專利名稱：α-半水硫酸鈣/β-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種復合人工骨的制備方法及其制備而成的產品，具體地說是利用水熱合成方法直接將(3-磷酸三鈣多孔顆粒合成為a-半水硫酸鈣/j3-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨，屬于醫用材料領域。
背景技術：
無機復合人工骨屬生物陶瓷材料范疇，在過去的50年里，生物陶瓷經歷了長足的發展。最初的研究目標是不具有生物活性，且與機體具有最低交互作用的材料。這些生物陶瓷被稱作第一代生物材料。第二代生物陶瓷材料的研究開始于二十世紀80年代，它是以與活體組織具有積極相互作用為研究目標，這類材料具有生物活性和再吸收的特點。到了二十一世紀初，醫學范例由組織再生取代了組織替代。也就是說，生物陶瓷必須被細胞和生物活性分子所填充，于是，第三代生物陶瓷的研究工作就此開始。近年來復合人工骨的基礎研究以及臨床使用熱點主要集中在以下幾類羥基磷灰石、珊瑚熱轉換羥基磷灰石、P-磷酸三鈣(卩-TCP)、磷酸鈣水泥和硫酸鈣等，這些材料來源豐富、儲存和使用方便、具有良好的生物相容性和避免傳播疾病的優點，但是根據臨床上不同疾病對植骨材料的性能要求不同，均存在一定的缺點和不足。
例如羥基磷灰石人工骨和磷酸鈣水泥材料，雖然具有優良的生物相容性，但是
由于材料的致密化結構和溶解度較低，使得二者在機體內的降解與新骨替代都無法實現。而多孔的p-磷酸三鈣材料作為磷酸鈣類生物降解性能最好的材料，雖能夠實現新骨的長入或替代，但由于材料本身所具備的多孔結構，又使得這種材料的力學性能大大降低，同時還存在固化性能、塑型性以及可操作性能差的問題。因此，比較理想
的復合人工骨材料應該具備的性能是成骨活性與生物相容性優良，新骨長入速度與材料降解速度一致，并具有一定的力學強度和臨床可操作性。
目前巳公開的制備復合人工骨材料的專利，存在很大的局限性。例如申請號為
200710063903.4的中國發明專利，公開了一種新型無機植骨材料的制備方法及用途。
這種新型無機植骨材料。該無機植骨材料的制備方法包括(l)制備具有微孔結構
的e-磷酸三鈣顆粒；(2)制備a-半水硫酸鈣粉體；(3)配制質量百分數為20%-80%
的e-磷酸三鈣顆粒和質量百分數為80%-20%a-半水硫酸鈣粉體，在e-磷酸三鈣
顆粒表面和/或孔隙內形成a -半水硫酸鈣粉體層。該發明的優點是基于OC-半水硫酸鈣和(3-磷酸三鈣優良的生物相容性和體內降解性能，制備的具有自固化性能的復合人工骨，可修復任意形狀的骨缺損，原位固化并快速恢復骨骼的力學強度。在體內隨著硫酸鈣的快速降解，具有微孔結構的P-磷酸三鈣顆粒為新骨生長提供較為理想的支架，并可逐漸被新生骨爬行替代。這種復合人工骨來源廣泛，儲存和使用方便，性能優良，制備工藝簡單、實用，制備周期短且成本低廉。但該發明制備方法存在以下缺陷首先分別制備e-磷酸三鈣顆粒和a-半水硫酸鈣粉體，然后用無水乙醇與a-半水硫酸鈣攪拌為糊狀，直接在P-磷酸三鈣顆粒表面噴涂a -半水硫酸鈣，該方法只能在3 -磷酸三鈣顆粒表面形成a -半水硫酸鈣粉體層，而不能完全進入卩-磷酸三鈣顆粒內部孔隙，且不能有效控制a-半水硫酸鈣的噴涂劑量、噴涂均勻性和(3-磷酸三鈣顆粒的孔隙率及孔隙直徑，從而導致該復合人工骨的成骨性能和降解性能難以控制，而影響產品質量。
發明內容
本發明的目的在于針對上述現有技術缺點，提出一個制備a-半水硫酸鈣/IB-磷酸三鈣(ot-CSH/p-TCP)多孔顆粒型復合人工骨的水熱復合新工藝，通過在(3-TCP多孔顆粒表面和/或孔隙內同步合成a-CSH，來進行a-CSH/p-TCP多孔骨的改性，控制最終形成顆粒型復合人工骨的孔隙結構，并起到調節材料在機體內降解速度的目的，實現最終被自體骨完全替代，獲得最佳骨缺損修復效果。
