[发明专利]一种制备仿骨羟基磷灰石骨修复材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于属于生物医用材料制备技术领域，涉及一种制备仿骨羟基磷灰石骨修复材料的方法，特别是一种利用放电等离子烧结、在不添加粘结剂和模板剂的情况下制备纳米级梯度多孔结构羟基磷灰石骨修复材料的方法。

背景技术

羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)，化学式：[Ca₅(OH)(PO₄)₃]，生物陶瓷材料因具有与人体骨骼晶体成分和结构基本一致，生物相容性、界面活性及骨传导性均优于各类医用合金、及其它医用高分子材料，并且能够与骨直接形成键性结合等优点，被认为是生物活性及生物相容性最好的骨组织修复材料。然而，高致密度的HA虽然具有较高的强度，但是由于其自身降解速度缓慢，骨组织及血管很难长入以替代材料形成新的骨结构，减缓了新生骨组织爬行替代进行骨缺损修复的过程。而多孔HA植入人体后，能使界面的软硬组织不仅沉积于表面，而且可以沉积于孔隙内，增加了接触面积，使骨组织与材料形成有效的生物结合，促进骨缺损修复过程。但是在对多孔HA进行生物学评价的过程中发现，孔的形态结构与材料本身的讲解速率有很大的关系。随着多孔HA孔隙率的提高或孔隙尺寸的增加，材料的降解速率显著增加并且不易控制。此外，材料的力学性能也大大下降。

人体的骨骼是一种典型的梯度结构，外层致密、硬、厚，为皮质骨，用作受力件可以承受肢体的重量；内层排列疏松，呈多孔状，为松质骨，便于血液，骨髓和营养物质的传输、流通等。可见，根据生物特性要求，骨缺损修复材料应该具有可控制的非均质多微孔连通结构以及结构梯度(外层致密或孔隙少，内层疏松或孔隙多)结构和材料分布梯度。这样，用于骨缺损领域的HA骨修复材料不仅具有可调控的降解速率和承载强度，其保持着原有的多孔结构和粗糙的内外表面还有利于成骨细胞的粘附、增殖，促使新骨组织长入孔隙，使植入体与骨之间形成生物固定。因此，具有上述优点的梯度多孔羟基磷灰石骨修复材料被认为是替代传统羟基磷灰石生物医用骨修复材料的理想选择之一。

目前多孔羟基磷灰石材料的制备方法往往需要添加像硅酸盐，聚乙烯醇(PVB)等粘结剂或模板剂以保证试样的强度(见中国专利CN 103588500A及文献Tripathi G,Basu B.A porous hydroxyapatite scaffold for bone tissue engineering:Physico-mechanical and biological evaluations.Ceramics International,2012,38(1):341-9.Zhao J,Duan K,Zhang J,Guo L,Weng J.Preparation of highly interconnected porous hydroxyapatite scaffolds by chitin gel-casting.Materials Science and Engineering:C,2011,31(3):697-701)，或利用传统的粉末冶金技术通过长时间的高温(一般在1200℃以上)烧结来获的具有一定强度的多孔羟基磷灰石材料(见文献张厚安,李敏,唐思文,张翠娟,时存.骨组织工程用多孔HA生物材料的制备.材料导报,2008,22(002):110-2.)。然而，通过上述方法制备的羟基磷灰石骨修复材料均存在以下问题：(1)过高的烧结温度和较长的保温时间会造成羟基磷灰石发生部分分解(一般在1000℃左右会发生分解)和颗粒的异常长大，导致材料生物活性与力学性能降低；同时由于HA的分解产物(磷酸钙和焦磷酸钙)与HA的降解速率不一致，导致材料的降解速率与骨组织爬行替代速率不匹配，使得材料的骨缺损修复能力降低；(2)尽管在高温烧结过程中所添加的粘结剂绝大部分会分解挥发，但仍然有少量的粘结剂残留在材料中。这些残留的粘结剂如硅酸钠不会降解，会影响微血管及骨组织的长入，降低材料的生物相容性和成骨活性，而聚乙烯醇已被证明具有肝和胆囊组织毒性。