一種用于修復(fù)骨缺損的高韌性超耐磨人工骨及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種用于修復(fù)骨缺損的高韌性超耐磨人工骨，所述人工骨采用內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)層為人工骨支架，采用PEEK樹脂制成，并加入鋇玻璃纖維和碳酸鈣晶須進(jìn)行復(fù)合；所述人工骨支架外層包裹有一層增硬的生物活性玻璃陶瓷燒結(jié)形成的致密層，致密層表面還附有一層生物活性玻璃陶瓷形成的孔隙層。由于生物活性玻璃陶瓷與骨的結(jié)合比羥基磷灰石強(qiáng)度高，PEEK樹脂與生物活性玻璃陶瓷的結(jié)合性也比碳纖維與羥基磷灰石之間的結(jié)合要好，本發(fā)明專利技術(shù)人工骨既有足夠的力學(xué)性能，又有很好的生物相容性，其力學(xué)性能、生物相容性和骨結(jié)合強(qiáng)度均優(yōu)于常規(guī)人工骨產(chǎn)品。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種用于修復(fù)骨缺損的高韌性超耐磨人工骨及其制備方法
本專利技術(shù)涉及一種用于修復(fù)骨缺損的人工骨及其制備方法，具體是一種用于修復(fù)骨缺損的高韌性超耐磨人工骨及其制備方法，屬于骨科醫(yī)療器械

技術(shù)介紹
各種創(chuàng)傷、腫瘤、感染以及老齡化造成的骨組織缺損嚴(yán)重威脅著人類健康，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生物材料領(lǐng)域衍生出了一系列骨修復(fù)、移植的替代材料，具有骨組織誘導(dǎo)功能的生物材料已成為當(dāng)代研究的重點(diǎn)課題。人體骨骼主要由60%的羥基磷灰石和30%的膠原蛋白構(gòu)成，因此羥基磷灰石（HA）理所當(dāng)然的成為了人工骨材料的研究重點(diǎn)，羥基磷灰石是一種具有良好的生物活性和骨誘導(dǎo)性的生物材料，目前臨床的人工骨材料多采用鈦金屬或碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為人工骨支架，并以支架為基底，利用物理化學(xué)手段將羥基磷灰石附在其表面，鈦金屬或碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的支架可以提供足夠的力學(xué)強(qiáng)度，而表面的羥基磷灰石涂層則易于與人體骨結(jié)合，在人工骨表面誘導(dǎo)新骨的生成。然而人工合成的羥基磷灰石脆性大，又容易被吸收，其降解速度與組織生長速度難以匹配，且其熱膨脹系數(shù)和支架材料鈦、碳纖維相差較大，導(dǎo)致羥基磷灰石涂層與支架之間的化學(xué)結(jié)合力不強(qiáng)，植入時(shí)間一長就容易剝離，造成人工骨松動(dòng)。早在28年前，我國華西醫(yī)科大學(xué)口腔科就發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題，停止了羥基磷灰石涂層的應(yīng)用。盡管針對此問題眾多科研單位一直在進(jìn)行研究和改進(jìn)，但截至目前仍未有很好的解決辦法，所以世界各國每年都有相當(dāng)一部分骨科病例為因人工骨無菌性松動(dòng)而進(jìn)行翻修的手術(shù)，翻修手術(shù)比初次手術(shù)更麻煩，花費(fèi)更多。2011年全球約有100萬例全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，據(jù)廈門大學(xué)附屬福州第二醫(yī)院骨科對32例人工髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中由假體無菌性松動(dòng)引起的占55%，由髖臼磨透引起的占9%，由內(nèi)襯磨損引起的占9%，由股骨柄斷裂引起的占3%。