為實現上述目的，本發明人的研究思路為首先研究以牛松質骨制備多孔(3-TCP的過程動力學，獲得孔隙結構可控的近單相卩-TCP多孔顆粒；進而研究水熱合成工藝參數對a-CSH在卩-TCP多孔顆粒表面異相形核、長大、分布方式的影響規律，實現對a-CSH/p-TCP復合人工骨中孔隙結構的控制。通過研究這種新型復合人工骨的固化性能、生物相容性和降解機理，以及對其骨缺損修復效果的表征和評價，反饋指導a-CSH/p-TCP復合人工骨的制備工藝，從而獲得一種具有自固化性能，并且植入骨內的降解速度與骨缺損修復的成骨速度相一致的植骨材料，達到理想的骨缺損修復效果。
為了實現本發明的目的，本發明具體技術方案為
一種(x-半水硫酸鈣/p-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨的制備方法，其是在P-磷酸三鈣多孔顆粒表面和/或孔隙中直接利用水熱合成工藝同步合成a-半水硫酸鈣，最終制備成a-半水硫酸鈣/卩-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨。
上述方法，其具體步驟為(1)制備具有天然孔隙結構的卩-磷酸三鈣顆粒；(2)利用水熱合成工藝在步驟(1)制備的(3-磷酸三鈣多孔顆粒表面同步合成0t-半水硫酸鈣使用CaS(V2H20配置濃度為10 30%的懸浮溶液，然后將步驟(1)制備的P-磷酸三鈣顆粒置于其中；將二者放置在溫度110 140，壓力0.12 0.3MPa條件下，反應6 12h后，即可在(3-TCP的多孔顆粒表面結晶析出a-CSH。
所述步驟(2)反應結束后，將步驟(2)制備的固液混合物于9(TC以上過濾，并放入12(TC的烘箱中烘干，即完成a-半水硫酸鈣/p-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨的制備。在步驟(2)中，在濃度為10 30%的CaSCV2H20懸浮液中加入轉晶劑，所述轉晶劑為硫酸鋁與檸檬酸納復合，占CaS(V2H2O的0.5wt^;所述硫酸鋁與檸檬酸納之比為50wt%~60wt%: 40wt% 50wt%。本發明實驗表明，轉晶劑的摻量對a-CSH性能有重要影響。本實驗使用自行配制的轉晶劑，用檸檬酸鈉、硫酸鋁按一定的比例混合。蒸壓時分別加入不同配比的轉晶劑進行試驗，探討轉晶劑比例對a-CSH形貌的影響。不同配比轉晶劑下的實驗結果可以看出轉晶劑硫酸鋁與檸檬酸納復合比例為60wt%:40wt^和50wt^: 50wt^時，合成的a-CSH晶粒形貌為短柱狀，且分布較均勻。且轉晶劑復合比例為60wt%: 40wtX時，制備的a-CSH晶粒尺寸較大，約為30"m 50"m，而轉晶劑復合比例為50wt%: 50wt^時，制備的a-CSH晶粒尺寸約為20y m 40n m，效果最佳。
所述步驟(1)制備具有天然孔隙結構的P-磷酸三鈣顆粒的具體方法為采用異種
或異體松質骨脫去有機成分后在高溫煅燒爐中初步煅燒，升溫速率1(TC/分，80(TC煅燒3小時；將煅燒后骨塊取出后浸泡于(NH4)2Hp04溶液中24小時，去除多余液體，取出材料再次5(TC烘干4天；將烘干后的材料放于高溫煅燒爐中煅燒，升溫速率5 10'C/分，110(TC煅燒1小時，緩慢冷卻至室溫后流水沖洗3小時，去離子水漂洗2次，5(TC烘干4天。
所述(NH4)2Hp04的濃度為0.6M 1.2M最佳。
上述制備方法中異種或異體松質骨脫去有機成分的具體方法為取健康牛股骨股骨頭和股骨遠端松質骨，經流水沖洗、氫氧化鈉、雙氧水溶液浸泡去細胞、脫脂處理后用蒸餾水漂洗干凈，蒸餾水煮沸10小時，再次流水沖洗3小時，去離子水漂洗2次，70%-100%梯度酒精脫水，然后5(TC烘干4天。
本發明提供一種a-半水硫酸鈣/(3-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨，其是上述方法制備而成的。本發明a-半水硫酸鈣/(3-憐酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨結構為卩-磷酸三鈣多孔顆粒表面和孔隙內部長成a-半水硫酸鈣長柱狀晶體。
