专利名称：：一种羟基磷灰石/尼龙纳米人工骨及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种高分子复合材料及其制备方法，具体地涉及一种羟基磷灰石/尼龙纳米人工骨及其制备方法。
背景技术：
：自然骨的主要无机成分主要是纳米羟基磷灰石，约为骨组织的6067%，有机成分主要是骨胶原，约占3340%。利用人工合成的纳米针状羟基磷灰石与聚合物复合制备纳米人工骨复合材料，不仅具有羟基磷灰石良好的生物相容性和骨引导特性，而且结合了高分子材料良好的力学性能和可生物降解性，是一种很有前途的人工骨复合材料。尼龙(尼龙66)为一种聚酰胺，是一种综合性能良好的工程塑料，不仅力学性能良好，而且具有很好的生物相容性和一定程度的生物降解性。由于其分子链上含有酰胺基团，这与骨胶原的分子结构有一定程度的相似，因此利用尼龙66与羟基磷灰石复合制备的人工骨能够满足生物相容性和力学相容性等方面的需要。目前制备尼龙66/纳米羟基磷灰石的方法主要有两种共混法和溶液共沉淀法。共混法就是把尼龙66与纳米羟基磷灰石粉体通过螺杆挤出机等设备进行熔融共混，用这种方法制备的复合材料难以实现羟基磷灰石的高填充量，而且羟基磷灰石粒子在复合材料中团聚严重，分散不均匀。溶液共沉淀法就是把尼龙66溶解在含有纳米羟基磷灰石的溶剂中，然后沉淀得复合材料，这种方法虽然可以使羟基磷灰石粒子处于纳米级且分散均匀，产品性能好，但在制备过程中使用了大量高沸点溶剂，不仅大大增加了成本，而且产物含有难以去除的溶剂，材料纯度较低，难以满足医用材料的要求。因此，本领域迫切需要一种解决羟基磷灰石的纳米级分散问题、而且可以实现高填充量、不含使用有机溶剂、产物纯度高、达到医用材料的标准的人工骨材料及其制备方法。
发明内容本发明的目的在于获得一种解决羟基磷灰石的纳米级分散问题、而且可以实现高填充量、不含使用有机溶剂、产物纯度高、达到医用材料的标准的人工骨材料。本发明的另一目的在于获得一种解决羟基磷灰石的纳米级分散问题、而且可以实现高填充量、不含使用有机溶剂、产物纯度高、达到医用材料的标准的人工骨材料的制备方法。本发明还有一个目的在于获得一种可以实现高填充量、不含使用有机溶剂、产物纯度高的医用制品。本发明的再有一个目的在于获得本发明的人工骨的用途。在本发明的第一方面，提供了一种羟基磷灰石/尼龙纳米人工骨，它包括5066重量％的纳米羟基磷灰石，以人工骨总重量计；3450重量％的尼龙，以人工骨总重量计；所述纳米羟基磷灰石以平均长度尺寸在6080nra之间的分散相分散在尼龙中；所述尼龙的分子量在900013000之间；且所述人工骨含有的有机溶剂不高于1%，以所述人工骨的总重量计。优选地，所述人工骨含有的有机溶剂不高于所述人工骨的总重量的0.1%，较优选地，所述人工骨基本不含有机溶剂，更优选地不含有机溶剂。优选地是，所述人工骨经过扫描电镜20000倍测试，无明显团聚现象。优选地是，所述尼龙由尼龙盐、内酰胺类单体或其混合物縮聚得到，所述尼龙盐优选尼龙66盐、尼龙610盐；所述内酰胺类单体优选己内酰胺、十二内酰胺或其组合。在本发明的一个优选实施方式中，所述分散相中的纳米羟基磷灰石的平均长度尺寸为6080nm，平均直径尺寸1020nm，长径比为48。在本发明的一个优选实施方式中，所述人工骨按ASTMD638标准测得的拉伸强度为5082MPa，弯曲强度为5090MPa，弯曲模量为5.06.5Gpa。在本发明的一个优选实施方式中，所述人工骨由包括以下步骤的方法制得(a)提供羟基磷灰石与尼龙盐的水性分散体；其中所述羟基磷灰石与尼龙盐的重量比例为(5066):(3450);羟基磷灰石和尼龙盐的总含量为6080重量％，以分散体总重量计算；(b)所述步骤(a)的分散体在20029(TC下进行原位聚合反应得到所述人工骨。