因此可以說有76%的人工髖關(guān)節(jié)翻修是因人工髖關(guān)節(jié)材料的生物相容性、耐磨性、韌性不足或和骨的彈性模量不接近等原因造成的。聚醚醚酮（PEEK）樹脂是一種韌性和剛性兼?zhèn)洳⑷〉昧己闷胶獾乃芰希貏e是它對交變應(yīng)力的優(yōu)良耐疲勞性是所有塑料中最出眾的，可與合金材料媲美。醫(yī)用級PEEK樹脂具有很好的生物相容性、無細(xì)胞毒性、無誘變性、無致癌性，不引起過敏，還具有極強(qiáng)的耐腐蝕、耐水解和耐化學(xué)性，而且其具有良好的機(jī)械性能，是目前最有前途的人工骨材料。純PEEK樹脂的耐沖擊性能良好，其無缺口沖擊可達(dá)200kg·cm/cm以上，且耐沸水性能極佳，在沸水中連續(xù)浸泡200天強(qiáng)度基本不變，可在200℃的高壓蒸氣中長期使用，其耐磨性也好，已成為重要的自潤滑減摩耐磨材料。PEEK樹脂和玻璃纖維、碳纖維或晶須做成的復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度可上升到235～335MPa，純PEEK樹脂的拉伸強(qiáng)度為94MPa，將其做成30%纖維復(fù)合材料后，其拉伸強(qiáng)度可提高到212Mpa。純PEEK樹脂的楊氏模量為3.9GPa，加入碳酸鈣晶須，鋇玻璃纖維、碳纖維等具有高彈性模量、高韌性的補(bǔ)強(qiáng)材料進(jìn)行復(fù)合后，其楊氏模量可提高到21GPa，通過調(diào)整補(bǔ)強(qiáng)材料的加入比例，復(fù)合材料的楊氏模量可調(diào)節(jié)到18～19GPa，和人體骨骼的楊氏模量最為接近，其作為植入骨可以和健康骨長久并存，骨骼不會發(fā)生疏松退化。另據(jù)福州大學(xué)高誠輝教授等人的研究結(jié)果表明：加入15～20%的碳酸鈣（CaCO3）晶須的PEEK復(fù)合材料，其磨損率比純PEEK材料降低86%。生物活性玻璃陶瓷（BGC）是目前唯一能與骨組織形成鍵結(jié)合，同時(shí)又能與軟組織相連的人工生物材料，其彎曲強(qiáng)度高達(dá)180～200Mpa，斷裂韌性達(dá)到2～2.5Mpa·m1/2，軟化溫度為730℃左右，當(dāng)適當(dāng)加入氧化鋯后，其斷裂韌性可提高到4～5Mpa·m1/2，其彎曲強(qiáng)度和軟化溫度也相應(yīng)提高。據(jù)我國高等學(xué)校教材《口腔材料學(xué)》介紹，生物活性玻璃陶瓷植入骨內(nèi)后，有利于與骨形成化學(xué)鍵結(jié)合，促進(jìn)骨修復(fù)，植入10天材料表面可以看到新生骨，植入60天材料和骨組織已形成牢固結(jié)合，植入8周后與骨的結(jié)合強(qiáng)度要比同期羥基磷灰石與骨的結(jié)合強(qiáng)度高出20%。另成都軍區(qū)總醫(yī)院口腔科用生物活性玻璃陶瓷對右下頜骨齒槽萎縮的患者進(jìn)行增高手術(shù)，齒槽骨增高6mm用于做全口義齒鑲復(fù)，固位和使用效果良好。四川省科學(xué)技術(shù)委員會曾組織28位專家教授對生物活性玻璃陶瓷進(jìn)行鑒定，用50只狗、150只兔進(jìn)行大量的動(dòng)物試驗(yàn)，結(jié)果表明：生物活性玻璃陶瓷成骨速度快，有明顯的誘導(dǎo)骨生長的趨勢，能與骨產(chǎn)生骨性結(jié)合，穩(wěn)定性好，結(jié)合強(qiáng)度高，優(yōu)于其它人工骨材料。因此，我們選擇采用PEEK樹脂與生物活性玻璃陶瓷進(jìn)行優(yōu)化組合，用于制備一種用于修復(fù)骨缺損的高韌性超耐磨人工骨，因?yàn)樯锘钚圆Ａ沾膳c骨的結(jié)合比羥基磷灰石強(qiáng)度高，且PEEK樹脂與生物活性玻璃陶瓷的結(jié)合性也比碳纖維與羥基磷灰石之間的結(jié)合性要好。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種用于修復(fù)骨缺損的高韌性超耐磨人工骨及其制備方法，該人工骨主要采用生物活性玻璃陶瓷和PEEK樹脂兩種材料共同制成，其力學(xué)性能、生物相容性和骨結(jié)合強(qiáng)度均比常規(guī)產(chǎn)品更好。