生醫玻璃陶瓷材料的製造方法

2023-08-07 20:21:26

專利名稱：生醫玻璃陶瓷材料的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種生醫(biomedical)玻璃陶瓷材料的製造方法，尤其涉及 一種利用一磷酸鈣系陶瓷原料與一富含二氧化鈦銳礦型(anatase相)結晶結 構的納米級二氧化鈦粉末來製作生醫玻璃陶瓷材料的方法，且該生醫玻璃陶瓷 材料可進一步予以極化而形成一生醫帶電玻璃陶瓷材料。
背景技術：
在人體中，用以支撐頭部、軀幹與四肢的骨骼主要由骨骼組織與骨骼成長 細胞所組成。其中，骨骼組織的主要成分為磷酸鈣系的化合物。在實際生活中， 某些骨骼可能具備先天性的缺陷，人體機能可能會隨著年齡的增長而衰退，造 成骨骼老化，產生缺損。人們能在經年累月從事各項工作下，也可能會造成骨 骼組織受到機械性的疲勞傷害。此外，當人體受到劇烈的機械性衝撞(如運動 傷害或摔傷等意外事故)時，更可能會對骨骼造成嚴重的傷害。
事實上，受到骨骼老化、機械性衝撞或疲勞性傷害等因素影響，在骨骼內 部或骨骼與骨骼連結的關節，往往容易產生骨骼缺損(如產生裂縫甚至斷裂) 現象。這種骨骼缺損現象嚴重者，不僅會影響到人體的運動，斷裂的尖銳骨骼 碎削也可能會穿刺傷害到人體內部的其它細胞，甚至還會壓迫到人體內部的神 經讓人感到劇痛難耐。因此，急需通過專業的醫療行為，將骨骼加以固定，並 使缺損的骨骼得以癒合。其中，骨移植術堪稱是醫治骨骼缺損最常使用的處理 方式。在傳統上，依據用以移植的骨骼(以下稱"移植骨")的來源，骨移植 術通常可分為自體移植法和異體移植法等兩種骨移植術。
在自體移植法中，使用來自病患本人身上的骨骼(以下稱"自體移植骨") 來移植填充。 一般來說，自體移植法是最安全、也最妥當的方法，其效果也相 當不錯。然而，在自體移植骨來源數量有限，老人、小孩與健康不良者不宜開 刀做骨移植術，自體移植法會造成病人另一個傷口，並且多一分術後的風險等 等諸多因素影響下，自體移植法經常會造成病患心理與生理的不適。因此，在骨骼缺損的範圍較大，或病患的生心理條1中小適合的狀況對，根本不宜，甚至 無法採用自體移植法來醫治骨骼缺損的病症。
在異體移植法中，使用來自病患本人以外的骨骼(以下稱"異體移植骨") 來移植填充。所謂的異體移植骨通常他人遺留下來的骨骼，而且這些他人遺留 下來的骨骼通常儲存於所謂的骨骼銀行(類似冰箱一樣的特殊儲存設備)。但 是，在實務運用層面上，這種異體移植法也衍生了的一些顧忌，譬如難以掌 握骨骼銀行的質量好壞，無法確認保存程序是否適當，還有更重要的是無法保 證病毒傳染的篩選是否完全(如肝炎、AIDS)。
綜合以上所述，對於自體移植法而言，普遍存在其可行性受到骨骼缺損範 圍以及容易造成病患心理與生理的不適等因素影響的問題。對於異體移植法而 言，普遍存在必須承擔傳統骨骼銀行的質量與安全不確定性風險的問題。顯而
易見地，使用外來的骨替代物(bone graft substitute)來取代上述的自體 移植骨與異體移植骨會是當前最適當的選擇。在此前提之下，目前全球(包含 臺灣、亞洲與歐美等地區)眾多大型醫療廠商的研發部門正積極致力於人工替 代骨的研發。