在本发明的一个优选实施方式中，所述步骤(a)的分散体由包括如下步骤的方法得到(i)摩尔比为l:(1.51.8)的磷酸与氢氧化钙在水中于60100。C下反应2060小时，得到纳米羟基磷灰石的水溶液；(ii)所述纳米羟基磷灰石的水溶液与尼龙盐混合，其中所述羟基磷灰石与尼龙盐的重量比例为(5066):(3450);和/或所述步骤(b)中的原位聚合反应包括预聚阶段、除水阶段、聚合阶段，所述预聚阶段在200240°C、1.602.60MPa下进行；所述聚合阶段在270290°C、1050KPa下进行。优选地，所述预聚阶段的反应时间为24小时。优选地，所述聚合阶段的反应时间为0.51.5小时。优选地，所述除水的时间优选12小时。本发明再一方面提供一种羟基磷灰石/尼龙纳米人工骨的制备方法，包括如下步骤(A)提供羟基磷灰石与尼龙盐的水性分散体；其中所述羟基磷灰石与尼龙盐的重量比例为(5066):(3450);羟基磷灰石和尼龙盐的总含量为6080重量％，以分散体总重量计算；(B)所述步骤(a)的分散体进行原位聚合反应得到所述人工骨。在本发明的一个优选实施方式中，步骤(A)中的羟基磷灰石由酸碱中和法制得；和/或步骤(C)中的縮聚反应包括预聚阶段、除水阶段和聚合阶段，所述预聚阶段在200240°C、1.602.60MPa下进行；所述聚合阶段在270290°C、1050KPa下进行。优选地，所述预聚阶段的反应时间为24小时。优选地，所述聚合阶段的反应时间为0.51.5小时。更优选地，在预聚阶段和聚合阶段之间进行除水，所述除水的时间优选l2小时。在本发明的一个优选实施方式中，所述步骤(A)的酸碱中和法包括如下步骤(I)摩尔比为1:(1.51.8)的氢氧化钙与磷酸在水中于6010(TC下反应2060小时，得到纳米羟基磷灰石的水溶液；(n)所述纳米羟基磷灰石的水溶液与尼龙盐混合，其中所述羟基磷灰石与尼龙盐的重量比例为(5066):(3450)。本发明还有一个方面提供本发明的羟基磷灰石/尼龙纳米人工骨制备得到的医用制品。本发明再有一个方面提供一种羟基磷灰石/尼龙纳米人工骨的用途，其用作硬质骨移植材料或修复材料。具体实施例方式本发明人经过广泛而深入的研究，通过改进制备工艺，不仅实现了羟基磷灰石的纳米级分散问题，而且可以实现高填充量，更重要的是在制备过程中未使用有机溶剂，产物纯度高，容易达到医用材料的标准。在此基础上完成了本发明。在本发明的一个具体实施方式中，利用酸碱中和法制备的纳米羟基磷灰石水溶液中溶入高浓度的尼龙66盐，然后将泥浆状混合物在高压釜中进行尼龙66盐的縮聚反应，从而制备出羟基磷灰石含量可高达5066%、生物相容性好(在模拟体液中浸泡3周后，经X-射线衍射证实在材料表面有新的羟基磷灰石形成)、与自然骨具有良好力学相容性的尼龙66/羟基磷灰石纳米人工骨复合材料。本发明的"原位聚合"的定义是在羟基磷灰石存在的情况下直接利用单体的聚合得到复合材料。本发明的"尼龙66盐"的定义是由己二酸和己二胺按照摩尔比(具体地例如一比一)进行结合形成的盐。本发明的"羟基磷灰石/尼龙纳米人工骨"是指所述人工骨中含有羟基磷灰石和尼龙。以下对本发明的产品进行描述。人工骨本发明的人工骨含有5066重量％的纳米羟基磷灰石；3350重量％的尼龙，以人工骨总重量计。较佳地，含有5066%的纳米羟基磷灰石。其中纳米羟基磷灰石以平均尺寸在6080mn之间的分散相均匀分散在尼龙中。所述人工骨经过20000倍扫描电镜测试，无团聚现象。本发明的人工骨不含有机溶剂。所述有机溶剂是指各种难以除去而使得人工骨纯度下降的高沸点溶剂，如N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜等。