[發明專利]高強度膠原基人工骨修復材料

有效

• 申請號: 201210488483.5
• 申請日: 2012-11-27
• 公開（公告）號: CN103830775B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 王昶明;崔菡;仇志燁
• 申請（專利權）人: 北京奧精醫藥科技有限公司
• 主分類號: A61L27/46
• 分類號: A61L27/46;A61L27/48;A61L27/50;A61L27/56;A61L27/40
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技術領域

本發明屬于生物醫用材料領域，涉及一種人工骨材料，具體涉及一種可用于人體承重部位骨缺損修復的高強度膠原基人工骨修復材料。

技術背景

臨床上由于創傷、感染、骨腫瘤等造成的承重部位骨缺損十分常見，針對這類缺損的修復，人們開發出鈦合金、聚醚醚酮、碳纖維等多種材料，但這些材料在機械性能和生物活性方面均存在各自的缺陷。鈦合金材料的彈性模量為人體骨的4～10倍，臨床應用中存在應力遮擋現象，不利于骨修復。碳纖維材料易在表面產生磨屑，引發修復部位的組織炎癥反應，影響修復效果。此外，鈦合金、聚醚醚酮、碳纖維等材料的生物相容性均取決于它們的生物惰性，它們并不具備與人體天然骨組織形成骨性結合的生物活性，而是作為永久植入體使用，不參與人體的新陳代謝，最終作為異物存在于體內，因而長期修復效果不理想。

人體天然骨組織主要由以膠原為主的有機成分和以羥基磷灰石為主的無機成分構成，其中膠原呈現規則排列的多級結構，并為羥基磷灰石提供了礦化模板，從而形成有序排列的礦化膠原復合體。模仿天然骨的成分及結構制造生物活性骨修復材料，將為修復部位提供與天然骨相似的微環境，有利于骨細胞的貼附、增殖，促進骨缺損的修復。

近年來，人們已經研發出一些以膠原/羥基磷灰石為主要成分的硬組織修復產品，例如引導組織再生(guided tissue regeneration，GTR)膜等。這些產品中，膠原與羥基磷灰石的質量比為2/8～7/3，可以起到促進骨組織再生的作用。然而，這類GTR膜主要用于非承重部位骨修復，例如牙周骨缺損填充、脊柱橫突融合等，其柔軟的機械性能決定了其不能為修復部位提供力學支撐。此外，現有膠原/羥基磷灰石復合骨修復材料多為膠原和羥基磷灰石兩種材料的物理混合，而不具備天然骨組織的多級結構。

為了滿足骨修復對材料的機械性能要求，以羥基磷灰石為代表的鈣磷生物陶瓷材料得到了廣泛研究，目前人們已經研制出具備一定機械強度的鈣磷陶瓷支架材料，例如羥基磷灰石多孔生物陶瓷。這類材料主要通過燒結的方法使鈣磷生物材料陶瓷化，從而獲得一定的機械強度。然而，鈣磷生物陶瓷制備過程中必不可少的燒結工藝極大限制了這類產品的化學組成，膠原等對骨組織修復有益的有機成分無法復合在最終產品中。燒結鈣磷陶瓷由于其脆性也不適合用作承重部位骨修復材料。另一方面，有文獻報道，納米級羥基磷灰石較微米級顆粒更有利于細胞的成骨分化，即使原料采用的是納米級羥基磷灰石(粒徑＜100nm)，燒結過后其晶粒也會長大至微米級，從而大大降低材料的成骨活性。

因此，現有技術和產品尚不能提供用于人體承重部位骨修復的生物活性材料，無法滿足這類臨床修復的需求。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供一種高強度膠原基人工骨修復材料。該材料具有納米鈣磷鹽和膠原分子自組裝而成的化學組成和結構，從而具備與人體天然骨組織相似的仿生礦化結構。在力學性能方面，該材料具有與人體皮質骨近似的機械強度，可用于人體承重部位的骨缺損修復。本發明還提供了制備這種高強度膠原基人工骨修復材料的方法。

本發明的第一方面，提供了一種高強度膠原基人工骨修復材料。該材料為致密的均質有機/無機復合材料，其中有機相包括膠原，還可以包括高分子聚酯，所述高分子聚酯可以是聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸-乙醇酸共聚物、聚己內酯其中一種或多種復合，無機相包括納米鈣磷鹽。復合材料的有機相與無機相的質量比為9/1～4/6。當含有高分子聚酯時，復合材料的有機相中膠原與高分子聚酯的質量比為9/1～1/9。

所述高強度膠原基人工骨修復材料的壓縮強度為65～150MPa，彎曲強度為20～100MPa。

所述納米鈣磷鹽的粒徑為20～200nm，鈣元素和磷元素的摩爾比為1/1～2/1。進一步地，所述納米鈣磷鹽為納米羥基磷灰石，粒徑為20～200nm。

所述高分子聚酯的分子量為50,000～200,000。

本發明的第二方面，提供了本發明第一方面所述高強度膠原基人工骨修復材料的制備方法，包括以下操作步驟：

步驟S1、納米鈣磷鹽/膠原仿生復合材料粉體制備，具體包括：

步驟S1-1、將膠原溶于鹽酸、硝酸或醋酸中的任何一種，配制成膠原的酸溶液，其中膠原濃度為5.0×10^-5～5.0×10^-3g/mL；

步驟S1-2、持續攪拌步驟S1-1所得溶液，緩慢滴加含鈣離子的溶液，鈣離子的加入量為每克膠原對應加入鈣離子0.01～0.16mol；