專利名稱：一種人工植骨生物材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用生物材料及其制備，該材料主要用作醫(yī)用臨床的人工植骨載體材料。
作為可植入人體的醫(yī)用生物材料，首要的生物學(xué)基本要求，是生物功能性和生物相容性，前者是指在植入肌體內(nèi)所在位置上，能滿足行使功能要求的理化性質(zhì)，后者則要求生物材料在被植入肌體后，不僅與宿主無排異、腫脹、發(fā)熱等毒性反應(yīng)，還要求植入材料與機(jī)體組織的相互作用能永久地協(xié)調(diào)并存。作為植骨材料，還希望材料具有多孔性，以便新生骨組織長入孔隙內(nèi)形成牢固的結(jié)合體。
長期以來，醫(yī)學(xué)臨床上用的植骨材料主要是異種骨、異體骨、自體骨和人工合成材料等。異種骨、異體骨由于抗原性的存在，其應(yīng)用受到很大的限制；自體骨移植，不僅來源有限，更會給患者帶來痛苦；常用的人工材料如羥基磷灰石(HP)、磷酸三鈣(TCP)、生物活性玻璃陶瓷(BGC)、金屬(鈦等)、高分子聚合物等雖可傳導(dǎo)新生骨的生長，但無誘導(dǎo)骨生長的活性，用其作為大面積骨缺損的治療不太理想。
1965年，Urist首先提出了誘導(dǎo)生長的理念，1976年，作為具有誘導(dǎo)骨細(xì)胞生長活性的骨生長因子－骨形成蛋白(BMP)提取成功后，植骨材料進(jìn)入了一個(gè)嶄新的研究階段。生物材料也因此發(fā)展到一類具有主動誘導(dǎo)、激發(fā)人體組織和器官再生修復(fù)的新材料－第三代生物材料時(shí)代。這類材料的特點(diǎn)，是將活體組織與人工材料有機(jī)結(jié)合起來，其構(gòu)成方式主要有兩種，一是具有對各種組織、細(xì)胞生長起誘導(dǎo)作用的生長因子和人工材料相結(jié)合，植入體內(nèi)后，細(xì)胞生長因子誘導(dǎo)細(xì)胞的分化與繁殖，以再生組織修復(fù)患處，而人工材料則作為生長因子的貯存、控釋和保持活性的支架。另一種是以人工材料作基體，培養(yǎng)細(xì)胞組織，植入人體后，細(xì)胞組織自然生長以修復(fù)患處，這其實(shí)是以人工材料作載體，通過細(xì)胞組織的生長繁殖，與人工材料結(jié)合形成的一種復(fù)合材料。也有稱這類材料為雜化材料、組織工程材料或生物型材料的。
作為誘導(dǎo)骨細(xì)胞生長的骨形成蛋白(BMP)實(shí)際上是一個(gè)低分子量的糖蛋白，其主要生物特性之一是通過誘導(dǎo)未分化的間葉細(xì)胞分化成骨細(xì)胞而刺激新骨形成。BMP有誘導(dǎo)新骨生成的作用，但無支架與填充的作用，所以它需要以人工材料作支架(或稱載體)才可實(shí)用。
近二十年來，國內(nèi)外學(xué)者對BMP的制作和尋找BMP的載體材料都進(jìn)行了大量的工作，就BMP而言，除必須具備生物相容性外，還應(yīng)具有以下要求(1)多孔性，多孔性有利與BMP復(fù)合，同時(shí)也有利于新生骨和血管的長入，并使血管在材料的三維窨形成通道，為新生骨的生長提供營養(yǎng)支持；(2)良好的表面活性，為BMP誘導(dǎo)新骨生長提供良好的微環(huán)境，有利于細(xì)胞的粘附和增殖；(3)肯定一定的機(jī)械強(qiáng)度和可加工性。
目前，已報(bào)導(dǎo)的BMP載體材料有羥基磷灰石(HP)、磷酸三鈣(TCP)、多乳酸多羥基乙酸共聚物(PLA/PGA)、玻璃陶瓷(GC)、金屬鈦、膠蛋白骨(AOB)、膠原、不溶性非膠原蛋白(INCP)和纖維蛋白粘合劑(FS)等。前三種載體的不足之處，是在肌體生物環(huán)境的作用下，會發(fā)生生物降解和吸收，其過程與新生骨的生長過程難以匹配，因而不易被新生骨取代；后三種載體則缺乏相應(yīng)的力學(xué)強(qiáng)度，且此類物質(zhì)植入后，僅起到緩解BMP的作用而無前述的骨引導(dǎo)作用；中間數(shù)種是不能生物降解和吸收的生物材料，它們具有與骨發(fā)生化學(xué)結(jié)合和骨引導(dǎo)生長的作用，不足之處是制成多孔性材料的工藝難度較大，孔隙度難以控制，成本較高。
本發(fā)明的目的是提出一種具有生物相容性和骨引導(dǎo)生長特性，又具有一定力學(xué)強(qiáng)度和多孔特性的新型人工植骨生物材料及其制造方法。
本發(fā)明是以竹材熱解炭化材料為基體，該材料的特點(diǎn)是保留有竹材固有的多孔結(jié)構(gòu)，具有d002為3.36～3.44的碳或石墨的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