本发明的人工骨的拉伸强度为5082MPa，弯曲强度为5090MPa，弯曲模量为5.06.5Gpa。本发明的人工骨在模拟体液中浸泡3周后，经X-射线衍射证实在材料表面有新的羟基磷灰石形成。纳米羟基麟灰石本发明的纳米羟基磷灰石以平均尺寸在6080nm之间的分散相分散在尼龙中。优选地，本发明的纳米羟基磷灰石长度尺寸为6080nm，更优选地6575nm，直径尺寸1020nm，更优选地1014nm，长径比为48，更优选地67。尼龙本发明的尼龙的分子量在900013000之间。优选地是，所述尼龙由尼龙盐、内酰胺类单体或其混合物縮聚得到，所述尼龙盐优选尼龙66盐、尼龙610盐；所述内酰胺类单体优选己内酰胺、十二内酰胺或其组合。医用材料优选地是，所述医用材料为可用于硬质骨移植或修复的复合材料。以下对本发明的制备方法进行描述制备方法
技术领域：
：本发明的制备方法包括如下步骤(A)提供羟基磷灰石与尼龙盐的水性分散体；其中所述羟基磷灰石与尼龙盐的重量比例为(5066):(3450);羟基磷灰石和尼龙盐的总含量为6080重量％，以分散体总重量计算；(B)所述步骤(a)的分散体进行原位聚合反应得到所述人工骨。具体地例如是首先利用酸碱中和法制备纳米羟基磷灰石，把尼龙盐溶解在纳米羟基磷灰石的水溶液中后，通过沸腾蒸出水分进行浓縮，然后在高压釜中进行尼龙盐的縮合聚合。酸碱中和法优选地是，所述羟基磷灰石由酸碱中和法制得。例如，具体是利用酸碱中和反应制备纳米羟基磷灰石，然后把单体溶解在纳米羟基磷灰石的水溶液中，通过沸腾蒸发进行浓縮，然后将所得浓溶液在聚合釜中在氮气保护下进行缩聚，从而制得羟基磷灰石/尼龙纳米人工骨。优选地是，合成尼龙选用的聚合单体是尼龙66盐，把尼龙66盐直接与合成的纳米羟基磷灰石在水溶液中混合，然后进行浓縮。在本发明的一个优选实施方式中，所述酸碱中和法包括如下步骤(I)摩尔比为1:(1.51.8)的氢氧化钙与磷酸在水中于6010CTC下反应2060小时，得到纳米羟基磷灰石的水溶液；(II)所述纳米羟基磷灰石的水溶液与尼龙66盐混合，其中所述羟基磷灰石与尼龙66盐的重量比例为(5066):(3450)。具体例如是纳米羟基磷灰石是通过氢氧化钙与磷酸通过在水溶液中进行酸碱中和反应制备的，氢氧化钙与磷酸的摩尔比为1.67，反应温度为60IO(TC，在常压下进行。本发明制备羟基磷灰石采用的起始原料是高纯度的氢氧化钙和磷酸。首先将氢氧化钙粉末加入到去离子水中，进行搅拌，待分散均匀后滴加磷酸水溶液，氢氧化钙和磷酸的摩尔比为1.51.8。反应按照以下化学方程式进行。10Ca(OH)2+6H3P04——Ca10(PO4)6(OH)2+18H20反应在常压下进行，温度控制在6010(TC，待反应进行2060小时后，得到纳米羟基磷灰石的溶液。第二步在沸腾的纳米羟基磷灰石水溶液中加入尼龙66盐，用量比例可按照复合材料的要求进行计算。通过沸腾蒸出部分水后得泥浆状混合物，其中羟基磷灰石和尼龙66盐的总含量在6080%。原位聚合反应所述原位聚合反应通常包括高温高压预縮聚、除水、高温抽真空后縮聚三个主要阶段。所述预聚阶段(也即预縮聚)在20024(TC、1.602.60MPa下进行;所述聚合阶段在270290°C、1050KPa下进行。所述聚合反应的时间没有特别限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。优选地，所述预聚阶段的反应时间为24小时。优选地，所述聚合阶段的反应时间为0.5L5小时。优选地，所述除水的时间优选12小时。例如，具体地是将配制好的含有纳米羟基磷灰石和尼龙盐的水溶液在20024(TC和1626个大气压下进行预縮聚215小时，然后抽真空除水，最后于25030(TC和600060000Pa的条件下进行高温縮聚0.54小时。