在以上所述的背景下，回到1970年代，當時美國佛羅裡達大學的Larry L. Hench首先發現二氧化矽(Si02)、氧化鈉(Na20 )、氧化鈣(CaO )與 磷酸幹(P205 )所連結組成的(Si02-Na2-Cao-P205 )生醫玻璃(英文名稱 為bioglass)可與自然骨組織產生直接鍵結。接著。到了 1973年，由Bromer 等人在德國繼續進行研發，研發的結果顯示由二氧化矽(Si02)、氧化鈉 (Na20 )、氧化鈣(CaO )與磷酸幹(P205 )、氧化鎂(MgO )與氧化鉀 (K20)所連結的(Si02-Na2-Cao-P205 -MgO-K20)生醫玻璃(英文名稱 為ceravital)，經過適當熱處理後，有部分的磷灰石(apatite)結晶相析 出。
經過實際測試後，發現磷灰石的玻璃陶瓷具有較高的機械性質；因此，當 磷灰石(apatite)玻璃陶瓷用於取代或連結人體內的骨骼時，可以對人體提 供良好的支撐效果。然而，不幸的是，磷灰石(apatite)玻璃陶瓷的表面生 物活性較低，因此，目前多半只運用於顎骨的移植。
承以上所述，在上述的生醫玻璃植入人體之後，會溶出鈉離子(Na+)， 形成一富二氧化矽(Si02)的膠質層，骨骼成長細胞在此增殖，成為膠原纖維。最後，由玻璃溶解出的鈣離子(ca2"'及磷離子(P"V在膠原蛋白纖維
附近形成氫氧基磷灰石結晶而與骨骼相接。同時，上述的生醫玻璃是屬於一種
玻璃陶瓷，並且具有良好的生物兼容性，能和原組織(host tissue)相互鍵 結，在臨床上常應用於製作骨替代物、骨水泥(bioactive grout)或植入物 的披覆(implant coating)等。
結合以上敘述可知，骨骼組織的主要成分為磷酸鈣系的化合物，使用外來 的骨替代物來取代上述的自體移植骨與異體移植骨是當前最適當的選擇，以及 生醫玻璃在臨床上又常應用於製作合成骨替代物等敘述。為了便於清晰說明相 關的技術內容，以下將對磷酸鈣、磷酸鈣玻璃與生醫玻璃陶瓷等相關背景技術 提出更為詳盡的說明。
關於磷酸鈣，其為人體骨骼主要的成分，且長時間可以被人體吸收，是目 前醫療上骨科常用填充材料。磷酸鈣鹽類中以P-三鈣磷酸(戶-Ca^(PQ)2)與磷 灰石並列為第三代生醫材料。氫氧基磷酸鈣在高溫下很容易轉變成0 -三鈣磷 酸鹽，而溫度高於118(TC之後，三鈣磷酸鹽會轉變成a-三鈣磷酸鹽，且 比重會從307一m3減至2. 77g/cm3 。
三鈣磷酸鹽的機械強度方面，燒結溫度若高於115(TC，則會產生相變 化，低溫燒結則不緻密的缺點，所以純3-三鈣磷酸鹽燒結體強度只能達到200 到400MPa之間，因此，必須利用添加物來提高其機械強度。
磷酸玻璃是以磷酸根(PO/)的四面體為其網狀結構的單位晶胞，其周圍 是靠橋接方式(crossing linking)接了三個磷酸根(P043—)單元。若加入修 補氧化物如CaO等，便會打斷架橋的P-0-P鍵結，而降低了玻璃的架橋密度， 即為磷酸鈣玻璃。
玻璃陶瓷又稱結晶化玻璃，此種材料具有良好的抗壓強度，化學性質穩定， 且其中鈣磷化合物與自然骨骼成分相近，更重要的是有極佳的生物親和性。
所謂玻璃陶瓷，指的是含有玻璃相的多晶固體材料，其製造由玻璃熔解開 始，經過玻璃成形，再施予控制結晶(controlled crystallization)熱處理， 使其結晶化而形成多晶固體。因此，玻璃陶瓷既具有玻璃成形製程的多元化彈 性、成形作業經濟又準確，內部無孔隙存在的特點，又兼具有陶瓷較佳的物理 機械性質等優點。
當玻璃陶瓷運用於生物醫療用途時，可稱為生醫玻璃陶瓷。生醫玻璃陶瓷
