[發明專利]可成形的生物陶瓷

無效

• 申請號: 200880024388.1
• 申請日: 2008-07-14
• 公開（公告）號: CN101795639A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 羅滋君;柯慶昌;卡米拉·塔洛克
• 申請（專利權）人: 北卡羅來納大學教堂山分校
• 主分類號: A61F2/00
• 分類號: A61F2/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 張穎;樊衛民

發明領域

本發明總地涉及可成形的生物陶瓷，更尤其涉及基于溶膠-凝膠的羥基磷灰石-明膠生物陶瓷(GEMOSOL)，甚至更尤其地涉及基于氨基二氧化硅的羥基磷灰石-明膠生物陶瓷(GEMOSIL)。

現有技術的描述

許多不同的材料已被用于骨置換和骨替換，然而，迄今為止所使用的材料不像天然骨那么好。這些骨代用品尚不理想，因為它們具有懸殊的機械性質并且通常表現出不那么理想的生物相容性。

在骨置換方面的嘗試使用各種各樣的異質材料，但是引起相關的問題。已被用于置換骨結構的金屬，諸如不銹鋼和鈦，被發現與它們被植入或附著的骨的性質在機械方面不匹配。另外，這些材料由于磨粒和浸出離子諸如鎳、鈷、鉻、鋁和釩離子而經常引起過敏性反應和炎癥。特氟隆(Teflon)關節植入物已被使用，但是當用在要求反復和力量的應用中，諸如被用作頜植入物時，已知發生碎裂和侵蝕。生物惰性材料諸如氧化鋁和氧化鋯陶瓷表現出許多與金屬植入物有關的相同問題。

其它方法已使用許多與在天然骨中被發現的相同的材料，試圖獲得更可行的和更耐用的骨置換材料。天然骨是主要由羥基磷灰石晶體和膠原蛋白組成的細胞外基質，羥基磷灰石在體溫下在膠原蛋白上充分礦化。羥基磷灰石/膠原蛋白結合的強度以及膠原纖維的質量和成熟度對于骨的機械性質而言是重要的。因此，這些嘗試中有許多集中于開發羥基磷灰石和膠原蛋白的混合物用于骨代用品，然而，膠原蛋白是昂貴的材料，并且膠原蛋白與羥基磷灰石的反應很難控制。這種缺乏控制導致材料具有減少的和/或不一致的機械強度。

還制備了使用接合劑(cement)和陶瓷材料諸如磷酸鈣的植入物。這些接合劑和陶瓷克服了上述的許多問題，因為它們可以直接接觸骨并且不表現出許多其它植入物所共有的反應和炎癥。另外，因為這些材料是生物相容的，天然骨材料隨著時間而緩慢地生長進入植入物。然而，這些接合劑和陶瓷易碎，通常具有較差的抗撓強度，并且在能量吸收方面較弱。另外，所使用的材料一般很難進行雕刻(sculpt)，產生不規則缺陷的問題，以及顆粒從植入位置移動。因此，這些材料尚未被廣泛使用，并且當被使用時，一般限于非承重的適應癥。

還使用了天然骨，其為大塊或為組合物的形式，其組成采用了受到高度關注的骨粒子的集料。目的是更接近地模擬天然骨和增加植入物的強度。其還保持生物相容性并允許骨向內生長和同化。然而，存在骨組分的收集和可利用性的問題。另外，存在與骨移植物或組合物有關的風險和并發癥，諸如感染、病毒傳播、疾病、排斥和其它免疫系統反應的風險。

除了骨置換之外，還試圖置換其它的體組織。各種嘗試已使用動物組織來置換人組織，使用來自體內其它部位的組織，或已試圖使用合成材料。這些方法全都具有相關的缺陷和缺點。

因此，仍然需要合成的植入物材料，其重量輕、堅固、成本有效、有彈性，并且提供高度的生物相容性，同時表現出與周圍的組織和結構的快速同化(integration)。該材料可用于包括但不限于修復、置換、模板輔助組織工程學和其它工程應用的應用。

概述

本發明總地涉及新型的復合生物陶瓷。更具體地說，本發明涉及基于溶膠-凝膠的羥基磷灰石-明膠可成形的生物陶瓷及其制備和使用方法。

在一個方面，描述了包含磷酸鈣/明膠-改性的二氧化硅(GEMOSIL)納米復合物的可成形的生物陶瓷。

在另一個方面，描述了包含磷酸鈣/明膠-改性的溶膠-凝膠(GEMOSOL)納米復合物的可成形的生物陶瓷。

在另一個方面，描述了用在組織工程學中的制品，其中該制品包含可成形的生物陶瓷，該可成形的生物陶瓷包含磷酸鈣/明膠-改性的二氧化硅(GEMOSIL)納米復合物和/或磷酸鈣/明膠改性的溶膠-凝膠(GEMOSOL)納米復合物。

在又一個方面，描述了用于置換的制品，其中該制品包含可成形的生物陶瓷，該可成形的生物陶瓷包含磷酸鈣/明膠-改性的二氧化硅(GEMOSIL)納米復合物和/或磷酸鈣/明膠-改性的溶膠-凝膠(GEMOSOL)納米復合物。優選地，置換選自骨置換、牙齒置換、關節置換、軟骨置換、腱置換、和韌帶置換。

在另一個方面，描述了制備可成形的生物陶瓷的方法，所述方法包括：

在含水條件下混合氫氧化鈣、磷酸和明膠，產生共沉淀的磷酸鈣-明膠材料；和

將至少一種硅烷反應物加入到磷酸鈣-明膠材料中，產生磷酸鈣/明膠-改性的二氧化硅(GEMOSIL)納米復合物。

在另一個方面，描述了制備可成形的生物陶瓷的方法，所述方法包括：

在含水條件下混合氫氧化鈣、磷酸和明膠，產生共沉淀的磷酸鈣-明膠材料；和