专利名称：反相结晶胶原—羟基磷灰石骨修复材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料及其制备方法，应用羟基磷灰石 和胶原，通过反相结晶过程，制备成反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料，本材料具有优 越的力学性能和生物学性能，可以用于各种情况造成的骨缺损修复。本发明属生物材料技术 领域。
背景技术：
由创伤或肿瘤切除造成的骨缺损在临床上很常见，它们不但会导致患者生理功能发生严 重障碍，还会严重影响患者的外观形象，给患者造成沉重的精神负担。目前临床上使用的骨 修复材料主要有自体骨、异体骨和生物材料(惰性金属、高分子聚合物、陶瓷材料等)。自体 骨移植广泛应用在临床，其修复效果好，但却存在严重的供体不足，还给患者增加痛苦；在 2006年《口腔医学研究》03期上，胡敏等尝试使用冻干同种异体骨移植修复颌骨缺损，但 应用中发现，冻干异体骨韧性较差，存在再塑形困难。又如Keating等2001年在J Bone Joint SurgBr.第l期上说阐述晶体类材料缺乏生物活性或不能被机体降解吸收，而且脆性较大， 一旦受到临界的外加负荷，材料的断裂具有灾难性的严重后果；胶原基材料生物相容性良好， 但作为硬组织修复材料，其强度和硬度还有不足，不能完全满足骨缺损修复的要求。在分析了天然骨的结构特点后，学者们尝试以人体内骨组织的两种基本成分胶原(collagen,以下记作Col)和羟基磷灰石(Hydroxyapatite,以下记作HA)制备具有一定生 物活性的骨修复材料。Du C.等1999年在J Biomed Mater Res.第44期上；Kikuchi等2001 年在Biomaterials第22期上，分别仿照天然骨形成的过程——矿化结晶过程，将羟基磷灰 石前体在胶原纤维表面反应结晶，在结晶的同时，胶原纤维析出，制备成羟基磷灰石位于胶 原纤维表面的矿化结晶胶原-羟基磷灰石骨修复材料(图1)。但是本发明人发现，用这种方法制备出的矿化结晶胶原-羟基磷灰石骨修复材料结构松 散，强度比较差，韧性非常弱。经过分析发现，HA的添加使材料中胶原纤维间的化学键强度 明显下降，导致了骨修复材料强度下降、韧性消失。经过实验，本发明人发现在矿化结晶胶 原-羟基磷灰石骨修复材料的构建过程中，HA在胶原纤维析出的同时结晶，结晶沉淀出的HA 微晶体沉淀在胶原纤维的极性位点上，而这些极性位点也同时是胶原纤维间的交联位点，因 此影响了骨修复材料的整体强度和韧性。同时HA结晶于胶原纤维的表面，封闭了胶原纤维表 面细胞贴附受体位点(如RGD等)，也影响了骨修复材料的生物相容性。所以该种材料由于强 度弱、韧性差、降解速度过快、成骨效果差，影响了临床应用。
发明内容
本发明的目的是提出一种反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料。本发明另一 目的是提 出反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料的制备方法，克服已有结晶法制备胶原一羟基磷灰 石骨修复材料的技术缺陷，通过反相结晶的方法，制备了反相结晶胶原-羟基磷灰石骨修复材料(图2)。在这种材料中我们将羟基磷灰石前体通过中和反应的过程先行结晶制备成轻基磷灰石微 晶体，再将HA均匀分散于胶原溶液中，通过反应条件的调节使胶原纤维析出，与矿化结晶胶 原-羟基磷灰石骨修复材料不同的是在反相结晶胶原-羟基磷灰石骨修复材料中，HA的结晶 位于胶原支架的纤维之间，制备成胶原纤维覆盖在羟基磷灰石微晶体表面的骨修复材料。避 免HA结晶对胶原纤维交联的影响，增加了骨修复材料的强度和韧性；同时高生物相容性的胶 原基材料沉积在羟基磷灰石材料的表面，也提高了材料整体的骨诱导能力。制备出有较高强 度，适当孔隙率.且生物相容性好的骨替代材料。反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料由胶原和羟基磷灰石构成，lOOrag材料中胶原重量 为10mg 50mg，羟基磷灰石重量为90mg 50mg， 二者的重量比为胶原羟基磷灰石-l: 1 9。反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料由反相结晶法构成，在这种材料中羟基磷灰石晶体 独立结晶于胶原纤维之间，羟基磷灰石晶体的晶核为羟基磷灰石。反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料中胶原纤维覆盖在材料的表面，其空间结构特征在 于具有三维多孔的结构特点，孔径为50 500!xm。反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料得断裂强度范围为0.4 10.0Mpa,延展范围为 100% 110%。反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料在体内可以完全降解。 