6(特別是用於進行骨移植術所使用的生醫玻璃陶瓷)與其它玻璃陶瓷的最大不 同處在於生醫玻璃陶瓷不僅必須滿足在不同環境及物理性質上的應用，而且還
必須具有生物兼容性(biocompatible)、生物活性(bioactive)以及硬骨與 軟骨組織之間形成良好的化學鍵結，以及長期植入人體不能產生不良反應等性 質。同時，近年來所發展的一些生醫活性陶瓷(bioactive ceramics)更會與 體內的骨骼產生鍵結或反應，甚至可能參與骨組織的生長，最終成為人體的一 部份。
就實務應用層面而言，上述的生醫玻璃陶瓷目前多半以氫氧基磷灰石 (hydroxyapatite， HA) 、 二藥磷酸鹽(dicalcium phosphates; DCP)、三 鈣磷酸鹽(tricalciumphosphates; TCP)等磷酸鈣系材料最常被用於製作進 行骨移植術所使用的生醫玻璃陶瓷。雖然這些磷酸鈣系材料都具陶瓷性質及良 好生物兼容性等優點；但是，這些材料卻普遍存在兩個難以改善的缺點。其一， 這些材料常因本身的機械強度不足，以至於在實際應用上受到諸多限制， 一般 而言，多半只能用於骨科及齒科中，只需承受較小應力負載的置換性材料。其 二，當這些材料植入人體之後，缺乏誘導骨生長的功能，致使骨骼再生的速度 較慢，並且導致病患所需的復元時間變長。
綜觀以上所述，在現有技術中，普遍存在機械強度不足的問題，導致在實 際應用上受到諸多限制；以及缺乏誘導骨生長的功能，導致病患所需的復元時 間變長等問題。

發明內容
本發明的主要目的在於提供一種生醫玻璃陶瓷材料的製造方法，使生醫玻 璃陶瓷材料被電場極化後，可產生一生醫帶電玻璃陶瓷材料，該生醫帶電玻璃 陶瓷材料可作為一骨替代物，並且可以誘導骨骼的生長。
本發明的次一目的為提供一種生醫玻璃陶瓷材料的製造方法，其利用熱處 理與再結晶的方式，使生醫玻璃陶瓷材料具備較佳的機械性強度。
為實現上述目的，本發明為解決現有技術的問題所採用的技術手段是提供 一種生醫玻璃陶瓷材料的製造方法，其是先製備一磷酸鈣系陶瓷原料與一納米 級二氧化鈦粉末，且納米級二氧化鈦粉末必須含一預定比例的二氧化鈦銳礦型 (anatase相)結晶結構。接著，將磷酸鈣系陶瓷原料與納米級二氧化鈦粉末依據一預定混合比例加以混合以製作一涼合原料。然後，將混合原料加以熔融 與淬火，藉以形成一生醫玻璃。最後，將生醫玻璃加以研磨成-生醫玻璃粉末， 篩選出符合一預定粒徑規格者，並施以一熱處理而使符合預定粒徑規格的生醫 玻璃粉末再結晶，藉以形成機械性強度更大的生醫玻璃陶瓷材料。
在本發明較佳實施例中，可更進一步施加電場來將生醫玻璃陶瓷材料加以 極化，使生醫玻璃陶瓷材料帶電，而形成一生醫帶電玻璃陶瓷材料。 本發明對照現有技術的功效
從以上述可知，相較於現有技術中由磷酸鈣系材料所組成的生醫玻璃陶瓷 材料，在本發明所製作出的生醫玻璃陶瓷材料中，特別包含納米級二氧化鈦粉
末，且納米級二氧化鈦粉末含一預定比例的銳二氧化鈦礦型(anatase相)結 晶結構。由於生醫玻璃陶瓷材料的anatase相結晶結構經過極化之後，會使生 醫玻璃陶瓷材料帶電；因此，在生醫玻璃陶瓷材料植入人體當作一骨替代物後， 會誘導骨骼快速生長，藉以加速骨骼缺損部位的組織修護，縮短病患的康復時 間。
