[发明专利]磷酸二钙陶瓷、磷酸二钙与氢氧基磷灰石的双相陶瓷及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的生物可再吸收的磷酸钙陶瓷的制造方法，尤其涉及一种制造适用作为骨移植材料、骨替代物及骨填充物的磷酸二钙陶瓷以及磷酸二钙与氢氧基磷灰石(hydroxyapatite，HA)的双相陶瓷的方法。

背景技术

硬组织中主要的无机成分为生物磷灰石。举例来说，骨头含有65％至接近70％的生物磷灰石，而牙齿则含有高于98％的生物磷灰石。氢氧基磷灰石(hydroxyapatite，HA)是一种具有与生物磷灰石相似晶体结构的磷酸钙化合物。原则上，氢氧基磷灰石应是硬组织替换材料的理想选择。然而，沉淀的氢氧基磷灰石(precipitated HA)为非常细的粉末，由于操作上的困难，这将阻碍了沉淀的氢氧基磷灰石作为硬组织替换材料的应用。其它沉淀的磷酸钙粒子也存在相似的问题，例如磷酸二钙的医疗应用。

在1980年代初期，人们试图通过陶瓷烧结技术来制备颗粒状或块状的磷酸钙陶瓷。在过去的三十年左右，已经制成了许多类型的磷酸钙陶瓷。在这些陶瓷中，氢氧基磷灰石、α-和β-磷酸三钙(tricalcium phosphate，TCP)陶瓷已被广泛研究。临床研究证实，大部分具有钙/磷摩尔比等于一或更高的磷酸钙陶瓷如磷酸二钙、氢氧基磷灰石、磷酸三钙及磷酸四钙(tetracalcium phosphate，TTCP)具有优异的生物兼容性，且能被硬组织和软组织良好地接受。实验结果指出致密的氢氧基磷灰石为不可再吸收性，而其它多孔磷酸钙陶瓷则为可再吸收性。一般而言，β-磷酸三钙陶瓷的再吸收速率比氢氧基磷灰石更快，但机械强度却比氢氧基磷灰石更弱。为了取得能结合良好的机械性能与生物可再吸收性的陶瓷，一种双相磷酸钙(biphasic calcium phosphate，BCP)陶瓷已被制备，这些双相陶瓷为氢氧基磷灰石与β-磷酸三钙的混合物。上述大部分的陶瓷不是再吸收的太慢就是难以控制其生物再吸收速率。

Brown与Chow在1986年首先发表骨水泥(cement)型态的磷酸钙作为医疗应用。该骨水泥的主要构成为磷酸四钙及磷酸二钙，而主要的反应产物为氢氧基磷灰石。在那之后，已发展出具有不同配方的磷酸钙骨水泥。磷酸钙骨水泥的主要优点为其可塑性。已开发的磷酸钙骨水泥可依其反应产物进行分类，基本上，磷酸钙骨水泥有两个主要类型，亦即氢氧基磷灰石骨水泥和二水磷酸二钙(dicalcium phosphate dihydrate，DCPD)骨水泥。相似于高温氢氧基磷灰石，氢氧基磷灰石骨水泥的再吸收速率很慢。二水磷酸二钙的主要构成为碱性磷酸钙如α-磷酸三钙、β-磷酸三钙或氢氧基磷灰石，以及酸性磷酸盐化合物如磷酸或磷酸一钙，和一些固化溶液。一般而言，此类型的骨水泥酸性相当强，且除了反应产物为二水磷酸二钙之外，也包含大量未反应的成分。此类型骨水泥的物理和化学性质也有很大的变化，例如在使用β-磷酸三钙制备二水磷酸二钙骨水泥时，总是维持过量很多的碱性磷酸钙，此外，也总是保留一些晶体生长抑制剂以控制固化时间。固化之后，除了形成的二水磷酸二钙之外，也包含那些过量未反应的成分和一些调控固化的试剂。另一方面，如果使用化学计量所定的量，则固化骨水泥的酸性会太强而无法使用。如果使用的是氢氧基磷灰石而不是磷酸三钙，其固化时间将难以控制，且固化骨水泥的酸性太强。相似于沉淀的氢氧基磷灰石，经沉淀方法制备的磷酸二钙也是细粉末且有操作上的问题。即使该粉末的纯度很高，由于其操作上的问题而仍不能运用作为骨填充物或骨替代物。

近几年来，硫酸钙也被使用作为骨填充物或替换材料。然而，快速的生物再吸收速率及低强度是其主要的缺点，这也使其不适合用于较大的骨缺损或当骨折愈合的时间超过4到6周时。从实用角度而言，作为骨填充物或骨替代材料的生物陶瓷应具备可控制的物理和化学性质，例如机械强度和生物再吸收速率。