用於人體骨缺損修復的材料及其製備方法
2023-09-27 08:56:00 1
專利名稱：用於人體骨缺損修復的材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及的是一種生物醫學工程技術領域的材料及其製備方法，具體是一 種用於人體骨缺損修復的材料及其製備方法。
背景技術：
由於創傷、先天性畸形或先天性疾病、腫瘤切除、感染以及骨質疏鬆性骨折 等所引致的骨缺損是導致人體傷殘的重要原因之一，也是矯形外科、顱頜面外科 和整形外科等諸多學科共同面臨的難題。對骨缺損進行修復和重建的目的是盡可 能迅速、完全地恢復骨的生理結構和功能。
目前，對骨缺損修復常採用自體骨移植、異體骨移植、生物材料植入等方法。 自體骨移植是臨床常用的、成功率也較高的修復骨缺損的方法，但病人自身的骨
組織來源有限，不能有效地解決供體不足的問題。而且，其最大缺陷是造成繼發 性骨缺損，患者要遭受二次手術，增加了對機體的創傷，同時供區易發生疼痛和 感染等併發症。異體骨移植也是相對理想的方法，但是，也存在來源困難，以及 不同個體帶來傳染性疾病(如HIV病毒、肝炎病毒等)和免疫反應等一系列不
容忽視的問題。兩者的共同缺點是移植骨的可塑性較差，而臨床上骨缺損的形狀 各式各樣，差異很大，所以，移植骨很難與缺損區的解剖形狀較好的配合，從而 影響日後的美觀和功能。因而，自體骨和異體骨移植的臨床應用受到很大限制。 採用骨組織工程生物材料替代自體骨移植和異體骨移植來修復骨缺損具有無可 比擬的優勢，也是骨缺損修復研究的重點。
理想的骨缺損修復材料應該具有以下特性良好的生物相容性；足夠的力學 性能和良好的生物力學適應性；骨傳導性；骨誘導性；提供成骨細胞，直接成骨； 良好的材料一骨組織界面；可塑形。目前臨床應用的骨修復材料中沒有一種能符 合上述全部條件，只是具備上述條件中的一部份，現階段急需一種解決上述問題 的用於修復骨缺損的材料。
在骨組織工程中，支架材料的作用實質是為種子細胞提供類似體內的生存環 境，即起細胞基質作用。傳統的對支架材料的選擇是尋找性能長期保持不變的"惰"性材料。然而隨著材料科學和醫學科學的發展，人們認識到這種選擇總會產 生細胞與材料之間的免疫排斥作用，於是，人們把眼光轉向對組織或細胞有促進 自身生長、分化和增殖，與機體能相互"良性互動"的材料。這種材料一方面要有 良好的物理化學性能，如易於加工成三維多孔支架，有合適的力學性能等等；另 一方面，也要有好的生物學性能，如組織和血液的相容性、低毒或無毒，具有與 骨結合的生物活性等等。
經對現有技術的文獻檢索發現，GogolewskiS.在《Injury》2000年第31期 28—32頁上發表的"Bioresorbable polymers in trauma and bone surgery"(生物可降 解性聚合物在創傷和骨科中的應用)，該文通過控制聚合物材料的降解速度使之 與新骨的替代同時進行，以完成缺損的修復，但其尚未解決可降解性與強度不足 的矛盾。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種用於人體骨缺損修復的材料 及其製備方法，將纖維多孔鈦微球與納米鍶磷灰石複合後引入骨缺損的修復，本
發明方法操作簡單，製備所得的材料生物相容性好、具有骨傳導性和誘導性，良 好的即時穩定性。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明涉及用於人體骨缺損修復的材料
包括纖維多孔鈦微球和納米鍶磷灰石層，其中納米鍶磷灰石層包裹纖維多孔 鈦微球。
所述的纖維多孔鈦微球的平均直徑為l-2mm，孔徑分布為100—800iam，孔 隙率為80.0±2.0%，孔隙之間相互連通，該纖維多孔鈦微球由純鈦纖維製成。