此外，在抗彎強度方面，經實驗證明，本發明所提供的生醫玻璃陶瓷材料 約為現有技術的2至4倍，因此，當本發明所提供的生醫玻璃陶瓷材料植入人 體後，利用生醫玻璃陶瓷材料誘導骨骼生長以進行骨骼修復時，原有的骨骼缺 損處較不易受到外力影響而遭受二次傷害。
以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的 限定。


圖1顯示本發明較佳實施例的流程圖2顯示現有生醫玻璃陶瓷與本發明較佳實施例提供的生醫玻璃陶瓷之 間的抗彎強度比較表；
圖3顯示本發明較佳實施例提供的生醫玻璃在被極化前與被極化後的介 電常數與機械質量因素變化關係表；
圖4顯示本發明較佳實施例所提供的生醫帶電玻璃陶瓷材料進行四小時 後MTT測試後，相較於控制組的細胞存活率；
圖5顯示本發明較佳實施例所提供的生醫帶電玻璃陶瓷材料進行九十六小時MTT測試後，相較於控制組的細胞存活率； '
圖6顯示在本發明較佳實施例所提供的未極化的生醫玻璃陶瓷材料植入
兔子體內後，骨骼再生與修護情況；以及
圖7顯示在本發明較佳實施例所提供的已極化的生醫玻璃陶瓷材料植入
兔子體內後，骨骼再生與修護情況。
具體實施例方式
由於本發明所提供的生醫玻璃陶瓷材料的製造方法，可廣泛運用於製作各 種生物醫療用途的生醫玻璃陶瓷材料，並可利用生醫玻璃陶瓷材料來充當一骨 替代物，藉以誘導骨骼快速生長與修護，其組合實施方式更是不勝枚舉，故在 此不再一一贅述，僅列舉其中較佳的實施例來加以具體說明，並且引用相關的 實驗結果來驗證前述的功效。
請參閱圖l，其顯示本發明較佳實施例的流程圖。如圖所示，在實現本發 明時，必須先製備磷酸鈣系原料，較佳者，磷酸鈣原料由氧化鈣(CaO)、磷 酸幹(P205 )與磷酸(H3PQ4)所混合調製而成(歩驟110)。同時，必須製備 一富含銳二氧化鈦礦型(anatase相)結晶結構的納米級二氧化鈦粉末(歩驟 120)。
由於anatase相結晶結構的納米級二氧化鈦粉末本身的結構較被極化的 能力較強，必須對納米級二氧化鈦粉末的anatase相結晶結構的含量進行檢驗 (步驟130)，並且判定在納米級二氧化鈦粉末中，anatase相結晶結構含量 是否達到一預定比例(步驟140)。此處所指的預定比例與環境條件有關，一 般而言，預定比例越大本發明的效果就會越顯著。
若在納米級二氧化鈦粉末中，anatase相結晶結構含量未達到預定比例， 則必須回到步驟120，重新製備納米級二氧化鈦粉末。反的，若在納米級二氧 化鈦粉末中，anatase相結晶結構含量達到預定比例，則必須混合磷酸l^系陶 瓷材料與納米級二氧化鈦粉末以製作一混合原料，且混合原料通常又可稱為生 料(batch materials)(歩驟150)。
在混合磷酸鈣系陶瓷材料與納米級二氧化鈦粉末時，可使用多數個氧化鋯 (Zr02)磨球作為混合介質。較佳者，這些氧化鋯磨球的直徑約10mm左右。 同時，在本實施例中，可利用氧化鋯磨球對該磷酸鈣系陶瓷原料與納米級二氧化鈦粉末進行球磨20小時，以充份均勻混合磷酸鈣系陶瓷原料與納米級二氧 化鈦粉末。
緊接著，必須將混合原料予以烘乾(步驟160)，較佳者，可使混合原料
在15(TC的環境條件下烘千20小時。然後，必須將混合原料(即生料)放入 白金坩鍋中，置於高溫爐中加熱，直到混合原料變成熔融狀態為止。之後，必 須將熔融狀態的混合原料，迅速從高溫爐中取出，並且放置在石墨板上進行淬
火(歩驟170);經過淬火後的混合原料，在本質上已經堪稱是一種生醫玻璃；