本發明a-半水硫酸鈣/J3-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨具有多種用途，其是骨傳導和骨誘導活性物質的良好載體，因此，本發明可以作為載體復合DBM和BMP進行修復骨損傷，或復合抗生素或者化療藥物治療開放性復雜戰創傷和各種原因引起的骨髓炎或骨腫瘤。
具體復合方法是直接在復合人工骨中添加DBM、 BMP、抗生素或者化療藥物，具有自固化性能，可以直接通過特制的注射器械進行注射使用，加入其它常規藥物學載體可以提高其注射性能，獲得更好的注射操作性能。
本發明的優點及有益效果是
1、 本發明原材料異種或異體松質骨方便可得，并能保證合成的a-CSH/p-TCP復合骨顆粒具有天然的骨孔隙結構。
2、 以p-TCP多孔顆粒為異相形核劑，在水熱合成a-CSH的同時直接對(3-TCP多孔顆粒表面空隙結構進行改性，使得制備工藝更加簡單，可有效縮短制備周期，提高制備效率。
3、 可以通過調節CaS(V2H20溶液的濃度，以及(3-TCP多孔顆粒的數量，以及水熱合成時間，有效控制顆粒型復合人工骨a-CSH與卩-TCP兩相的比例，從而控制復合骨顆粒的孔隙結構(孔尺寸、孔徑分布、孔隙連通性)，同時保證復合人工骨的原位固化性能和降解性能，最終獲得具有自固化性能、降解可控、具有一定生物力學強度的復合人工骨。
4、 本發明方法制備的(x-半水硫酸鈣/卩-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨在e-磷酸三鈣顆粒表面形成a-半水硫酸鈣粉體層的同時，進入p-磷酸三鈣顆粒內部孔隙形
成a-半水硫酸鈣長柱狀晶體，有效控制了產品的均勻性和(3-磷酸三鈣顆粒的孔隙率及孔隙直徑，從而提高了復合人工骨的成骨性能和降解性能，進一步提高了產品質量。下面結合具體實施方式
對本發明作進一步說明，本發明的實施方式并不限于此，凡是根據本發明公開的內容或原理，實施的任何本領域的等同替換，均屬于本發明的保護范圍。
圖l 80(TC鍛燒牛松質骨的XRD圖譜；
圖2 IOOO'C鍛燒浸泡于0. 50 mol L-1 NH4H2P04溶液牛松質骨XRD圖譜(HAP—命，e-TCP—V);圖3 二水硫酸鈣與a-CSH (A)、液相水與氣相水(B)的壓力溫度平衡曲線圖
圖4 a -CSH粉體的XRD圖譜；
圖5水熱合成制備的新型復合人工骨顆粒；
圖6水熱復合前P -TCP的多孔復合骨結構和水熱復合后的多孔復合人工骨； 圖7水熱復合后生物骨的XRD圖譜；
圖8多孔0-TCP顆粒檢測結果A，可見制備材料的孔隙結果；B，大孔放大后圖
像；C，放大后可見孔壁的微孔結構；D， XRD檢測結果；
圖9沉積大量a -CSH粉體人工骨孔隙和沉積少量a -CSH粉體的人工骨孔隙； 圖10 a -CSH/ P -TCP復合人工骨XRD圖譜； 圖ll復合人工骨體外降解； 圖12脊柱融合動物模型；
圖13脊柱右側植入自固化可吸收復合人工骨； 圖14植入脊柱后外側12周鉬靶X線照相；
圖15植入脊柱后外側12周Micro-CT顯示植入材料與脊柱融合為一體； 圖16植入脊柱后外側12周組織學檢測顯示新生骨長入材料內部； 圖17植入脊柱后外側12周四環素標記可見新生骨形成；
圖18左為C0B1材料植入即刻外觀圖；中為術后4周材料降解圖；右為術后8周
材料降解圖19左為C0B1材料術后12周材料降解圖；右為術后16周材料降解圖； 圖20左為COB2材料植入即刻外觀圖；中為術后4周材料降解圖；右為術后8周 材料降解圖21左為COB2術后12周材料降解圖；右為術后16周材料降解圖； 圖22左為COB3材料植入即刻外觀圖；中為術后4周材料降解圖；右為術后8周 材料降解圖23左為COB3術后12周材料降解圖；右為術后16周材料降解圖。
具體實施例方式
實施例1 a-半水硫酸鈣/p-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨的制備