所述的納米鍶磷灰石層的組分及其質量百分比分別為66.46%納米鍶磷灰 石(Sr1(P04)6(OH)2)、 0.299%氯化鈉和33.24%的蒸餾水。
所述的納米鍶磷灰石純度為99.99%。
本發明涉及用於人體骨缺損修復的材料及其製備方法，包括以下步驟 第一步、製備纖維多孔鈦微球將純鈦纖維隨機纏繞並整形製成纖維多孔鈦 微球，再用蒸餾水超聲波清洗纖維多孔鈦微球10分鐘並高溫高壓消毒備用。 所述的純鈦纖維的直徑為50-100|am。
所述的纖維多孔鈦微球的平均直徑設計在l-2mm，孔徑分布為100—800pm，
4孔隙率為80.0±2.0%;
所述的蒸餾水為三次蒸餾後的蒸餾水。
第二步、將納米鍶磷灰石通過蒸餾水超聲波清洗10分鐘並高溫高壓消毒， 再將納米鍶磷灰石與生理鹽水調和均勻；
所述的納米鍶磷灰石的純度為99.99%，用量為5g。
所述的生理鹽水是指質量百分比濃度為0.9%的氯化鈉溶液，用量為2.5mL。
第三步、將纖維多孔鈦微球浸漬在納米鍶磷灰石與生理鹽水的混合液中20 40分鐘保證浸漬充分，即製成用於人體骨缺損修復的材料。
本發明可以靈活地對纖維多孔鈦微球的孔隙率、孔徑大小與分布、滲透性能、 機械強度及微球本身的體積大小進行合理的匹配與設計；其氣孔均為貫通性的微 孔；具有良好的透過性、滲透性；還具有足夠的機械強度能支持生理壓力的需要； 與人體骨骼相匹配的彈性模量能消除或減輕應力屏蔽。本發明製備所得的用於人 體骨缺損修復的材料的孔隙率78.0~82.0%，孔隙相互連通，抗壓強度 15.0~16.0MPa、彈性模量0.卯 1.20GPa。
圖1為纖維多孔鈦微球示意圖； 圖2為實施例實際效果示意圖。
具體實施例方式
下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下 進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限 於下述的實施例。
實施例1製備直徑lmm的人體骨缺損修復的材料，具體步驟如下
第一步、將直徑為50nm純鈦纖維隨機纏繞、整形，製備成具有不規則三維 連通孔的纖維多孔鈦微球，微球直徑為lmm，其孔隙率為78.0%，孔徑分布為 100—500nm，孔隙之間相互連通，如圖1所示，將纖維多孔鈦微球用蒸餾水超 聲波清洗10分鐘，高溫高壓消毒備用；
所述的纖維多孔鈦微球的抗壓強度為16.0MPa，彈性模量為1.20GPa;
第二步、將純度為99.99%的5g納米鍶磷灰石用蒸餾水超聲波清洗10分鐘， 經高溫高壓消毒後與2.5mL濃度為0.9%的生理鹽水調和均勻；
5第三步、將纖維多孔鈦微球浸漬在納米鍶磷灰石與生理鹽水的混合液中20 分鐘，保證浸漬充分，即製成用於人體骨缺損修復的材料。
實施例2製備直徑2mm的人體骨缺損修復的材料，具體步驟如下
第一步、將直徑為80pm純鈦纖維隨機纏繞、整形，製備成具有不規則三維 連通孔的纖維多孔鈦微球，微球直徑為2mm，其孔隙率為80.0%，孔徑分布為 100—600pm，孔隙之間相互連通，如圖1所示，將其用蒸餾水超聲波清洗10分 鍾，高溫高壓消毒備用；
所述的纖維多孔鈦微球的抗壓強度為15.6MPa，彈性模量為1.05GPa;
第二步、將純度為99.99%的5g納米鍶磷灰石用蒸餾水超聲波清洗10分鐘， 再經高溫高壓消毒後與2.5mL濃度為0.9%的生理鹽水調和均勻；
第三步、將纖維多孔鈦微球浸漬在納米鍶磷灰石與生理鹽水的混合液中30 分鐘，保證浸漬充分，即製成用於人體骨缺損修復的材料。
實施例3製備直徑1.5mm的人體骨缺損修復的材料，具體步驟如下
第一步、將直徑為100pm純鈦纖維隨機纏繞、整形，製備成具有不規則三 維連通孔的纖維多孔鈦微球，微球直徑為1.5mm，其孔隙率為82.0%，孔徑分布 為100—800nm，孔隙之間相互連通，如圖1所示，將其用蒸餾水超聲波清洗10 分鐘，高溫高壓消毒備用。