在高压釜中进行尼龙盐的间歇縮聚反应。将配制好的浆料加入到聚合釜中，物料被加热到20024(TC，在氮气保护、1.602.60MPa的条件下停留24小时脱水预聚合，然后卸压除水12小时，最后进行抽真空，在270290。C、1050KPa的条件下反应0.51.5小时后，利用高压氮气出料。物料经切粒和干燥处理后得到羟基磷灰石/尼龙纳米复合材料。本发明的优点是(1)用该方法制备的人工骨复合材料含有5066W的纳米羟基磷灰石和3350W的尼龙，所述的羟基磷灰石为纳米级针状结晶，其结晶度较低，具有与人体自然骨中的羟基磷灰石相近的尺寸和结晶度，并且羟基磷灰石纳米粒子在复合材料中分散均匀。(2)用该方法制备的人工骨复合材料具有良好的生物相容性和力学相容性。其中羟基磷灰石含量可高达5066%。在模拟体液中浸泡3周后，经X-射线衍射证实在材料表面有新的羟基磷灰石形成(说明生物相容性好)。并且与自然骨具有良好力学相容性。(3)该制备方法未使用有机溶剂和任何有毒的添加剂，因此制备的人工骨更容易达到医用人工骨的标准。(4)根据所含纳米羟基磷灰石用量的多少，其拉伸强度为5082MPa，弯曲强度为5090MPa，弯曲模量为5.06.5GPa，这与人体皮质骨的力学性能相匹配，与人体自然骨有良好的力学相容性。以下结合具体实施例，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，例如是《贝尔斯坦有机化学手册》(化学工业出版社，1996年)中的条件，或按照制造厂商所建议的条件。比例和百分比基于重量，除非特别说明。实施例1:氢氧化钙与磷酸按照摩尔比1.67配料，在去离子水中于7(TC反应48小时，然后加入尼龙66盐，用量与羟基磷灰石相同，沸腾除水浓縮为含总物料70%的桨料。将浆料加入到反应釜，逐渐升温至235°C，压力控制在17.5MPa，反应3小时后减压除水11.5小时，待压力降至常压后，升温至28029(TC，在16KPa的条件下反应4060分钟，然后出料。物料可经过模压成型或注射成型。复合材料中羟基磷灰石的尺寸如下:<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>复合材料的性能如下其中拉伸强度按照ASTMD638标准测试，弯曲强度和弯曲模量按照ASTMD638标准测试。复合材料的性能如下:<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>实施例2:实施过程同例1，改变羟基磷灰石和尼龙66盐的配料比为1.2/1。复合材料中羟基磷灰石的尺寸同实施例1。复合材料的性能如下其中拉伸强度按照ASTMD638标准测试，弯曲强度和弯曲模量按照ASTMD638标准测试。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>其它物理性质试得到的复合材料经透射电镜测试，羟基磷灰石为针状，长度小于100nm，直径在1020纳米，在复合材料中分散均匀，没有明显的团聚现象。通过光电子能谱证实纯羟基磷灰石中Ca结合能为351.8和347.3电子伏特，P的结合能为134.5电子伏特，而在复合材料中，Ca的结合能提高到352.0和348.5电子伏特，P的结合能提高到135.6电子伏特。Ca和P的结合能的提高证实了在复合材料中界面相互作用良好。得到的复合材料在模拟体液中浸泡3周后，经X-射线衍射证实在材料表面有新的羟基磷灰石形成在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。权利要求1.