(1)取健康牛股骨并剔除其表面軟組織，使用內徑為8mm的環鉆鉆取股骨頭和股 骨遠端松質骨，所得骨塊大小約8xl2mm圓柱形，經流水沖洗、氫氧化鈉、雙氧水溶液 浸泡等去細胞、脫脂處理后用蒸餾水漂洗干凈，蒸餾水煮沸10小時，再次流水沖洗3小時，去離子水漂洗2次，70%-100%梯度酒精脫水，然后5(TC烘干4天。將經過上述 處理的材料放在高溫煅燒爐中初步煅燒，升溫速率l(TC/分，80(TC煅燒3小時。將煅燒 后骨塊取出后浸泡于1M的(NH4)2HP04溶液中24小時，去除多余液體，取出材料再 次50'C烘干4天。將烘干后的材料放于高溫煅燒爐中煅燒，升溫速率5'C/分，IIO(TC煅 燒1小時，緩慢冷卻至室溫后流水沖洗3小時，去離子水漂洗2次，50'C烘干4天即可 制備近單相P-TCP多孔顆粒，其大孔孔徑200 600|^m，孔壁具有直徑1(^m左右的微孔 結構。
(2)使用分析純CaS(V2H20配置濃度為20wt。/。的懸浮溶液，并加入轉晶劑，轉 晶劑為硫酸鋁(分析純，北京化學試劑公司)與檸檬酸納(分析純，北京化學試劑公司) 復合，占CaSCV2H20的0.5wt%;所述硫酸鋁與擰檬酸納之比為50wt%~60wt%: 40wt%~50wt%。然后將P-TCP多孔顆粒置于其中。然后將二者放置在密閉的蒸汽壓力 釜內，壓力釜內的溫度控制在135°C，壓力控制在0.2MPa。反應7h后，即可在卩-TCP 的多孔顆粒表面結晶析出a-CSH。反應結束后，將高壓釜內的固液混合物于9CTC以上 過濾，并放入120'C的烘箱中烘干，至此改性后的a-CSH/p-TCP多孔復合骨顆粒制備完
成，包裝消毒后即可作為植骨材料使用。 對于本發明制備方法的分析
(1)首先，制備具有天然孔隙結構的卩-磷酸三鈣顆粒；
將健康異種或異體松質骨經過脫脂、脫水處理后，取在高溫爐中直接煅燒，800°C 條件下3小時，升溫速率5-10'C/分，鍛燒后的牛松質骨是主相為按化學計量比的羥基 磷灰石(HAP),如圖1所示。
由實驗可知，煅燒處理的技術參數對HAP向I3-TCP的轉變有很大的影響。以松質
骨為原料，經過不同濃度NH4H2P04溶液的浸泡，及不同溫度的煅燒處理，可以獲得不
同相組成的材料。在一定溫度下，浸泡溶液分解出的HP042—隨浸泡溶液濃度增加而增 加，而HP042—的增加致使HAP轉化成e-TCP的量增加，從XRD圖(圖1)可以看出， HAP峰強逐漸減弱，0 -TCP峰強逐漸增強，與標準羥基磷灰石(HA)和卩-TCP的XRD 圖譜比較，所制備的近單相P-TCP顆粒XRD在衍射角度26上出現的特征衍射峰與標準 (3-TCP圖譜的特征性衍射峰(主峰26=31.0;次強峰20=27.8， 34.5， 16.9， 53.2峰強依 次減弱)吻合。同時也出現與HA相近的特征性衍射峰(主峰26=31.8,次強峰26=31.2， 31.9， 25.9， 49.5峰強依次減弱)，但其強度明顯弱于P-TCP的特征峰強度，證實所制備 的材料主要成分為(3-TCP并含有少量HA，圖譜中未發現其他成分特征性衍射峰。浸泡溶液濃度增加到一定范圍，隨HP042—離子消耗，HP042—離子促使HAP轉化成 e-TCP作用越來越弱，同時，NH4H2P04分解出的H+離子濃度提高，促使HAP轉化成 Ca2P207作用越來越明顯，整個體系發生的主要反應是HAP轉化成Ca2P207。圖1表明， U00。C， 0.6M 1.2M時，H+促使HAP轉化成Ca2P207起主要作用，大量HAP轉化成 Ca2P207，導致P-TCP含量隨濃度增加逐漸減少，Ca2P207含量逐漸增加。依據以上規 律，制備出了近單相的P-TCP多孔顆粒。XRD檢測結果見圖2。圖譜顯示主相為P-TCP, 并含有少量HAP。這是由于P-TCP在潮濕環境中容易吸水轉化生成HAP，導致制備的 樣品里含有少量HAP。所制備的近單相(3-TCP為多孔顆粒，其大孔為200 600pm,孔 壁具有直徑lpm左右的微孔結構。
(2)水熱合成工藝在卩-TCP多孔顆粒表面同步合成a-CSH。