反相结晶胶原—羟基磷灰石骨修复材料的制备方法，包括下述步骤1) 用Ca(0H)2和HJU作为反应前体材料，按照钙磷摩尔比为Ca: P=l: 1 3的比例均 匀混合，使用1N的NaOH调整pH值到8 12之间，得到羟基磷灰石晶体。2) 将胶原溶涨在0.3%的丙二酸溶液中，配制固含量为0.5 1%的胶原溶涨液。3) 按重量比为h 1 10，称取胶原溶涨液和羟基磷灰石粉末，将羟基磷灰石粉末加入 胶原溶涨液中，通过搅拌，搅拌速度为100 500转/分，搅拌时间为5—10分钟， 将结晶羟基磷灰石粉末均匀分散于胶原溶液中，使二者均匀分散，得到羟基磷灰石 一胶原分散液。4) 一2(TC 一6(TC预冻4小时，冷冻干燥24小时，得到反相胶原一结晶羟基磷灰石支 架。5) 加入0.25%戊二醛交联液，室温下交联2小时。将交联后的材料，放入双蒸水中反复 清洗十次，去除支架中残留的戊二醛。6) 把清洗干净的支架，在一2(TC 一6(TC预冻4小时，冷冻干燥24小时。7) 将反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料分别装入双层聚乙烯薄膜小袋中，封口后 Y射线辐射灭菌，辐照强度为50 250万拉德，时间为24 48小时。反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料具有大量连同的50 500微米的等级微孔，且孔 隙率达到50 80% (图3， 4)。由于胶原纤维分布在材料的表面(图4， 5),相对于传统方 法得到的矿化结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料，本材料拥有更优越的生物相容性；羟基磷 灰石结晶分布在胶原纤维之间(图2， 5)，胶原纤维之间形成了更多的键合连接，使材料拥 有传统结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料所没有的良好的强度和韧性，可以切割修整(图3)。
图1:矿化结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料结构模拟2:反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料结构模拟3:反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料的透射电镜照片图4:反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料的宏观照片图5:反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料的扫描电镜照片图6:以矿化结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料和反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料修 复家兔下颌骨缺损 1: H3P04 2: Ca咖2 3:羟基磷灰石 4:胶原纤维5:胶原纤维之间的连接6:反相结晶胶原 一羟基磷灰石骨修复材料的整体观7:反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料可以切割，而不发生碎裂8:反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料中拥有等级不同的孔隙9:从微观层面可以观察到，胶原分布在支架结构的表面，并形成支架的结构体系10:除了宏观所观察到的孔隙，在微观层面，反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料也拥有等级不同的孔隙。 11:缺损模型； 12:缺损范围；13:反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料修复家兔下颌骨缺损后4个月； 14:缺损修复区；15:矿化结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料修复家兔下颌骨缺损后4个月； 16:缺损修复区
