡胶一起成型硫化。
7.如权利要求6所述用于生物组织填充的复合材料的制备方法，其特征在于a、将钙磷生物陶瓷与硅橡胶按比例混合，在炼胶机内混炼至混合材料中的陶瓷颗粒均匀分散在硅橡胶内；b、将该混合材料毛坯放入已预热好的模腔内，合模置于压机平板的中心位置，加压至硫化压力1.5～2.0Mpa，硫化温度150～180℃，保持硫化时间10min，再置入真空泵，在-0.1Mpa状态下维持10～30min；c、将经硫化的复合材料成品在室温条件下固化6～12h，得成品。
全文摘要
本发明涉及一种含有硅橡胶的用于生物组织填充的复合材料及其制备方法。它包括硅橡胶，其特征在于所述硅橡胶内添加有钙磷生物陶瓷，所述钙磷生物陶瓷颗粒粒径为30μm～150μm。其制备方法是在所述硅橡胶内添加的钙磷生物陶瓷是在硅橡胶制备过程中的胶料混炼步骤中加入的，然后再与硅橡胶一起成型硫化而制得。本发明利用硅橡胶的生物惰性和良好的塑形性，利用钙磷生物陶瓷的降解性和组织替代性，使得本发明具有更好的生物相容性，作为一种新型的组织填充物，其机械性能、理化性质，生物相容性等各方面属性均适应作为生物软组织支架填充及作为假体植入的需要。
文档编号A61L27/46GK1887366SQ20061005449
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月28日 优先权日2006年7月28日
发明者樊东力, 王科, 张一鸣 申请人:重庆新桥医院