較佳者，可繼續對混合原料予以退火，藉以形成物理機械性質較佳的生醫玻璃
(歩驟180)。此外，在對混合原料予以退火時，可使混合原料在退火溫度為 40(TC左右的環境中維持3小時，使其轉為非晶質玻璃相的生醫玻璃。
在完成生醫玻璃的製作後，必須進一步將生醫玻璃研磨成一生醫玻璃粉末 (步驟190)。此時，為了將生醫玻璃粉末的粒徑規格控制在預定的範圍內， 可以利用篩網來過篩，藉以篩選出符合--預定粒徑規格的生醫玻璃粉末。在本 發明較佳實施例中，建議用網目編號(又稱篩號)為200和325 (mesh)的篩 網篩選出符合上述預定粒徑規格的生醫玻璃粉末(:步驟210)。
接下來，必須依據所欲成型的形狀態樣，將符合預定粒徑規格的生醫玻璃 粉末置入特定形狀態樣的模具中予以幹壓成型(步驟220)，並對幹壓成型的 生醫玻璃粉末施以一熱處理，以使幹壓成型的生醫玻璃粉末燒結並且再結晶， 藉以形成生醫玻璃陶瓷材料(歩驟230)。本領域技術人員都能輕易理解，在 步驟230進型熱處理的主要目的在於使非晶質玻璃相的生醫玻璃，經過再結晶 的作用而轉為玻璃陶瓷相的生醫玻璃陶瓷材料。
最後，當生醫玻璃陶瓷材料運用於生物醫療的臨床用途時，可施加電場(或 動態變化的磁場)而使生醫玻璃陶瓷材料被極化(歩驟240)。如此一來，可 使生醫玻璃陶瓷材料帶電，並且形成一生醫帶電玻璃陶瓷材料(步驟250)。
在完成本發明的技術揭露之後，為了證明本發明確實具備以上聲稱的功 效，發明人更進一步對生醫玻璃、生醫玻璃陶瓷材料與生醫帶電玻璃陶瓷材料 等作物理性質、機械(強度)性質、電學性質與生物性質等方面進行檢測與驗 證。
首先，在物理性質方面，可對生醫玻璃、生醫玻璃陶瓷材料與生醫帶電玻 璃陶瓷材料分別進行X光分析、鍍金處理與材料熱差分析，藉以獲得玻璃陶瓷相的組成成分、材料表面元素分布、玻璃轉換溫度與相變化溫度等{穿總。在解 讀這些信息之後，可以重新調整上述熱處理環境條件，包含重新調整對熱處理 溫度、壓力與時間等參數的控制。
在機械(強度)性質方面，可對生醫玻璃、生醫玻璃陶瓷材料與生醫帶電 玻璃陶瓷材料分別進行硬度、燒結緻密度、密度、孔隙率等性質進行檢測，或 者進行抗彎強度、抗壓強度與抗衝擊等破壞性試驗。在進行破壞性試驗之後，
可配合使用掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope; SEM)或穿 透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope; TEM)來對破壞性截 面進行更為深入的晶相分析。
在本發明中較佳實施例中，為了驗證本發明相較於現有技術具備更佳的機 械性強度，特別揭露抗彎強度的試驗數據。請參閱圖2，其顯示現有生醫玻璃 陶瓷(磷酸鈣玻璃陶瓷)與本發明較佳實施例提供的生醫玻璃陶瓷(含二氧化 鈦的磷酸鈣玻璃陶瓷)之間的抗彎強度比較表。其中，*1: CPC表示現有技術 的磷酸鈣玻璃陶瓷；*2: TCPC表示本發明較佳實施例的含二氧化鈦的磷酸鈣 玻璃陶瓷。如圖2所示，可以整理出以下的趨勢
1. 本發明所提供的生醫玻璃陶瓷(含二氧化鈦的磷酸鈣玻璃陶瓷)的抗 彎強度較現有生醫玻璃陶瓷(不含二氧化鈦的磷酸鈣玻璃陶瓷)者強；
2. 經過熱處理的生醫玻璃陶瓷，其抗彎強度較未經過熱處理者強；
3. 過篩粒徑規格為325的生醫玻璃陶瓷，其抗彎強度較粒徑規格為200 者強。
