[發(fā)明專利]鋅在制備骨或關(guān)節(jié)修復(fù)再生材料中的應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611145962.1
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106581743A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余將明;葉嘵健;徐立璋;李愷;謝寧
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍第二軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院
• 主分類號: A61L27/06
• 分類號: A61L27/06;A61L27/30;A61L27/38;A61L31/02;A61L31/08
• 代理公司: 上海順華專利代理有限責(zé)任公司31203
• 代理人: 陸林輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體是鋅在制備骨或關(guān)節(jié)修復(fù)再生材料中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

眾所周知，細胞與基底之間的相互作用是影響細胞活性的關(guān)鍵因素，其中包括了細胞的粘附、增殖及分化。相關(guān)實驗已經(jīng)證明，生物材料的表面形貌和化學(xué)組分可以對細胞產(chǎn)生顯著的生物學(xué)影響。例如Zreiqat等已表明，使用二價微量元素如鎂(Mg)和鋅(Zn)進行表面化學(xué)修飾的鈦合金(Ti-6Al-4V)可以調(diào)節(jié)骨細胞的活性。

近年來，羥基磷灰石(HA)通過等離子噴涂于植入體表面形成涂層已廣泛應(yīng)用于臨床，其能誘導(dǎo)周圍骨組織生長的能力毋庸置疑，但該涂層與鈦基的結(jié)合強度欠佳以及降解性較高限制了它在臨床的遠期療效。

CaSiO₃陶瓷是典型的鈣硅基生物陶瓷材料，目前研究已證實其在SBF中能形成磷酸鈣層和富硅層，產(chǎn)生類HA，具有骨傳導(dǎo)和骨誘導(dǎo)的生物活性。由于其相對于HA擁有更加良好的生物活性和可降解性，以及其涂層與鈦基底更高的結(jié)合強度，一度被研究作為可應(yīng)用于骨再生和植入體涂層的有前景的陶瓷材料。然而，CaSiO₃機械強度低、化學(xué)穩(wěn)定性較弱，因其較高的溶解率，會伴隨浸泡過程降解，與基體間的結(jié)合強度降低，如在與鈦基的結(jié)合強度會因浸泡液的腐蝕而顯著降低等缺點，限制了它在臨床的應(yīng)用前景，在進一步研究中受到了重大限制。

于是，我們引入陽離子修飾的理念，將Zn離子通過溶膠凝膠法摻雜到CaSiO₃中獲得了一種以Ca₂ZnSi₂O₇成份為主的新型材料(其中含少量Ca₂SiO₄和CaSiO₃)，并將該粉末高溫融化后運用等離子噴涂的方法，在鈦合金材料表面形成Ca₂ZnSi₂O₇陶瓷涂層。CaSiO₃陶瓷中鋅的摻入形成了Ca₂ZnSi₂O₇陶瓷，也就是鋅黃長石，研究發(fā)現(xiàn)鋅的摻入提高了CaSiO₃陶瓷的化學(xué)穩(wěn)定性和機械性能。我們選擇Zn離子作為摻入的元素，不僅因為它具有提高CaSiO₃陶瓷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的積極作用，而且同時也因為它是在人體中最重要的微量元素之一，并已被證明其通過對成骨細胞的刺激在骨骼發(fā)育、維護和修復(fù)中發(fā)揮著重要作用。通過XRD分別對制備好的原材料粉末及涂層后材料進行物相分析，證明等離子噴涂前后Ca₂ZnSi₂O₇陶瓷涂層的組成成分無明顯改變。使用MC3T3-E1細胞，通過細胞毒性實驗、粘附及增殖實驗、成骨分化實驗及抗菌實驗等，證明了該涂層材料具有良好的細胞相容性、促成骨細胞粘附、增殖、分化的作用，及優(yōu)秀的抗菌性能。

在前期工作中我們用于實驗的Ca₂ZnSi₂O₇陶瓷涂層鋅鈣摩爾比為0.5，雖然實驗已證實它對于MC3T3-E1細胞具有優(yōu)秀的促粘附、增殖、成骨分化、礦化等一系列生物學(xué)活性具有明顯的促進作用，但是該鋅鈣摩爾比是否為最優(yōu)，以及該材料對于更具應(yīng)用前景和實際意義的BMSCs是否具有同樣優(yōu)秀的效果仍然存在疑問。由于Zn離子對成骨細胞的生長有濃度依賴性(濃度過高對細胞有一定的毒性，過低則無顯著效果)，且不同Zn離子濃度修飾的CaSiO₃陶瓷涂層與鈦基體材料的結(jié)合強度不同、化學(xué)穩(wěn)定性也不同。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出構(gòu)建并優(yōu)化鋅修飾硅酸鈣陶瓷涂層，研究鋅鈣摩爾比分別為0.1、0.3、0.5的鋅修飾硅酸鈣陶瓷涂層材料的表面形貌，對作為成骨細胞前體來源的BMSCs的生物學(xué)影響，探索理想出的鋅鈣摩爾比，系統(tǒng)研究Ca₂ZnSi₂O₇陶瓷涂層及其促粘附、增殖及促成骨分化的作用。

為了達到上述目的，本發(fā)明提出了一種鋅在制備骨或關(guān)節(jié)修復(fù)再生材料中的應(yīng)用，以正硅酸乙酯、硝酸鋅及硝酸鈣為原料制成鋅修飾硅酸鈣涂料，將所述鋅修飾硅酸鈣涂料涂覆在骨或關(guān)節(jié)修復(fù)再生材料的表面形成鋅修飾硅酸鈣涂層，并與所述骨或關(guān)節(jié)修復(fù)再生材料中的BMSCs共培養(yǎng)。