專利名稱：可控降解速率改性珊瑚人工骨及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可控降解速率改性珊瑚人工骨及其制備方法，具體說是涉及不同部位要求不同降解速率人工骨填充材料，適合在骨創(chuàng)傷外科和整形重建外科中的應用。屬于生物醫(yī)用材料領域，。
背景技術：
常用的天然珊瑚，其主要成分為文石，化學成分為碳酸鈣，因其具有與人體骨骼相似的三維多孔結構，曾被應用于臨床的骨缺損填充，可以起到骨引導作用。并且其鈣的成分為骨骼的主要元素，降解產(chǎn)物沒有副作用，表象為良好的生物相容性。但是，因為人體內(nèi)的碳酸酐酶的作用，使填充的珊瑚在骨骼沒有愈合時就完全降解，所以引起再次骨缺損，影響骨骼愈合。之后的研究發(fā)現(xiàn)，在高壓釜中，珊瑚與磷酸二氫氨，在合適的溫度、壓力下，經(jīng)過“水熱反應”可以得到保留珊瑚微結構純羥基磷灰石，即珊瑚羥基磷灰石。該產(chǎn)物與人體骨骼的無機成分完全相同，并經(jīng)過動物實驗和臨床驗證，珊瑚羥基磷灰石逐漸被歐洲和北美國家認可，珊瑚羥基磷灰石的生物安全性和生物活性經(jīng)過多年的驗證，已被普遍認可，也就是基于該產(chǎn)品的良好生物相容性和體內(nèi)穩(wěn)定性，珊瑚更致密的羥基磷灰石產(chǎn)品被開發(fā)為人工骨材料，現(xiàn)在作為商品廣泛應用于臨床。
然而，在應用珊瑚羥基磷灰石的臨床過程中，人們又發(fā)現(xiàn)，該產(chǎn)品雖然可以與人骨良好融合，但是難以降解。有國外的學者發(fā)現(xiàn)，植入人體6年的珊瑚羥基磷灰石，仍然保持完好，降解率小于10％或更低，即現(xiàn)有技術的珊瑚羥基磷灰石不能被降解，植入體內(nèi)后會長期體內(nèi)存留，其耐生物老化特性很差，這是一個明顯的缺陷。因此，現(xiàn)有技術的珊瑚羥基磷灰石不是理想的人工骨材料。
理想的人工骨材料，應該是具有良好的生物安全性和生物活性，并具有很好的耐生物老化作用。最好的耐生物老化就是被機體完全吸收和利用而不殘留。即人工骨植入人體內(nèi)后在骨骼愈合時被降解和被吸收，不會長期存留于人體內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的，是為了克服現(xiàn)有技術的珊瑚羥基磷灰石人工骨難于降解、植入體內(nèi)后會長期體內(nèi)存留的缺點，提供一種可控降解速率改性珊瑚人工骨。
本發(fā)明的第二個目的，是為了提供一種可控降解速率改性珊瑚人工骨的制備方法。
本發(fā)明的第一個目的可以通過采取如下措施達到可控降解速率改性珊瑚人工骨，其結構特點是以三維多孔結構的天然珊瑚為基體，經(jīng)過水熱化學反應而制成，所制成的改性珊瑚人工骨保留原天然珊瑚的微孔結構，改性珊瑚人工骨主要由碳酸鈣和珊瑚羥基磷灰石構成，其中碳酸鈣的重量百分含量為30％～70％。
本發(fā)明的第一個目的還可以通過采取如下措施達到本發(fā)明的一種實施方式是所述天然珊瑚的主要成分為碳、氧、鈣和磷，其中碳的含量為1％～40％，氧的含量為1％～30％，鈣的含量為1％～50％，磷的含量為1％～50％。
本發(fā)明的一種實施方式是所述的天然珊瑚其孔隙率為10～90％，孔徑為100～500um。
本發(fā)明的第二個目的可以通過采取如下措施達到如前所述的可控降解速率改性珊瑚人工骨的制備方法，其特點是1)將三維多孔結構的天然珊瑚放入高壓釜中，調(diào)整高壓釜內(nèi)的溫度為210～240℃、壓力為35～55Kpa，使天然珊瑚在所述溫度、壓力條件下進行化學反應，化學反應后得至碳酸鈣與羥基磷灰石混合物；所述化學反應方程式為5CaCO3+3(NH4)2HPO4→Ca5(PO4)3OH+6NH3+4H2O+5CO2；2)通過控制化學反應的時間控制人工骨中的碳酸鈣與珊瑚羥基磷灰石的百分含量；控制的化學反應時間由方程式Y＝a+b×e-cx確定，其中Y為碳酸鈣含量，x為反應時間，a、b為常數(shù)，其取值范圍a＝0.110～0.116、b＝0.80～0.90。