其中，由實驗數據可知，在其它條件都控制在相同的狀況下，本發明所提 供的生醫玻璃陶瓷的抗彎強度大約為現有生醫玻璃陶瓷的抗彎強度的2 4 倍。顯而易見地，足以證明在本發明所提供的生醫玻璃陶瓷材料植入人體後， 利用生醫玻璃陶瓷材料誘導骨骼生長以進行骨骼修復時，原有的骨骼缺損處較 不易受到外力影響而遭受二次傷害。
在電學性質方面，可在對生醫玻璃、生醫玻璃陶瓷材料與生醫帶電玻璃陶 瓷材料予以極化前和極化後，分別進行介電常數、介電損失、共振阻抗、電容、 共振、反共振頻率等電學性質進行量測。其中，為了進一步說明本發明中的生 醫玻璃陶瓷材料更容易被極化，特別擷取本發明中生醫玻璃陶瓷材料的半成品 (即含有二氧化鈦的磷酸鈣玻璃)分別在未極化前與已極化後，進行介電常數在極化處理前將銀膠塗附在試片表面後，作為充電製程所需的電極。極化 是將一強電場加於一壓電體上，使其電耦極順應電場方向排列的過程，本實驗
是將試片至於12CTC的矽油中外加電壓至4KV/醒，極化時間大約控制在30分
鐘左右。
請參閱圖3，其顯示本發明較佳實施例提供的生醫玻璃(含二氧化鈦的磷 酸鈣玻璃)在被極化前與被極化後的介電常數與機械質量因素變化關係表。其 中，*3: TCPG表示本發明較佳實施例的含二氧化鈦的磷酸鈣玻璃。如圖所示， 在lMHz的頻率下，未極化前五個含二氧化鈦的磷酸鈣玻璃所測的介電常數平 均值約為3.51xl(f;在極化後五個含二氧化鈦的磷酸鈣玻璃所測的介電常數平 均值約為3.02x103，約為未極化前的8 9倍。顯而易見地，當生醫玻璃製成生 醫帶電玻璃陶瓷材料後，被極化的程度會十分顯著，藉以增加生醫帶電玻璃陶 瓷材料的帶電能力。
在生物性質方面，可將生醫帶電玻璃陶瓷材料放置在人體液中，或將其植 入動物體內進行種種測試，諸如重量損失率，鈣離子(Ca2+)釋出量，臨酸根 離子(P043—)釋出量，據以評估生醫帶電玻璃陶瓷材料植入體後的骨骼修復 狀況。
通過重量損失率的追蹤觀察可知本發明含二氧化鈦的生醫玻璃陶瓷材料， 與人工體液內無機離子產生反應，通過浸置後能在一周內產生含二氧化鈦的磷 灰層(apatite)，並且使得玻璃基材重量損失減少。通過外加電場的極化作用， 可促使含二氧化鈦的磷酸鈣玻璃表面，加速生成含二氧化鈦的磷灰層 (apatite)。另外可以進行細胞培養，通過細胞存活率(MTT)測試與觀察細胞 型態來評估其對骨骼修護的幫助。
在細胞存活率(MTT)測試中，是利用活細胞的粒線體所代謝出的藍色的 formazan晶體來測量細胞的存活率，進行測試時，所採用的生醫玻璃陶瓷材 料為現有不含二氧化鈦的磷酸鈣玻璃與本發明含二氧化鈦的磷酸鈣玻璃。
請參閱圖4與圖5，圖4顯示本發明較佳實施例所提供的生醫帶電玻璃陶 瓷材料進行四小時後MTT測試後，相較於控制組的細胞存活率；圖5顯示本發 明較佳實施例所提供的生醫帶電玻璃陶瓷材料進行九十六小時MTT測試後，相 較於控制組的細胞存活率。如圖所示，在進行細胞培養後，可進行細胞存活率(MTT)測試。在進行細胞存活率(MTT)測試時，可製備四個實驗樣本如下
(A)未極化的現有不含二氧化鈦的磷酸鈣玻璃；(B)已極化的現有不含二氧化 鈦的磷酸鈣玻璃；(C)未極化的本發明含二氧化鈦的磷酸鈣玻璃；(D)己極化的 本發明含二氧化鈦的磷酸鈣玻璃。