半水硫酸鈣存在兩相，即a相與P相，它們化學構成相同，但a-CSH的結晶度遠 高于(3-CSH，使得a型具有更好的可塑性和更高的強度。二者的形成條件也存在差異， 在125 18(TC干燥空氣條件下，二水硫酸鈣轉變為卩-CSH，在105 135'C飽和蒸汽和 水介質中，二水硫酸鈣轉變為a-CSH,這一結論可以從圖3得到證實。
從圖3可知，二水硫酸鈣與a-CSH的平衡曲線(A)非常接近于液相水與氣相水 的平衡曲線(B)，這兩條曲線在接近10(TC時相交。如果在大于1個大氣壓的壓力鍋內 二水硫酸鈣在液相溶解-再結晶，就形成了 a -CSH。曲線上1、 2、 3、 4點的脫水周期，完 全在液相中完成，能形成結晶良好的a-CSH。相反，在低于個大氣壓下，二水硫酸鈣
中的水就以干蒸汽狀態蒸發，從而生成微觀晶體呈松散聚集的微孔隙固體，這就是e
型半水石膏。
因此，水熱合成的條件就基本確定為將二水硫酸鈣粉末與去離子水混合，漿料固 含量15wt%，置于密閉的壓力容器內，同時加一定量的轉晶劑，轉晶劑采用硫酸鋁與 檸檬酸納復合，占石膏量的0.5wt^;在100 120。C的溫度和0.1 0.15MPa的壓力下， 使二水硫酸鈣溶解再結晶形成a-CSH，然后快速取出，用沸水過濾后，放入鼓風干燥 箱內恒溫干燥4 6小時，即得到a-CSH粉體。本發明確定水熱法合成a-半水硫酸鈣 的最佳工藝參數下，在水熱合成釜中穩定制備出a -CSH粉體，經X射線衍射分析(XRD) 為純相的a-CSH粉體，如圖4所示；
由于鍛燒后的牛松質骨是多孔結構的物質，能夠起到沸石的作用，因此在兩相物質 的水熱復合過程中，反應狀態平穩，沒有出現溶液暴沸的現象。以近單相(3-TCP的多孔 顆粒為異相形核劑，采用水熱合成a-CSH的同時直接對(3-TCP多孔顆粒表面空隙結構進行改性。將制備好的近單相P-TCP多孔顆粒置于密閉蒸汽壓力釜內的CaS(V2H20溶 液中，按照70wt% a -CSH + 30wt% e -TCP、 50wt% a -CSH + 50wt% 0 -TCP 、 30wt% a 《811+70^%6-11^等不同配比，a-CSH在(3-TCP多孔顆粒表面形核、長大，直接制 備a-CSH/p-TCP復合人工骨。得到的復合物中，除將多孔P-TCP包覆后，新型復合人 工骨如圖5和圖6所示。其中可通過在10-30。/。wt。/。調節CaS(V2H20溶液的濃度以及 P-TCP多孔顆粒的數量，控制顆粒型復合人工骨的孔隙結構，獲得大孔直徑100 300nm， 孔壁具有微孔結構的顆粒型復合人工骨，并使孔隙表面生成的a-CSH長成長柱狀晶體， 以利于在其降解后骨組織再生。將這種人工骨磨碎后進行X射線衍射分析(XRD)，結 果顯示復合后的多孔生物骨材料為a-CSH、 e-TCP及Ca1Q(P04)6(OH)2 (羥基磷灰石) 三相的復合材料，如圖7所示。
實施例2:理化性質和指標檢測
對新產品進行檢測，提供檢測結果和照片，證明實現了發明目的。
將實施例1制備的單相卩-TCP多孔顆粒分別進行掃描電鏡、X線衍射(XRD)、孔 隙率和生物力學檢測。掃描電鏡低倍鏡下(x40)可見所得材料為蜂窩狀多孔結構，保 留天然松質骨的多孔狀空間結構，孔徑和孔隙率與松質骨相似，大孔孔徑大小在 50-600um之間，在高倍鏡下(x3000)可見材料大孔孔壁上密布微孔結構，大小在lum左 右，孔隙間連通性良好，如圖8所示。與標準p-TCP的JCDS卡片對照，卩-TCP多孔顆 粒的XRD在衍射角度2e上出現的特征衍射峰(主峰29=31.0;次強峰20=27.8， 34.5， 16.9， 53.2峰強依次減弱)，同時衍射圖譜中也出現了與標準HA衍射圖譜相近的特征性 衍射峰，但其特征峰強度明顯弱于P-TCP的特征峰的強度，圖譜中未發現其他成分特征 性衍射峰，如圖8所示。壓汞儀測定制備材料的孔隙率為57.63%，表現為雙峰曲線，其 中前一個峰為材料中大孔的孔隙情況，孔徑為403143.3nm-58433.5nm，第二個峰表現為 材料本身的微孔結構所表現的孔隙情況，孔徑大小為552.5-77.lnm。生物力學實驗機測 定近單相P-TCP多孔材料試件的抗壓強度壓縮強度為4.47±0.63 MPa。