本發(fā)明具有如下突出的有益效果1、本發(fā)明通過控制反應時間，可以合理控制反應深度，控制產(chǎn)物的碳酸鈣和羥基磷灰石的比例，在保留珊瑚或珊瑚羥基磷灰石良好生物安全性和生物活性的同時，達到控制改性珊瑚人工骨在體內(nèi)降解速率的目的。因此，本發(fā)明可以根據(jù)需，通過控制化學反應的時間，控制改性人工骨中碳酸鈣的百分含量，從而控制改性珊瑚人工骨的降解速率，使植入的人工骨在體內(nèi)維持1年至2年的時間，一方面可以防止填充的人骨工在骨骼愈合前降解、防止二次骨折，另一方面可以防止人工骨永久留存在人體內(nèi)。
2、本發(fā)明是發(fā)明人利用自己設計與加工的設備，經(jīng)過多年的努力，在掌握了珊瑚經(jīng)過“水熱反應”得到珊瑚羥基磷灰石的工藝和方法的前提下，深入研究該反應的化學動力學，并得到了動力學方程。經(jīng)過對不同反應深度的改性珊瑚的化學分析，結合產(chǎn)物在極限液與緩沖液環(huán)境中的降解動力學分析，得到了體內(nèi)降解速率可控的改性珊瑚人工骨。
具體實施例方式
具體實施例1以三維多孔結構的天然珊瑚為基體，經(jīng)過水熱化學反應而制成，所制成的改性珊瑚人工骨保留原天然珊瑚的微孔結構，改性珊瑚人工骨主要由碳酸鈣和珊瑚羥基磷灰石構成，其中碳酸鈣的重量百分含量為30％～70％。
本實施例中所述天然珊瑚的主要成分為碳、氧、鈣和磷，其中碳的含量為1％～40％，氧的含量為1％～30％，鈣的含量為1％～50％，磷的含量為1％～50％。所述的天然珊瑚其孔隙率為10～90％，孔徑為100～500um。
本實施例的制備方法包括如下步驟1)將三維多孔結構的天然珊瑚放入高壓釜中，調(diào)整高壓釜內(nèi)的溫度為210～240℃、壓力為35～55Kpa，使天然珊瑚在所述溫度、壓力條件下進行化學反應，化學反應后得至碳酸鈣與羥基磷灰石混合物；所述化學反應方程式為5CaCO3+3(NH4)2HPO4→Ca5(PO4)3OH+6NH3+4H2O+5CO2；2)通過控制化學反應的時間控制人工骨中的碳酸鈣與珊瑚羥基磷灰石的百分含量；控制的化學反應時間由方程式Y＝a+b×e-cx確定，其中Y為碳酸鈣含量，x為反應時間，a、b為常數(shù)，其取值范圍a＝0.110～0.116、b＝0.80～0.90。
從本實施例的制備過程可知，本發(fā)明的化學反應原理為5CaCO3+3(NH4)2HPO4→Ca5(PO4)3OH+6NH3+4H2O+5CO2反應條件為210～240℃，壓力為35～55KPa，該反應中的反應物與產(chǎn)物經(jīng)過清洗后得到為碳酸鈣與羥基磷灰石混合物。因此，控制反應時間，控制了反應深度，得到的最終產(chǎn)物的二者比例不同，得到的產(chǎn)物在體內(nèi)與體外的降解都會有不同表現(xiàn)。即化學動力學方程式，我們利用統(tǒng)計軟件origin，采用遞減指數(shù)模式(Y＝a+b×-cx)對其進行函數(shù)擬合，可得模擬函數(shù)為Y＝0.112+0.85×e-0.0776x方差為R2＝0.9700其中Y為碳酸鈣含量，X為反應時間，例如，在該反應條件下，控制反應時間為10.34小時，可以得到碳酸鈣∶羥基磷灰石＝1∶1的產(chǎn)物，控制反應時間為3.5小時，可以得到碳酸鈣∶羥基磷灰石＝2∶1產(chǎn)物。
本實施例中，改性珊瑚人工骨在體外的模擬液中的降解方程為Y＝0.0295×X-0.2146方差R2＝0.918其中Y為碳酸鈣含量，X為降解時間。改性珊瑚人工骨的體內(nèi)降解規(guī)律同體外降解近似。
下面通過體外實驗檢驗天然珊瑚、本發(fā)明的改性珊瑚人工骨和純珊瑚羥基磷灰石的降解特性分別將天然珊瑚、改性珊瑚人工骨(碳酸鈣∶磷酸鈣分別為2∶1、1∶1、1∶2、)和純珊瑚羥基磷灰石的標準粉末各1g，放入體外實驗用極限液20ml中，(ph值＝3±0.2)，37℃水浴搖床中120小時，幾種樣品分別烘干，測定損失量，得到結果進行分析，改性珊瑚人工骨的損失量在天然珊瑚與純珊瑚羥基磷灰石之間，并呈現(xiàn)規(guī)律變化。
