專利名稱：生物源性氟化羥基磷灰石骨替代材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種氟化羥基磷灰石骨替代材料的制備方法，尤其涉及一種生物源性氟化羥基磷灰石骨替代材料的制備方法。
背景技術：
輕基磷灰石(Hydroxyapatite,下文簡稱HA)是生物體骨組織最基本的無機成分，有著很多優良特性，例如HA與骨礦物質成分的相似性，可促進干細胞的成骨分化，形成強有力的骨-CaP生物材料結合界面及引導臨近天然骨的血管神經長入等特性。在醫學領域中，以磷酸鹽、鈣鹽等物質進行人為化學加工合成的純HA以往曾有著較廣泛的應用，如少量骨缺損修復、骨囊腫骨腔的填塞、種植體表面涂層等。然而，純HA用于硬組織置換存在一些不足，例如物理機械性能不理想、脆性大等，尤其是與后來出現的生物源性HA相比，成骨 性能較弱，從而大大限制了其應用，目前臨床上已經基本為生物源性HA所取代。與人工合成HA不同的是，生物來源HA是以生物骨為合成原料，通過物理或化學方法去除其中會導致人體免疫排斥反應的有機物后得到的骨替代材料，其主要成分為HA，三維立體結構與天然骨極為相似，并且含有天然骨中特有的Ca、Mg、Zn、Cl等微量無機成分。當骨缺損處植入生物來源HA骨替代材料后，其基本成分HA可以作為新骨形成過程中的原材料以及空間支持結構，三圍多孔網狀結構更利于人體成骨細胞的附著以及臨近骨組織血管、神經的長入，其與天然骨極為相似的組成成分更利于新骨的形成以及植骨材料的改建。因此生物來源HA在成骨速度、成骨量和新生骨質量與人工合成HA相比都具有絕對優勢，已經成為當今臨床上最為常用的植骨材料。但是，生物來源HA的制備質量往往難以控制，制備的溫度太低，生物骨中的有機成分不能除盡；制備的溫度太高，則會出現碳酸根離子缺失,晶相發生改變，HA分解生產其他物質。HA的分子式是Caltl (PO4)6 (OH)2，其中Ca2+、P03—、0H_位均可被多種離子替代，因此學者開始探索在HA中摻雜一些無機元素，從而改善材料的物理機械性能和整體生物活性。雖然有研究證實，攝入氟過量會導致中毒反應。但是，氟是人體必需的微量元素，在骨、牙齒的生長發育過程中發揮著重要的作用，可促進骨細胞的分化和繁殖，促進HA晶體的形成和生長，并對硬組織的礦化起促進作用，有文獻報道一定程度上增加氟離子攝入量能改善骨質從而治療骨質疏松病，因此其在預防骨質疏松病等方面備受關注。在細胞培養實驗中，發現氟離子可以刺激成骨細胞的增殖和堿性磷酸酶活性。氟化水飼養的大鼠中同樣發現成骨細胞成骨性能的提高。同時，氟也具有抗菌抑菌的作用。目前飲用水加氟已被美國疾病預防控制中心列為20世紀十大公共衛生成就之一，并獲得世界衛生組織和其他一些全球和地區性健康和牙科組織的肯定，廣東省政府也已經提出關于自來水加氟的項目計劃。現有研究證實，生物來源HA中的OH基團在晶體中存在基團缺失，錯位排列等缺陷。其中，缺失的部位可由氟占領，而錯位排列的OH則更容易被氟替代，這些缺陷的存在增加了氟替代的可能性，F替代HA中的OH基團，可使磷灰石的溶解度降低，機械性能得到了改善，同時具有釋放氟離子的能力，使其具有更強的骨引導、誘導能力以及抗菌性能，獲得良好的生物學性能，特別在僅含低濃度氟的體液中更有意義，也是生物來源HA合成FPHA的優點之一。生物來源HA合成法具有來源豐富，價格低廉，簡單有效，避免免疫原性，且FPHA保留了 HA的生物架構，留存著動物體內的一些有利的微量元素，合成的FPHA將更有利于骨細胞的長入，具有更強的骨誘導性，是未來制備FPHA的一個發展方向。然而，目前制備生物來源HA的技術主要掌握在外國公司手里，且只有純生物源HA投入臨床使用，中國國內尚沒有國產植骨骨替代材料，故國內的臨床上多采用進口的生物來源HA，例如瑞士公司生產的Bio-oss，所用生物骨原材料為牛骨。但是，進口產品的價格非常昂貴，例如瑞士公司生產的Bio-oss的購入價為每克2000元，國內患者要支付昂貴的費用才能使用該產品進行治療。因而，目前我國亟需一種可以替代Bio-oss的生物來源HA，以降低患者的治療成本。另外，盡管現有研究已證明生物來源HA中的OH基團在晶體中的缺失部位可以由氟替代的原理，含氟骨替代材料理論上在許多方面相比普通生物源HA都具有優勢，但實際制備氟離子植入生物來源HA時仍存在很多不明確的技術盲點，如材料處理細節不明確，詳細制備過程如燒結骨塊部位、大小、形態、溫度、升溫速率等難以得知最佳數據，學術界對氟植入濃度等尚無明確結論，因此，尚未見有氟化生物源HA骨替代材料的技術報道。
發明內容