將實施例1制備的(x-CSH/(3-TCP復合人工骨分別進行掃描電鏡、XRD和生物力學 檢觀(J。掃描電鏡下可見在p-TCP多孔顆粒表面和孔隙內部長成大量a-CSH長柱狀晶體， 如圖9所示，XRD可同時看到a-CSH和卩-TCP的波峰，如圖10所示。根據a-CSH含 量不同，a-CSH/p-TCP復合人工骨加水固化后的壓縮強度高低不同，生物力學實驗機測 定a-CSH/p-TCP復合人工骨試件的抗壓強度壓縮強度在3MPa-10MPa之間。
實施例3:體外和體內降解實驗將實施例I制備的a-CSH/(3-TCP復合人工骨制備大小為12x8mm的標準，放置于 初始pH值為7.4的模擬體液中，在37"C溫箱中恒溫保存，不換液，第1周每天測量一次， 之后的每一周以pH值測定儀測量一次浸泡液的pH值，直至pH值恒定，不再變化為止。 的然后將上述試件分別放置于初始pH值為7.4的50ml SBF溶液中，放置于37'C溫箱 中，恒溫保存，每隔2天換液一次，每次換液30ml;于4w、 8w、 12w、 16周試件干燥 至恒重后測量其殘重(Wr)，計算材料體外降解率W%=[100(Wo-Wr)/Wo]。
ot-CSH/(3-TCP復合人工骨降解過程中，pH值隨降解時間延長逐漸降低，由初始時 的7.4逐漸降低至5周時的5.52，前兩周變化較大，之后僅輕微降低，基本穩定在5.48 左右。在模擬體液下降解中，復合人工骨的質量均隨時間增加不斷降低，降解隨著時間 推移，降解速度逐漸減慢。復合材料中，隨著a-CSH含量增加，降解速度也隨之增加。 復合人工骨在16周時降解了約27.7% 42.4%左右，如圖11所示。
健康新西蘭大白兔48只，雌雄不限，體重2.5-3.0Kg，以速眠新II號1.5 ml +氯胺 酮2ml混合，按照0.2 ml/kg體重行肌肉注射麻醉，麻醉生效后后取仰臥位,四肢固定穩 妥后，觸摸外側股骨髁部，劃線做標記，碘伏消毒，鋪無菌洞巾，在外側股骨髁部中點 處做垂直縱行切口，長約3cm，依次切開皮膚、皮下、深筋膜及關節囊暴露股骨外側及 外側半月板外緣。距股骨遠端關節面4mm處，用實心鉆(外徑2mm及5mm)與關節 面平行由外向內鉆孔，深度為12mm。造成直徑5mmx深12mm的骨缺損孔洞。按實驗 材料(3-TCP/a-CSH不同質量比(7: 3， 5: 5， 3: 7分另U為C0B1， COB2， COB3)分 別植入不同編號的動物的骨缺損模型中。把各時間點組標本用Micro CT掃描，釆用 Microview V2丄2三維重建處理軟件進行三維重建，利用系統自帶軟件(ABA專用骨 骼分析軟件)，根據初始材料掃描重建后測定材料的平均Hu值而設定材料的目標分割值 (COB1: 2330Hu， COB2: 2039 Hu， COB3 : 2419Hu， a-CSH: 1395Hu， TCP: 904Hu)， 計算殘余材料體積百分數(Residual Materials Volume Fraction,RMVF)作為殘余材料占 骨缺損總面積的百分比，以反映材料的降解性。
COBl組圖18左為C0B1材料植入即刻外觀圖。比較可以看出，在術后4周時， 可見植入材料邊緣開始降解，植入材料周邊巳經變得不規則，植入材料的降解率為 17.80% (圖18中)；8周后，材料周圍及中央都有降解，材料出現裂隙，降解率為31.60% (附圖18右)；12周后，材料進一步降解，降解率為44.81% (圖19左)；術后16周， 材料大部分巳經降解，材料碎裂，降解率為66.42% (圖19右)。
COB2組圖20左為COB2材料植入即刻外觀圖。在術后4周時，材料周圍及部分中央開始降解，降解率為21.37% (圖20中)；8周后，材料外周及中央均有降解，降 解率為36.49% (圖20右)；12周后，材料進一步降解，降解率為47.37% (圖21左)； 術后16周，材料大部分巳經降解，材料碎裂，降解率為73.75% (圖21右)。