實驗數(shù)據(jù)為0.24 0.230.19 0.19 0.20 0.183 0.174 0.170降解量5 6 9 5 1 9 l 7反應時間(h) 1 3.385.36 7.64 10.3 13.6517.9 244具體實施例2分別將天然珊瑚、改性珊瑚人工骨(碳酸鈣∶磷酸鈣分別為2∶1、1∶1、1∶2、)純珊瑚羥基磷灰石標準粉末1g，放入體外實驗用模擬體液液20ml中，(ph值＝7.4±0.2)，37℃水浴搖床中30天，幾種樣品分別烘干，測定損失量，得到結果進行分析，改性珊瑚人工骨的損失量在天然珊瑚與純珊瑚羥基磷灰石之間，并呈現(xiàn)規(guī)律變化。
試驗數(shù)據(jù)0.03 O.02 0.02 0.02 0.0l 0.0l 0.01 0.01 0.0l 0.01降解量19 19 13 15 83 98 76 73 71 45反應時間1 3 3.38 5.36 6 7.64 10.3 13.6 17.9 24(h) 4 5具體實施例3分別將天然珊瑚、改性珊瑚人工骨(碳酸鈣∶磷酸鈣分別為2∶1、1∶1、1∶2、)純珊瑚羥基磷灰石規(guī)則顆粒lg，放入實驗犬肱骨骨缺損模型的缺損區(qū)，12周后取出大體標本，測量缺損區(qū)的X線密度和標本區(qū)的珊瑚成分殘留量，得到結果進行分析，改性珊瑚人工骨的X線密度和珊瑚成分殘留量在天然珊瑚與純珊瑚羥基磷灰石之間，并呈現(xiàn)規(guī)律變化。上述材料的降解時間依次為6周，30周，60周，80周和80周降解5％。
權利要求
1.可控降解速率改性珊瑚人工骨，其特征是以三維多孔結構的天然珊瑚為基體，經(jīng)過水熱化學反應而制成，所制成的改性珊瑚人工骨保留原天然珊瑚的孔結構，改性珊瑚人工骨主要由碳酸鈣和珊瑚羥基磷灰石構成，其中碳酸鈣的重量百分含量為30％～70％。
2.根據(jù)權利要求1所述的可控降解速率改性珊瑚人工骨，其特征是所述天然珊瑚的主要成分為碳、氧、鈣和磷，其中碳的含量為1％～40％，氧的含量為1％～30％，鈣的含量為1％～50％，磷的含量為1％～50％。
3.根據(jù)權利要求1所述的可控降解速率改性珊瑚人工骨，其特征是所述的天然珊瑚其孔隙率為10～90％，孔徑為100～500um。
4.一種如權利要求1所述的可控降解速率改性珊瑚人工骨的制備方法，其特征是1)將三維多孔結構的天然珊瑚放入高壓釜中，調(diào)整高壓釜內(nèi)的溫度為210～240℃、壓力為35～55Kpa，使天然珊瑚在所述溫度、壓力條件下進行化學反應，化學反應后得至碳酸鈣與羥基磷灰石混合物；所述化學反應方程式為5CaCO3+3(NH4)2HPO4→Ca5(PO4)3OH+6NH3+4H2O+5CO2；2)通過控制化學反應的時間控制人工骨中的碳酸鈣與珊瑚羥基磷灰石的百分含量；控制的化學反應時間由方程式Y＝a+b×e-cx確定，其中Y為碳酸鈣含量，x為反應時間，a、b為常數(shù)，其取值范圍a＝0.110～0.116、b＝0.80～0.90。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可控降解速率改性珊瑚人工骨，其特征是以三維多孔結構的天然珊瑚為基體，經(jīng)過水熱化學反應而制成，所制成的改性珊瑚人工骨保留原天然珊瑚的微孔結構，改性珊瑚人工骨主要由碳酸鈣和珊瑚羥基磷灰石構成，其中碳酸鈣的重量百分含量為30％～70％。其制備方法為1)調(diào)整高壓釜內(nèi)的溫度和壓力，使天然珊瑚發(fā)生進行化學反應，得到碳酸鈣與羥基磷灰石混合物；2)通過控制化學反應的時間控制人工骨中的碳酸鈣與珊瑚羥基磷灰石的百分含量。本發(fā)明通過控制改性人工骨中碳酸鈣的百分含量，從而控制改性珊瑚人工骨的降解速率，使植入的人工骨在體內(nèi)維持1年至2年的時間，可以防止填充的人骨工在骨骼愈合前降解，防止人工骨永久留存在人體內(nèi)。
文檔編號A61L27/36GK101020079SQ20071002713
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月13日 優(yōu)先權日2007年3月13日
發(fā)明者張余, 尹慶水 申請人:廣州麥邦生物科技有限公司