所述的纖維多孔鈦微球的抗壓強度為15.0MPa，彈性模量為0.90GPa;
第二步、將純度為99.99%的5g納米鍶磷灰石用蒸餾水超聲波清洗10分鐘， 再經高溫高壓消毒後與2.5mL濃度為0.9%生理鹽水調和均勻；
第三步、將纖維多孔鈦微球浸漬在納米鍶磷灰石與生理鹽水的混合液中40 分鐘，保證浸漬充分，即製成用於人體骨缺損修復的材料。
如圖2所示，為上述實施例用於修復骨缺損示意圖，如圖所示纖維多孔鈦微 球經過超聲清洗和高溫高壓消毒以後並不引起植入部位的炎性反應，表明材料的 製備過程沒有影響鈦的生物相容性，與納米鍶磷灰石複合後可明顯提高其骨缺損 修復能力。
纖維多孔鈦微球與納米鍶磷灰石複合修復骨缺損，能在保持原有纖維多孔材 料特性的基礎上，促進成骨細胞的黏附、增殖與分化；更有效地誘導骨的形成， 增強骨整合和骨鍵合，上述實施例步驟簡單便於操作，無需特殊設備即可實施。
權利要求
1、一種用於人體骨缺損修復的材料，其特徵在於，該材料包括纖維多孔鈦微球和納米鍶磷灰石層，其中納米鍶磷灰石層包裹纖維多孔鈦微球，所述的纖維多孔鈦微球的平均直徑為1-2mm，孔徑分布為100-800μm，孔隙率為80.0±2.0％，孔隙之間相互連通。
2、 根據權利要求1所述的用於人體骨缺損修復的材料，其特徵是，所述的 纖維多孔鈦微球由純鈦纖維製成。
3、 根據權利要求1或2所述的用於人體骨缺損修復的材料，其特徵是，所 述的纖維多孔鈦微球的抗壓強度為15.0~16.0MPa，彈性模量0.90-1.20GPa。
4、 根據權利要求1所述的用於人體骨缺損修復的材料，其特徵是，所述的 納米鍶磷灰石層的組分及其質量百分比分別為66.46 %納米鍶磷灰石(Sr1(P04)6(OH)2)、 0.299%氯化鈉和33.24%的蒸餾水。
5、 一種根據權利要求1所述的用於人體骨缺損修復的材料的製備方法，其 特徵在於，包括以下步驟-第一步、製備纖維多孔鈦微球將純鈦纖維隨機纏繞並整形製成纖維多孔鈦 微球，再用蒸餾水超聲波清洗纖維多孔鈦微球IO分鐘並高溫高壓消毒備用；第二步、將納米鍶磷灰石通過蒸餾水超聲波清洗10分鐘並高溫高壓消毒， 再將納米鍶磷灰石與生理鹽水調和均勻；第三步、將纖維多孔鈦微球浸漬在納米鍶磷灰石與生理鹽水的混合液中20 40分鐘保證浸漬充分，即製成用於人體骨缺損修復的材料。
6、 根據權利要求5所述的用於人體骨缺損修復的材料的製備方法，其特徵 是，所述的純鈦纖維的直徑為50-100pm。
7、 根據權利要求5所述的用於人體骨缺損修復的材料的製備方法，其特徵 是，所述的纖維多孔鈦微球的平均直徑設計在l-2mm，孔徑分布為100-800^im, 孔隙率為80.0±2.0%。
8、 根據權利要求5所述的用於人體骨缺損修復的材料的製備方法，其特徵 是，所述的蒸餾水為三次蒸餾後的蒸餾水。
9、 根據權利要求5所述的用於人體骨缺損修復的材料的製備方法，其特徵 是，所述的生理鹽水是指質量百分比濃度為0.9%的氯化鈉溶液，用量為2.5mL。
全文摘要
一種生物醫學工程技術領域的用於人體骨缺損修復的材料及其製備方法，該材料包括纖維多孔鈦微球和納米鍶磷灰石層，其中納米鍶磷灰石層包裹纖維多孔鈦微球，所述的纖維多孔鈦微球的平均直徑為1-2mm，孔徑分布為100-800μm，孔隙率為80.0±2.0％。本發明製備所得的用於人體骨缺損修復的材料的孔隙率80.0％±2.0％，孔隙相互連通，抗壓強度為15.0～16.0MPa、彈性模量0.90～1.20GPa。
文檔編號A61L27/06GK101584880SQ20091005374
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月25日 優先權日2009年6月25日
發明者國 何, 倪嘉樺, 萍 劉, 吳魯海, 楠 王, 郝勇強 申請人:上海交通大學