製備具有低氧化鈣含量的海綿骨瓷的方法

2023-07-05 07:02:31

專利名稱：製備具有低氧化鈣含量的海綿骨瓷的方法
技術領域：
本發明涉及製備具有低氧化鈣含量的海綿骨瓷的方法。
長久以來，人們知道被燒結形成陶瓷的礦化骨是理想的骨替代材料。骨瓷很自然在化學組成、結構組成和力學強度方面與天然骨存在很大的相似性。此外，人們發現海綿骨瓷是特別骨導性的。海綿骨瓷開放性的相互連接的分隔結構促進了新的骨質長在和長入該陶瓷中，因而在植入過程中存在大量的移地發育和陶瓷植入物的整合。由動物骨頭生產的骨陶瓷越來越多地在骨合成和骨缺陷(由疾病或事故引起)的重組中被用作為骨替代材料。
由動物骨頭生產骨陶瓷通常是首先通過機械方法使經過篩選的骨頭或骨碎塊沒有粘連的軟組織，然後將這些骨頭或骨碎塊用鋸子粗粗地切割成小塊，從而產生具有適當形狀和尺寸的碎塊，然後除去所有其它的有機成分，從而使它們礦化。礦化過程首先是使骨頭在水中煮沸幾次。可以通過脂肪溶解劑或蛋白質溶解劑，和/或藉助於過氧化氫而進行後續處理，例如在EP0141004中所說。被證實是特別簡單而有效的方法是高溫礦化，其中該骨頭的有機成分在熱作用下分解，所形成的碳隨後在過量的氧氣中燃燒掉。對於骨頭熱解來說，通常溫度在500-1000℃之間。在骨頭礦化以後，對其進行燒結以形成陶瓷，其溫度在800-1400℃。只有通過燒結，該材料才能獲得所需的最終強度。在上述方法中，必需特別小心以確保原始骨頭的多孔結構儘可能多地保持下來。為了將海綿狀骨材料轉變成海綿骨瓷，一種優選的方案是根據DE3727606中所說的方法，其中一種特定的溫度制度和還原或氧化氣氛可以進行特別溫和的熱解。
已經發現如果除了基礎相，羥基磷灰石外，還存在大量的氧化鈣，則骨瓷具有無法控制的不穩定性的趨勢，它可以通過X-射線分析來測定。當氧化鈣含量超過5％時就是這種情況。在未加保護的存放過程中或在植入過程以後的有機體中水，例如大氣水分形式的水的侵入伴隨著氧化鈣不斷地轉變成氫氧化鈣，它使體積得到相當大的增加。根據其百分含量，該過程可以延續到使陶瓷完全斷裂。骨瓷中氧化鈣的比例是一個自然參數，並且可以隨動物各自的性能和品種而變化。氧化鈣是在熱解和燒結成氧化鈣的過程中由天然存在於進行轉化的骨頭中的碳酸鈣而形成的。
DE4028683提出在燒結以前用有機酸，特別是檸檬酸的水溶液來處理經過礦化的骨材料。該步驟使氧化鈣成分從該材料中洗出，從而使燒結後獲得的骨瓷經X-射線分析其羥基磷灰石含量超過99％。
儘管該工藝是高效的並且形成適用的穩定骨瓷，但它不是沒有缺點。這些缺點首先是該工藝制度的操作區域。因此，在熱解礦化過程中，該材料首先必須再次冷卻到室溫，從而可以進行酸處理和必需的衝洗操作。此外，該材料還必需從標記處再次加熱以進行燒結。這些操作過程既費時又需要大量能量。此外，酸溶液的製備和消耗以及用於將材料衝洗至中性的衝洗水的消耗也增加了生產成本。此外，酸處理步驟的控制和監測不是簡單易行的。一方面，必須確保基本上全部的氧化鈣被洗掉，同時另一方面必須使酸攻擊很少的羥基磷灰石基質或不攻擊羥基磷灰石基質。此時在該過程中，海綿狀細結構還沒有達到充分固化，因此它是很容易受到影響的。本發明的目的在於減少上述現有技術的缺陷。
出乎人們意外的是，已經發現如果在10-80℃的溫度下用軟化水對骨基質進行衝洗達4小時至7天，則存在於經過礦化的骨基質中的氧化鈣成分很容易除去。由此發現採用酸，特別是檸檬酸水溶液對氧化鈣的清洗是沒有必要的。