從圖4可知，四小時後在同樣極化條件下，己極化的含二氧化鈦磷酸鈣玻 璃的實驗樣本(D)的細胞存活率較其它實驗樣本(A)、 (B)、 (C)高。相似地，從 圖5可知，九十六小時後在同樣極化條件下，已極化的含二氧化鈦磷酸f丐玻璃 的實驗樣本(D)的細胞存活率較其它實驗樣本(A)、 (B)、 (C)高。顯而易見地， 由MTT實驗發現極化後知本發明含二氧化鈦磷酸鈣玻璃的細胞，在MTT試驗下 具有良好的生物適應性，並且可誘導細胞的成長率上升。
最後，請繼續參閱圖6與圖7。圖6顯示在本發明較佳實施例所提供的未 極化的生醫玻璃陶瓷材料植入兔子體內後，骨骼再生與修護情況；圖7顯示在 本發明較佳實施例所提供的已極化的生醫玻璃陶瓷材料植入兔子體內後，骨骼 再生與修護情況。承以上所述，在本發明中，生醫玻璃陶瓷材料可為含二氧化 鈦磷酸鈣材料。
如圖6所示，BM表示骨髓；FC表示脂肪細胞；頂表示植入處；P表示未
極化前的含二氧化鈦磷酸鈣材料顆粒；NB表示新生骨；OB表示成骨細胞；OC 表示骨細胞；SC表示間質細胞。在未極化的含二氧化鈦磷酸鈣材料植入兔子 脛骨近端膝蓋骨肌腱附著點(patella tendon insertion)下方0. 5公分(釐 米)處，並在植入處四周加以染色並放大200倍後，可以觀察到大量成骨細胞 排列於新生骨邊緣，其細胞型態為立體方正型，顯示正進行旺盛的骨生成作用。 新生骨內的骨細胞清晰可見，顯示骨的礦物化作用尚未完成。
如圖7所示，BM表示骨髓；FC表示脂肪細胞；IM表示植入處；P表示極
化後含二氧化鈦的磷酸鈣材料顆粒；NB表示新生骨。在已極化的含二氧化鈦 磷酸鈣材料植入兔子股骨遠程內側中央韌帶附著點(medial collateral ligament insertion)下方O. 5公分處，並在植入處四周加以染色並放大100 倍後，可以觀察到在骨生成作用旺盛(osteogenesis)及極化後含二氧化鈦的 磷酸鈣的流失速率緩慢的雙重因素下，植入處有新生骨骼長入。
綜合以上所述，在機械性強度方面，特別是在抗彎強度方面，經實驗證明， 本發明所提供的生醫玻璃陶瓷材料約為現有技術的2至4倍，因此，當本發明所提供的生醫玻璃陶瓷材料植入人體後，利用生醫玻璃陶瓷材料f秀導,骼生長 以進行骨骼修復時，原有的骨骼缺損處確實較不易受到外力衝擊而遭受到二次 傷害。
此外，在生物性質方面，特別是在誘導骨骼生長方面，由於生醫玻璃陶瓷
材料的anatase相結晶結構經過極化之後，會使生醫玻璃陶瓷材料帶電；在生 醫玻璃陶瓷材料植入人體當作骨替代物後，經實驗證明，確實會誘導骨骼快速 生長，藉以加速骨骼缺損部位的組織修護，縮短病患的康復時間。因此，本發 明所揭露的種種功效不僅都己獲得充分的驗證，同時，更進一步強化了本發明 的可實施性。
當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情 況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但 這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種生醫玻璃陶瓷材料的製造方法，其特徵在於，包含以下步驟(a)製備一磷酸鈣系陶瓷原料；(b)製備一富含銳二氧化鈦礦型結晶結構的納米級二氧化鈦粉末；(c)將該磷酸鈣系陶瓷原料與該納米級二氧化鈦粉末依據一預定混合比例加以混合以製作一混合原料；(d)將該混合原料加以熔融與淬火，藉以形成一生醫玻璃；以及(e)將該生醫玻璃加以研磨成一生醫玻璃粉末，並施以一熱處理而使該生醫玻璃粉末再結晶，藉以形成該生醫玻璃陶瓷材料。