COB 3組圖22左為COB3材料植入即刻外觀圖。在術后4周時，材料外周開始 降解，植入材料周邊變得不規則，降解率為22.71 % (圖22中)；8周后，材料外周及 中央均開始降解，材料出現裂隙，降解率為40.02 % (圖22右)；12周后，材料進一 步降解，降解率為59.48% (圖23左)；術后16周，材料大部分已經降解，材料碎裂， 降解率為82.32% (圖23右)。
實施例4:動物實驗
新產品用于動物實驗，以證明具有發明所要達到的效果。
健康新西蘭大白兔36只，雄性，體重2.5-3.0Kg，以速眠新II號1.5ml+氯胺酮2ml 混合后按照0.2ml/kg體重肌肉注射麻醉后備皮，碘伏消毒、鋪巾，自胸4至胸8棘突水 平取背部正中切口，逐層切開皮膚、皮下組織，沿棘突兩側剝離顯露椎板、橫突至橫突 末端，咬骨鉗咬下胸椎棘突備用，磨鉆磨除椎板及橫突皮質，磨除上、下關節突關節。 以右側椎板及橫突間植入自固化可吸收復合人工骨作為實驗組，左側取咬除的棘突及椎 板皮質作為自體骨行椎板及橫突間植骨融合作為對照組，如圖12和圖13所示。
動物處死后觀察植入材料周圍組織無紅腫、充血等炎性反應，證實該材料生物相容 性良好。4周時可見材料外形輪廓尚完整，材料與骨組織間界限尚清晰，材料密度仍高 于周圍正常骨組織，植入材料內可見孔隙結構。8周時可見材料周圍新骨形成，材料被 新生骨及表面纖維組織包繞，僅在部分區域表面可見植骨材料，材料自植骨床剝離較為 困難；材料的密度明顯減低，接近周圍正常的骨組織，材料的外形輪廓難以分清，可見 新生的骨組織長入孔隙內部。12周時材料植入部位可見大量新骨形成，難以自植骨床剝 離，融合節段僵硬如一體；材料的密度進一步降低，與周圍正常骨組織密度相同，植入 材料的外形巳經無法分辨，僅在材料的中心部位可見少量殘留的植入物，植入材料大部 分被新生骨組織替代。如圖14、圖15、圖16和圖17所示，經過鉬靶照相、Micro-CT、 組織學和四環素標記可以觀察到植入材料逐漸降解，被自體骨爬行替代，逐漸與與自體
骨融合為一體，脊柱骨性融合。
權利要求
1、一種α-半水硫酸鈣/β-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨的制備方法，其是在β-磷酸三鈣多孔顆粒表面和/或孔隙中直接利用水熱合成工藝同步合成α-半水硫酸鈣，最終制備成α-半水硫酸鈣/β-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨。
2、 根據權利要求1所述的a-半水硫酸鈣/(3-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨的制備方 法，其具體步驟為(1) 制備具有天然孔隙結構的卩-磷酸三鈣顆粒；(2) 利用水熱合成工藝在步驟(1)制備的(3-磷酸三鈣多孔顆粒表面同步合成a-半水 硫酸鈣使用CaS(V2H20配置濃度為10-30%的懸浮溶液，然后將步驟(1)制 備的p-磷酸三鈣顆粒置于其中；將二者放置在溫度110-140，壓力0.12-0.3MPa 條件下，反應6-12h后，即可在(3-TCP的多孔顆粒表面結晶析出a-CSH。
3、 根據權利要求2所述的a-半水硫酸鈣/(3-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨的制備方 法，其特征在于在步驟(2)反應結束后，將步驟(2)制備的固液混合物于9(TC以上 過濾，并放入12(TC的烘箱中烘干，即完成a-半水硫酸鈣/p-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人 工骨的制備。
4、 根據權利要求2所述的a-半水硫酸鈣/卩-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨的制備方 法，其特征在于在步驟(2)中，在濃度為10-30%的CaS(V2H20懸浮液中加入轉晶 劑，所述轉晶劑為硫酸鋁與檸檬酸納復合，占CaSCV2H2O的0.5wt^;所述硫酸鋁與檸 檬酸納之比為50wt% 60wt%: 40wt%~50wt%。
