[發(fā)明專利]激光制備人工骨中加少量聚乳酸提高陶瓷燒結(jié)性能的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210185006.1
• 申請日: 2012-06-07
• 公開（公告）號: CN103467104A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 帥詞俊;彭淑平;劉景琳;聶毅;胡煥隆;高成德
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: C04B35/634
• 分類號: C04B35/634;C04B35/447;A61L27/56;A61L27/12;A61L27/10
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于骨組織工程領(lǐng)域，特別是在利用選擇性激光燒結(jié)(SLS)技術(shù)制備多孔陶瓷人工骨時(shí)，提供了一種添加少量左旋聚乳酸(PLLA)提高雙相磷酸鈣陶瓷(BCP)燒結(jié)性能的方法。在燒結(jié)過程中，PLLA會經(jīng)歷熔融、碳化、氧化三個(gè)過程。利用PLLA低溫熔融引入瞬態(tài)液相促進(jìn)BCP顆粒的重排與致密化，提高BCP的燒結(jié)性能。并通過選擇合理的工藝參數(shù)，使PLLA充分氧化直至完全消失，能夠避免其在人工骨中的殘留。最終制備出完全由BCP構(gòu)成的高性能多孔人工骨。

背景技術(shù)

磷酸鈣生物陶瓷具有良好的生物相容性，能與細(xì)胞表現(xiàn)出良好的親和性，被認(rèn)為是當(dāng)今最有潛力的骨替代材料。磷酸鈣生物陶瓷主要包括羥基磷灰石(Hydroxylaptite，HAP)和β-磷酸三鈣(β-Triealcium?Phosphate，β-TCP)等。HAP具有良好的生物活性，能與人體骨形成牢固的骨鍵合，但其在體內(nèi)不易發(fā)生降解；β-TCP則為可降解生物陶瓷，在骨內(nèi)種植后能逐漸被降解和吸收，有利于新骨的長入。因此，為了獲得同時(shí)具備良好生物活性和生物降解性能的磷酸鈣生物陶瓷作為人工骨材料，制備一種由HAP和β-TCP構(gòu)成的雙相磷酸鈣陶瓷(Biphasic?Calcium?Phosphate，BCP)已成為骨組織工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。BCP的設(shè)計(jì)兼顧了穩(wěn)定相HAP和可降解相β-TCP的優(yōu)點(diǎn)，其目的是通過選擇合適的HAP/β-TCP比例，使得BCP人工骨在體內(nèi)不僅能與自然骨形成牢固的骨性結(jié)合，還能隨著新骨的長入逐漸被降解，從而為新骨的生長提供豐富的鈣和磷。

理想的人工骨不僅要具有良好的生物學(xué)性能，還應(yīng)具有與植入部位相一致的外形和孔隙分布，并能夠?qū)崿F(xiàn)“個(gè)體化定制”。選擇性激光燒結(jié)(Selective?Laser?Sintering，SLS)是一種采用激光有選擇地分層燒結(jié)固體粉末，并使燒結(jié)成型的固化層層層疊加生成所需形狀零件的快速成型技術(shù)。利用快速成型技術(shù)制備三維多孔人工骨突出的特點(diǎn)是：(1)可以制造出任意復(fù)雜外形的三維實(shí)體，不需要特殊的模具、工具或人工干涉；(2)微孔的數(shù)量、大小、分布及形狀可控，并保證孔隙之間的完全貫通；(3)可根據(jù)骨缺損部位形狀的不同，迅速制備出具有個(gè)體特征的三維多孔支架。因此，SLS技術(shù)為實(shí)現(xiàn)BCP人工骨的三維多孔結(jié)構(gòu)提供了一條有效的解決途徑。

燒結(jié)過程可分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)兩種類型。固相燒結(jié)依靠原子擴(kuò)散傳質(zhì)來形成連接，擴(kuò)散速度慢，燒結(jié)時(shí)間長；液相燒結(jié)則是依靠液相的流動來實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)，速度快、燒結(jié)時(shí)間短。HAP和β-TCP的熔點(diǎn)均高于燒結(jié)溫度，其燒結(jié)過程中不會出現(xiàn)液相，屬于固相燒結(jié)，需要足夠的燒結(jié)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)致密化。而在SLS系統(tǒng)中，激光束對任何粉末顆粒的作用時(shí)間都非常短，一般為幾毫秒到幾十毫秒。因此，在SLS直接燒結(jié)BCP(HAP/β-TCP)陶瓷粉末制備人工骨過程中，在極短的激光作用時(shí)間內(nèi)，粉末顆粒往往來不及充分重排和致密化，燒結(jié)難以徹底完成，從而導(dǎo)致BCP人工骨存在致密度低、力學(xué)性能不足的缺點(diǎn)。

基于液相燒結(jié)機(jī)理可知，通過混合于陶瓷顆粒中的添加劑，在燒結(jié)時(shí)熔融形成液相，產(chǎn)生粘性流動，來促進(jìn)陶瓷顆粒的重排與致密化，強(qiáng)化陶瓷顆粒的燒結(jié)，是提高陶瓷燒結(jié)件致密度和力學(xué)性能的一種有效途徑。在磷酸鈣生物陶瓷的液相燒結(jié)中，可選用的添加劑應(yīng)對其具有良好的潤濕性和一定的溶解性，主要包括左旋聚乳酸(Poly-lactic-acid，PLLA)，聚己內(nèi)酯(Poly-caprolactone，PCL)，聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl?Methacrylate，PMMA)等生物高分子材料。然而，生物高分子材料的降解產(chǎn)物呈酸性，在人體內(nèi)易于引起無菌性炎癥反應(yīng)。因此，在利用添加劑提高磷酸鈣生物陶瓷燒結(jié)性能的同時(shí)，應(yīng)避免其在人工骨中的殘留。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種在利用SLS技術(shù)制備多孔BCP人工骨時(shí)，通過添加少量PLLA提高BCP燒結(jié)性能的方法。在燒結(jié)過程中，PLLA會經(jīng)歷熔融、碳化、氧化三個(gè)過程。利用PLLA低溫熔融引入瞬態(tài)液相，能夠促進(jìn)BCP顆粒的重排與致密化，從而提高BCP的燒結(jié)性能。通過選擇合理的工藝參數(shù)，使PLLA充分氧化直至完全消失，能夠避免PLLA在人工骨中的殘留。最終制備出完全由BCP構(gòu)成的高性能多孔人工骨。

本發(fā)明的制備工藝主要分為混粉、燒結(jié)成型兩個(gè)步驟。具體工藝為：