一种羟基磷灰石/尼龙纳米人工骨，其特征在于，它包括50～66重量％的纳米羟基磷灰石，以人工骨总重量计；34～50重量％的尼龙，以人工骨总重量计；所述纳米羟基磷灰石以平均长度尺寸在60～80nm之间的分散相分散在尼龙中；所述尼龙的分子量在9000～13000之间；且所述人工骨含有的有机溶剂不高于所述人工骨的总重量的1％。2.如权利要求1所述的人工骨，其特征在于，所述分散相中的纳米羟基磷灰石的平均长度尺寸为6080mn，平均直径尺寸1020nm，且长径比为48。3.如权利要求1所述的人工骨，其特征在于，所述人工骨按ASTMD638标准测得的拉伸强度为5082MPa，弯曲强度为5090MPa，弯曲模量为5.06.5Gpa。4.如权利要求13任意一项所述的人工骨，其特征在于，它由包括以下步骤的方法制得(a)提供羟基磷灰石与尼龙盐的水性分散体；其中所述羟基磷灰石与尼龙盐的重量比例为(5066):(3450);羟基磷灰石和尼龙盐的总含量为6080重量％，以分散体总重量计算；(b)所述步骤(a)的分散体在200290℃下进行原位聚合反应得到所述人工骨。5.如权利要求4所述的人工骨，其特征在于，所述步骤(a)的分散体由包括如下步骤的方法得到(i)摩尔比为1:(1.51.8)的磷酸与氢氧化钙在水中于60100℃下反应2060小时，得到纳米羟基磷灰石的水溶液；(ii)所述纳米羟基磷灰石的水溶液与尼龙盐混合，其中所述羟基磷灰石与尼龙盐的重量比例为(5066):(3450);和/或所述步骤(b)中的原位聚合反应包括预聚阶段、除水阶段、聚合阶段，所述预聚阶段在200240°C、1.602.60MPa下进行；所述聚合阶段在270290℃、1050KPa下进行。6.—种羟基磷灰石/尼龙纳米人工骨的制备方法，其特征在于，包括如下步骤(A)提供羟基磷灰石与尼龙盐的水性分散体；其中所述羟基磷灰石与尼龙盐的重量比例为(5066):(3450);羟基磷灰石和尼龙盐的总含量为6080重量％,以分散体总重量计算；(B)所述步骤(A)的分散体进行原位聚合反应得到所述人工骨。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(A)中的羟基磷灰石由酸碱中和法制得；或是步骤(c)中的縮聚反应包括预聚阶段、除水阶段和聚合阶段，所述预聚阶段在200240°C、1.602.60MPa下进行；所述聚合阶段在270290°C、1050KPa下进行。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤(A)的酸碱中和法包括如下步骤(I)摩尔比为1:(1.51.8)的氢氧化转与磷酸在水中于60100℃下反应2060小时，得到纳米羟基磷灰石的水溶液；(n)所述纳米羟基磷灰石的水溶液与尼龙盐混合，其中所述羟基磷灰石与尼龙盐的重量比例为(5066):(3450)。9.一种如权利要求1所述的羟基磷灰石/尼龙纳米人工骨制备得到的医用制品.10.—种羟基磷灰石/尼龙纳米人工骨的用途，其特征在于，用作硬质骨移植材料或修复材料。全文摘要本发明提供了一种羟基磷灰石/尼龙纳米人工骨，它包括50～66重量％的纳米羟基磷灰石，以人工骨总重量计；34～50重量％的尼龙，以人工骨总重量计；所述纳米羟基磷灰石以平均长度尺寸在60～80nm之间的分散相分散在尼龙中；所述尼龙的分子量在9000～13000之间；且所述人工骨不含有机溶剂。本发明的人工骨可以实现高填充量、不含使用有机溶剂、产物纯度高、且达到医用材料的标准。文档编号A61L27/46GK101199870SQ20061014738公开日2008年6月18日申请日期2006年12月15日优先权日2006年12月15日发明者李兰杰,杨桂生申请人:上海杰事杰新材料股份有限公司