這種人工植骨生物材料的制造方法是先將竹材制成人工骨制品所需形狀，然后置于炭化爐內(nèi)，在還原氣氛中，先以大于每小時(shí)50℃的升溫速率加熱到100～150℃，再以每小時(shí)10～25℃的速率升溫到280～350℃，進(jìn)行竹材低溫炭化處理，之后，將此低溫炭化的竹炭材料置于形狀與該人工骨制品相應(yīng)的石墨模具中，放置于高溫爐，在真空或還原氣氛中快速升溫到2200℃以上，然后降溫冷卻，即得最終產(chǎn)品。
由于天然竹材的外觀形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都與人體骨骼和牙本質(zhì)極為相似，經(jīng)過熱解炭化的改性處理之后，保留并擴(kuò)大了竹材原有的孔隙度，呈現(xiàn)出多孔的，具有三維空間通道的結(jié)構(gòu)材料特征，經(jīng)過高溫處理過的竹炭材料，具有d002為3.36?！?.44的碳或石墨的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，并且純度很高，這種炭素材料既具有生物相容性和骨引導(dǎo)生長特性，又具有多孔結(jié)構(gòu)特性，無疑為BMP材料的復(fù)合及骨細(xì)胞和血管的長入提供了有利的條件，因而是一種理想的人工植骨生物材料。
本發(fā)明還具有制造方法簡便，資源豐富，造價(jià)低廉的特點(diǎn)。
實(shí)施例一將竹材制成人工骨預(yù)定形狀，然后置于炭化爐內(nèi)，在還原氣氛中，先以每小時(shí)60℃的升溫速率加熱到150℃，再以每小時(shí)15℃的速率升溫到300℃，保溫15～30分鐘，之后，將此低溫炭化的竹炭材料置于形狀與該人工骨制品相應(yīng)的石墨模具中，放置于高溫爐，在真空中快速升溫到2400℃，保溫10分鐘左右，然后降溫冷卻，將人工骨制品從石墨模具中取出即得最終產(chǎn)品。該竹炭人工植骨材料制品呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，具有d002為3.414的碳微晶結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例二本實(shí)施例高溫處理溫度為2200℃，其他處理過程與實(shí)施例一基本相同。該人工植骨材料制品具有d002為3.44的碳微晶結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例三本實(shí)施例高溫處理溫度為2800℃，其他處理過程與實(shí)施例一基本相同。該人工植骨材料制品具有d002為3.365的碳微晶結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1．一種人工植骨生物材料，其特征在于以竹材熱解炭化材料為基體，該材料保留有竹材固有的多孔結(jié)構(gòu)，具有d002為3.36～3.44的碳或石墨的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
2．權(quán)利要求1所述的人工植骨生物材料的制造方法，其特征在于先將竹材制成人工骨制品所需形狀，然后置于炭化爐內(nèi)，在還原氣氛中，先以每小時(shí)大于50℃的升溫速率加熱到100～150℃，再以每小時(shí)10～25℃的速率升溫到280～350℃，進(jìn)行竹材低溫炭化處理，之后，將此低溫炭化的竹炭材料置于形狀與該人工骨制品相應(yīng)的石墨模具中，放置于高溫爐，在真空或還原氣氛中快速升溫到2200℃以上，然后降溫冷卻，即得最終產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明提供一種人工植骨生物材料及其制備方法,其技術(shù)方案是將竹材先經(jīng)350℃以下的低溫炭化處理后再進(jìn)行2200℃以上的高溫處理,經(jīng)過此熱解炭化的改性處理之后的竹炭材料保留有竹材固有的多孔結(jié)構(gòu),具有d
文檔編號A61L27/08GK1294932SQ9911719
公開日2001年5月16日 申請日期1999年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月9日
發(fā)明者江幼仙 申請人:廣東省高技術(shù)研究發(fā)展中心