本發明的目的是提供一種生物源性氟化羥基磷灰石骨替代材料的制備方法，該方法以豬股骨作為合成原材料，將豬股骨經過物理處理和化學加氟后所獲得的骨替代材料中既具有適合細胞生長的網格結構，且含有適量的氟，可滿足臨床上骨缺損的修復，或作為細胞支架應用于骨組織工程，又具有符合本國國情，來源廣泛，價格低廉等特點。本發明的目的通過以下技術方案來實現一種生物源性氟化羥基磷灰石骨替代材料的制備方法，包括以下步驟(I)取材以成豬的股骨下段松質骨為原材料，鋸成骨塊，干燥備用；(2)燒結在空氣氛圍下對骨塊進行升溫燒結，待燒結溫度升至70(T90(TC，在該溫度范圍下燒結廣2小時，然后室溫冷卻后清洗干凈，干燥，獲得豬骨羥基磷灰石(PHA)；(3)浸泡豬骨羥基磷灰石于含氟溶液中浸泡12 24小時，取出，干燥；(4)加熱反應將經過步驟(3)處理后的豬骨羥基磷灰石置于有氧環境下升溫至700^8000C，并在該溫度范圍內加熱2 3小時，冷卻后洗凈，干燥，磨成粉狀，獲得生物源性氟化羥基磷灰石(FPHA)骨替代材料。常見動物中，豬骨與人骨的相似性最高(參見表I)。而本發明人研究發現，豬的股骨下段松質骨具有適宜于細胞生長的微孔隙，同時，其宏觀的網孔狀結構也有利于血液的流動與灌注，在制備上，松質骨利于成形，臨床上也易于操作。因而可以采用豬的股骨下段松質骨作為原材料。表I :動物與人骨的相似性
權利要求
1.一種生物源性氟化羥基磷灰石骨替代材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)取材以成豬的股骨下段松質骨為原材料，鋸成骨塊，干燥備用； (2)燒結在空氣氛圍下對骨塊進行升溫燒結，待燒結溫度升至700 900°C，在該溫度范圍下燒結I 2小時，然后室溫冷卻后清洗干凈，干燥，獲得豬骨羥基磷灰石； (3)浸泡豬骨羥基磷灰石于含氟溶液中浸泡12 24小時，取出，干燥； (4)加熱反應將經過步驟(3)處理后的豬骨羥基磷灰石置于有氧環境下升溫至700 800°C，并在該溫度范圍內加熱2 3小時，冷卻后洗凈，干燥，磨成粉狀，獲得生物源性氟化羥基磷灰石(FPHA)骨替代材料。
2.根據權利要求I所述的生物源性氟化羥基磷灰石骨替代材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中的含氟溶液采用氟化鈉溶液。
3.根據權利要求2所述的生物源性氟化羥基磷灰石骨替代材料的制備方法，其特征在于，所述的氟化鈉溶液的濃度為0. 25 lmol/L。
4.根據權利要求2所述的生物源性氟化羥基磷灰石骨替代材料的制備方法，其特征在于，所述的氟化鈉溶液的濃度為0. 25 0. 5mol/L。
5.根據權利要求2或3或4所述的生物源性氟化羥基磷灰石骨替代材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中采用過量氟化鈉溶液浸泡豬骨羥基磷灰石。
6.根據權利要求I所述的生物源性氟化羥基磷灰石骨替代材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的升溫燒結中溫度是從室溫升至700 900°C，溫度的升溫速率為10°C /min0
7.根據權利要求I所述的生物源性氟化羥基磷灰石骨替代材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中的加熱溫度的升溫速率為10°C /min。
8.根據權利要求I所述的生物源性氟化羥基磷灰石骨替代材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)和(4)中涉及的干燥是在80°C以下進行的。
9.根據權利要求I所述的生物源性氟化羥基磷灰石骨替代材料的制備方法，其特征在于，所述步驟⑴中所述的骨塊的體積大小為1X1X0. 5cm3。
10.根據權利要求I所述的生物源性氟化羥基磷灰石骨替代材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述骨塊在室溫下干燥；所述步驟(I) (4)中，在干燥以后，都需要將半成品或成品隔濕保存。
全文摘要
本發明公開一種生物源性氟化羥基磷灰石骨替代材料的制備方法，包括以下步驟(1)以成豬的股骨下段松質骨為原材料，鋸成骨塊，干燥備用；(2)在空氣氛圍下對骨塊進行升溫燒結，室溫冷卻后清洗干凈，干燥，獲得豬骨羥基磷灰石；(3)豬骨羥基磷灰石于含氟溶液中浸泡12~24小時，取出，干燥；(4)將經過步驟(3)處理后的豬骨羥基磷灰石置于有氧環境下升溫至700~800℃加熱2~3小時，冷卻后洗凈，干燥，磨成粉狀，獲得生物源性氟化羥基磷灰石(FPHA)骨替代材料。本發明以豬股骨作為合成原材料，經過物理處理和化學加氟后獲得的骨替代材料中具有適合細胞生長的網格結構，且含有適量的氟，可滿足臨床上骨缺損的修復，或作為細胞支架應用于骨組織工程，其來源廣泛，價格低廉。
文檔編號A61L27/12GK102805879SQ20121025449
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月20日 優先權日2012年7月20日
發明者陳卓凡, 張漢卿, 陳澤濤, 劉泉, 陳馥淳, 黃寶鑫, 李志鵬, 伍永昌 申請人:陳卓凡