本發明提供了製造具有低氧化鈣含量的海綿骨瓷的方法，在該工藝中，被切割成小塊的海綿狀骨頭通過除去所有的有機成分而礦化，隨後將礦物骨基質燒結成陶瓷，該工藝的特徵在於為了將氧化鈣成分從經過礦化的骨基質中除去，將該骨基質在10-80℃下用軟化水進行抽提洗滌達4小時至7天。
本發明的工藝實際上是以與DE4028683中已知的方法完全相類似的方式進行的。其唯一的差別在於在骨材料礦化和燒結成陶瓷之間進行的酸處理步驟被替換成用軟化水進行處理。軟化水是已知的並且很容易得到。它可以由天然水通過已知的方法以所需的數量製備，例如通過一級或多級蒸餾和/或採用離子交換除去溶解的礦物鹽。一般說來，軟化水具有約6.0的弱酸pH值。可以推測該軟化水的弱酸性有助於將氧化鈣從經過礦化的骨基質中抽提洗滌出來。
對於抽提洗滌操作來說，應充分地使切割成小塊的經過礦化的骨材料轉移到適當尺寸的軟化水水浴中並且在那兒停留一段在適當的溫度下既充分又便利的時間。將該水浴循環或攪拌有助於將可溶的成分洗出。已經發現採用10升水/公斤骨材料的比例和在10-80℃的水浴溫度下進行4小時至7天的處理是適宜和便利的。一次或多次地更換洗滌水，或用新鮮的軟化水進行持續衝洗會對結果產生有利的影響並且可以縮短處理時間。所說的工藝可以使在骨頭基質上存在的或預計存在的所有氧化鈣得到除去，並且基本上沒有殘餘物。一般說來，在骨頭中的氧化鈣的自然存在量在5-10％之間變化，通過對最終獲得的陶瓷進行X-射線分析，已經發現該材料中羥基磷灰石含量超過95％，一般在97-99％。氧化鈣僅以痕量測得。
本發明的方法可以節省相當大量的達到可比結果所需的酸。此外，用來將材料衝洗至中性的衝洗後操作可以省去，從而使成本和時間得到進一步節省。另外，本發明的方法基本上是更加溫和的，這是因為該羥基磷灰石基質沒有受到軟化水處理的攻擊。
在抽提洗滌操作結束後，將小塊乾燥，然後以常規方式將其燒結成陶瓷。
實施例將取自新宰殺的牛的原料骨頭(沒有軟組織)切割成尺寸約30×30×100毫米的長方體小塊，將其與水沸騰三次，約1小時。
然後將骨頭小塊在110℃下乾燥6小時。然後將其在氮氣氣氛下在9小時內加熱到450℃。在隨後的從450-600℃的20小時加熱過程中，將氣氛以線性進展的方式變化成氧氣，並且在5小時中加熱到900℃。冷卻以後，將小塊放在軟化水水浴中(10升/公斤骨材料)並且在20℃下在攪動的水浴中處理48小時。在該處理以後，用軟化水將小塊衝洗三次。
對於最後的燒結來說，將小塊在21小時時間內加熱到1250℃，並在該溫度下保持3小時，然後使其冷卻。
所得到的骨瓷小塊具有未發生變化的原始海綿狀骨頭的多孔結構。根據X-射線分析，該陶瓷中的羥基磷灰石含量約為99％。
權利要求
1.製造具有低氧化鈣含量的海綿骨瓷的方法，其中，被切割成小塊的海綿狀骨頭通過除去所有的有機成分而礦化，隨後將礦物骨基質燒結成陶瓷，其特徵在於為了將氧化鈣成分從經過礦化的骨基質中除去，將該骨基質在10-80℃下用軟化水進行抽提洗滌達4小時至7天。
全文摘要
本發明涉及一種製造具有低氧化鈣含量的海綿骨瓷的方法，在骨材料的礦化和燒結成陶瓷之間用軟化水進行抽提洗滌操作，通過該操作，將氧化鈣成分從經過礦化的骨基質中除去。
文檔編號A61L27/00GK1162924SQ95196175
公開日1997年10月22日 申請日期1995年11月2日 優先權日1995年11月2日
發明者F·佐恩, F·韋伯, A·阿爾梅達, I·陶伯特, R·瓦根克尼徹特, W·埃伯爾 申請人:默克專利股份有限公司