5、 根據權利要求2所述的一種a-半水硫酸鈣/p-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨的制備 方法，其特征在于，所述步驟(1)制備具有天然孔隙結構的(3-磷酸三鈣顆粒的具體方 法為采用異種或異體松質骨脫去有機成分后在高溫煅燒爐中初步煅燒，升溫速率10°C/ 分，800'C煅燒3小時；將煅燒后骨塊取出后浸泡于(NH4)2Hp04溶液中24小時，去除 多余液體，取出材料再次5(TC烘干4天；將烘干后的材料放于高溫煅燒爐中煅燒，升溫 速率5-l(TC/分，IIO(TC煅燒1小時，緩慢冷卻至室溫后流水沖洗3小時，去離子水漂 洗2次，5(TC烘干4天。
6、 根據權利要求5所述的一種ct-半水硫酸鈣/p-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨的制備 方法，其特征在于，所述(NH4)2Hp04的濃度為0.6M 1.2M。
7、 根據權利要求5所述的一種a-半水硫酸鈣/卩-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨的制備 方法，其特征在于，異種或異體松質骨脫去有機成分的具體方法為取健康牛股骨股骨 頭和股骨遠端松質骨，經流水沖洗、氫氧化鈉、雙氧水溶液浸泡去細胞、脫脂處理后用蒸餾水漂洗干凈，蒸餾水煮沸10小時，再次流水沖洗3小時，去離子水漂洗2次， 70%-100%梯度酒精脫水，然后50'C烘干4天。
8、 一種a-半水硫酸鈣/(5-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨，其特征在于，其是用權利要 求1至7中任意一項所述的方法制備而成。
9、 根據權利要求8所述的a-半水硫酸鈣/卩-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨，其特征在 于，所述a-半水硫酸鈣/卩-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨結構為(3-磷酸三鈣多孔顆粒 表面和孔隙內部長成a-半水硫酸鈣長柱狀晶體。
10、 根據權利要求9所述的a-半水硫酸鈣/卩-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨復合DBM、 BMP、抗生素或者化療藥物的方法，其特征在于，直接在復合人工骨中添加DBM、 BMP、 抗生素或者化療藥物，具有自固化性能，可注射使用。
全文摘要
本發明公開了一種α-半水硫酸鈣/β-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨的制備方法，其是在β-磷酸三鈣多孔顆粒表面和/或孔隙中直接利用水熱合成工藝同步合成α-半水硫酸鈣，最終制備成α-半水硫酸鈣/β-磷酸三鈣多孔顆粒型復合人工骨。本發明制備工藝更加簡單，可有效縮短制備周期，提高制備效率。可有效控制顆粒型復合人工骨α-CSH與β-TCP兩相的比例，從而控制復合骨顆粒的孔隙結構，同時保證復合人工骨的原位固化性能和降解性能，控制了產品的均勻性和β-磷酸三鈣顆粒的孔隙率及孔隙直徑，提高了復合人工骨的成骨性能和降解性能，進一步提高了產品質量，最終獲得具有自固化性能、降解可控、具有一定生物力學強度的復合人工骨。本發明具有很好的應用前景和市場前景。
文檔編號A61L27/12GK101596330SQ20091008857
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月9日 優先權日2009年7月9日
發明者李江濤, 云 楊, 毛克亞, 巖 王, 征 王 申請人:毛克亞