具体实施例方式实施例1:按照Ca: P=l: 1.66 (摩尔比)的比例，将59.7mM的H3P04滴加入lmo1 lM的Ca(0H)2,以1N的 NaOH调整pH值到8，反应物析出，得到沉淀物，为结晶羟基磷灰石。以0.3% (重量浓度)的 丙二酸溶液为溶涨液，配置固含量为0.5% (重量浓度)的胶原溶涨液。取上述结晶羟基磷灰 石粉末2mg，按配胶原羟基磷灰石粉末重量比l: 2的比例称取胶原溶涨液200ml，将结晶羟 基磷灰石粉末均匀分散于胶原溶液中，搅拌5分钟，500转/分，使二者均匀分散，得到胶原一 羟基磷灰石分散液。一2(TC预冻4小时，冷冻干燥机冷冻干燥24小时，得到反相结晶胶原一羟 基磷灰石支架。加入0.25% (重量浓度)戊二醛交联液，室温下交联2小时。将交联后的材料， 放入双蒸水中反复清洗十次，去除支架中残留的戊二醛。把清洗干净的支架，在一2(TC预冻4 小时，冷冻干燥24小时。样品形态如图3所示。1) 反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料的扫描电镜观察(SEM)取骨修复材料样品，表面镀金后，用HITACHI S—3500N扫描电镜观察。结果如图4所示。2) 反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料的透射电镜观察(TEM) 取骨修复材料样品，经固定、锇酸染色后，用H600-4型TEM观察。结果如图5所示。3) 反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料修复颌骨缺损在家兔下颌骨两侧制造12X5ram的方形缺损，以矿化结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料和反 相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料分别修复两侧缺损，结果如图6所示。实施例2:按照Ca: P=l: 1. 66 (摩尔比)的比例，将59. 7mM的H,P04滴加入lmol 1M的Ca(OH)2，以 1N的NaOH调整pH值到8,反应物析出，得到沉淀物，为结晶羟基磷灰石。以0.3% (重量 浓度)的丙二酸溶液为溶涨液，配置固含量为0.5% (重量浓度)的胶原溶涨液。取上述结 晶羟基磷灰石粉末4mg，按配胶原:羟基磷灰石粉末重量比1:4的比例称取胶原溶涨液200ml， 将结晶羟基磷灰石粉末均匀分散于胶原溶液中，800转/分，搅拌8分钟，使二者均匀分散， 得到胶原一羟基磷灰石分散液。一4(TC预冻4小时，冷冻干燥24小时，得到反相结晶胶原一 羟基磷灰石支架。加入0.25% (重量浓度)戊二醛交联液，室温下交联2小时。将交联后的 材料，放入双蒸水中反复清洗十次，去除支架中残留的戊二醛。把清洗干净的支架，在一40 'C预冻4小时，冷冻干燥24小时。
权利要求
1. 一种反相结晶胶原-羟基磷灰石骨修复材料，其特征在于它由胶原和羟基磷灰石构成，100mg材料中胶原重量为10mg～50mg，羟基磷灰石重量为90mg～50mg，二者的重量比为胶原∶羟基磷灰石＝1∶1～9。
2. 根据权利要求1所述的反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料，其特征在于由反相结晶 法构成，在这种材料中羟基磷灰石晶体独立结晶于胶原纤维之间，羟基磷灰石晶体的晶 核为羟基磷灰石。
3. 根据权利要求1所述的反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料，胶原纤维覆盖在材料的 表面，其空间结构特征在于具有三维多孔的结构特点，孔径为50 500um。
4. 根据权利要求1所述的反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料，其强度特征在于断裂强 度范围为0.4 10.0Mpa，延展范围为100% 110%。
5. 根据权利要求1所述的反相结晶胶原一羟基磷灰石骨修复材料的制备方法，其特征在于 它是包括下述步骤1) 用Ca(0H)2和H3P04作为反应前体材料，按照钙磷摩尔比为Ca: P=l: 1 3的比例均 匀混合，使用1N的NaOH调整pH值到8 12之间，得到羟基磷灰石晶体。2) 将胶原溶涨在0. 3%的丙二酸溶液中，配制固含量为0. 5 1%的胶原溶涨液。3) 按重量比为1: 1 10，称取胶原溶涨液和羟基磷灰石粉末，将羟基磷灰石粉末加入 胶原溶涨液中，通过搅拌，搅拌速度为100 500转/分，搅拌时间为5—10分钟， 将结晶羟基磷灰石粉末均匀分散于胶原溶液中，使二者均匀分散，得到羟基磷灰石 一胶原分散液。4) 一2(TC^^—6(TC预冻4小时，冷冻干燥24小时，得到反相胶原一结晶羟基磷灰石支 架。5) 加入0.25%戊二醛交联液，室温下交联2小时。将交联后的材料，放入双蒸水中反复 清洗十次，去除支架中残留的戊二醛。6) 把清洗干净的支架，在一20。C 一60。C预冻4小时，冷冻干燥24小时。
全文摘要
本发明涉及一种反相结晶胶原—羟基磷灰石骨修复材料及其制备方法。将羟基磷灰石微晶体分散于胶原溶涨液，调整pH值到8-12之间，通过反相结晶过程，使胶原、羟基磷灰石同时析出，再通过冷冻干燥的过程得到本发明材料，本发明制备的材料，由反相结晶法构成，羟基磷灰石晶体独立结晶于胶原纤维之间，羟基磷灰石晶体的晶核为羟基磷灰石，其空间结构具有三维多孔的结构特点，孔径为50～500μm。
文档编号A61L27/40GK101229392SQ200710001059
公开日2008年7月30日 申请日期2007年1月24日 优先权日2007年1月24日
发明者张立海, 敏 胡 申请人:张立海;胡 敏