2. 根據權利要求1所述的生醫玻璃陶瓷材料的製作方法，其特徵在於，在 該步驟(a)的該磷酸鈣系陶瓷原料由氧化鈣(CaO )、磷酸幹(P205 )與磷酸(H3P04)所混合調製。
3. 根據權利要求1所述的生醫玻璃陶瓷材料的製作方法，其特徵在於，該 步驟(b)還包含一步驟(bl)，且該步驟(bl)是檢驗該納米級二氧化鈦粉末中的 銳二氧化鈦礦型結晶結構含量是否達到一預定比例。
4. 根據權利要求1所述的生醫玻璃陶瓷材料的製作方法，其特徵在於，在 該步驟(c)中，以多數個氧化鋯(ZrQ)磨球作為混合介質。
5. 根據權利要求4所述的生醫玻璃陶瓷材料的製作方法，其特徵在於，該 步驟(c)為利用上述多數個氧化鋯(Zr02)磨球對該磷酸l 系陶瓷原料與該納 米級二 >氧化鈦粉末進行球磨20小時，以充份混合該磷酸鈣系陶瓷原料與該納 米級二氧化鈦粉末。
6. 根據權利要求1所述的生醫玻璃陶瓷材料的製作方法，其特徵在於，該 步驟(c)還包含一步驟(cl)，且該步驟(cl)為將該混合原料予以烘乾。
7. 根據權利要求6所述的生醫玻璃陶瓷材料的製作方法，其特徵在於，該 步驟(cl)為以150。C烘乾20小時。
8. 根據權利要求1所述的生醫玻璃陶瓷材料的製作方法，其特徵在於，該 步驟(d)還包含一步驟(dl)，且該步驟(dl)是以在將該混合原料加以熔融與淬 火之後，將該混合原料予以退火。
9. 根據權利要求8所述的生醫玻璃陶瓷材料的製作方法，其特徵在於，該步驟(dl)是在一退火溫度為40(TC左右的環境中進行3小時。
10. 根據權利要求1所述的生醫玻璃陶瓷材料的製作方法，其特徵在於， 該步驟(e)還包含一步驟(el)，且該步驟(el)是在將該生醫玻璃加以研磨成一 生醫玻璃粉末後，予以過篩篩選出該生醫玻璃粉末中符合一預定粒徑規格者。
11. 根據權利要求11所述的生醫玻璃陶瓷材料的製作方法，其特徵在 於，該步驟(e)還包含一步驟(e2)，且該歩驟(e2)是在該歩驟(el)之後，將該 生醫玻璃粉末中符合該預定粒徑規格者予以幹壓成型。
12. 根據權利要求1所述的生醫玻璃陶瓷材料的製作方法，其特徵在於， 該步驟(e)之後還包含一步驟(f)，且該步驟(f)是將該生醫玻璃陶瓷材料予以 極化，使該生醫玻璃陶瓷材料帶電而形成一生醫帶電玻璃陶瓷材料。
13. 根據權利要求12所述的生醫玻璃陶瓷材料的製作方法，其特徵在 於，該步驟(f)是施以一電場而使該生醫玻璃陶瓷材料被極化。
全文摘要
一種生醫玻璃陶瓷材料的製造方法，先製備一磷酸鈣系陶瓷原料與一納米級二氧化鈦粉末，且納米級二氧化鈦粉末必須含有一預定比例的二氧化鈦銳礦型結晶結構，然後將磷酸鈣系陶瓷原料與納米級二氧化鈦粉末依據一預定混合比例加以混合以製作一混合原料。接著，將混合原料加以熔融與淬火，藉以形成一生醫玻璃。最後，將生醫玻璃加以研磨成一生醫玻璃粉末，並施以一熱處理而使生醫玻璃粉末再結晶，藉以形成生醫玻璃陶瓷材料。在臨床應用上，可進一步將生醫玻璃陶瓷材料予以極化而形成一生醫帶電玻璃陶瓷材料，藉以在植入人體之後，誘導骨骼生長。
文檔編號A61L27/12GK101618230SQ20081012654
公開日2010年1月6日 申請日期2008年7月1日 優先權日2008年7月1日
發明者葉南輝 申請人:葉南輝