本專利技術(shù)人工骨的具體結(jié)構(gòu)為：一種用于修復(fù)骨缺損的高韌性超耐磨人工骨，所述人工骨采用內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)層為人工骨支架，采用PEEK樹脂制成，并加入鋇玻璃纖維和碳酸鈣晶須進(jìn)行復(fù)合，加入鋇玻璃纖維是為了X射線顯影和調(diào)節(jié)彈性模量，加入碳酸鈣晶須是為了增加耐磨性；所述人工骨支架外層包裹有一層增硬的生物活性玻璃陶瓷燒結(jié)形成的致密層，致密層表面還附有一層生物活性玻璃陶瓷形成的孔隙層；當(dāng)所述人工骨包含有關(guān)節(jié)頭和關(guān)節(jié)窩時(shí)，其人工骨支架在關(guān)節(jié)頭和關(guān)節(jié)窩相對滑動(dòng)面的位置不設(shè)有致密層和孔隙層。所述孔隙層的孔隙度為30～60VOL%，在人工骨關(guān)節(jié)窩與人體骨連接處的孔隙層的泡孔孔徑為100～1000μm，以利于哈佛氏營養(yǎng)管長進(jìn)去，與人體骨形成更加牢固的骨結(jié)合，其余位置的孔隙層的泡孔孔徑為10～200μm。本專利技術(shù)人工骨的具體制備方法包括以下步驟：步驟1：準(zhǔn)備好足量的生物活性玻璃陶瓷非晶玻璃粉料、磷酸鈣粉料、醫(yī)用級PEEK樹脂粉料、碳酸鈣晶須、鋇玻璃纖維、精制石蠟和相應(yīng)的造型模具。步驟2：取90重量份粒度為10～35μm的生物活性玻璃陶瓷非晶玻璃粉料，再加入10重量份精制石臘，加溫至70℃攪拌熔合，然后退溫至45℃擠壓到造型模具中，冷卻脫模后得到中空的人工骨致密層坯體。步驟3：將人工骨致密層胚體加熱至120℃干燥2小時(shí)，然后升溫到450℃進(jìn)行脫臘。步驟4：取50重量份粒度為10～35μm的生物活性玻璃陶瓷非晶玻璃粉料，再加入50重量份的磷酸鈣粉料和20重量份的精制石蠟，加溫至70℃并攪拌均勻后得到孔隙層噴涂劑，將孔隙層噴涂劑均勻噴涂在人工骨致密層胚體表面，噴涂厚度控制在0.1～0.3mm，然后干燥脫臘，再經(jīng)800～900℃燒結(jié)，冷卻后即得人工骨致密層殼體，且殼體表面附有一層孔隙層坯面。在本步驟中，磷酸鈣粉料作為造孔劑，對于人工骨關(guān)節(jié)窩與人體骨連接處的人工骨致密層胚體表面，使用的造孔劑為100～1000μm粒度的磷酸鈣粉料；對于其余位置的人工骨致密層胚體表面，使用的造孔劑為10～200μm粒度的磷酸鈣粉料。步驟5：取80重量份醫(yī)用級PEEK樹脂粉料、1～15重量份的鋇玻璃纖維和15重量份的碳酸鈣晶須，其中鋇玻璃纖維和碳酸鈣晶須先經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理和脫蠟后，再與PEEK樹脂粉本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于修復(fù)骨缺損的高韌性超耐磨人工骨，其特征是：所述人工骨采用內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)層為人工骨支架，采用PEEK樹脂制成，并加入鋇玻璃纖維和碳酸鈣晶須進(jìn)行復(fù)合；所述人工骨支架外層包裹有一層增硬的生物活性玻璃陶瓷燒結(jié)形成的致密層，致密層表面還附有一層生物活性玻璃陶瓷形成的孔隙層；當(dāng)所述人工骨包含有關(guān)節(jié)頭和關(guān)節(jié)窩時(shí)，其人工骨支架在關(guān)節(jié)頭和關(guān)節(jié)窩相對滑動(dòng)面的位置不設(shè)有致密層和孔隙層。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于修復(fù)骨缺損的高韌性超耐磨人工骨的制備方法，其特征是包括以下步驟：步驟1：準(zhǔn)備好足量的生物活性玻璃陶瓷非晶玻璃粉料、磷酸鈣粉料、醫(yī)用級PEEK樹脂粉料、碳酸鈣晶須、鋇玻璃纖維、精制石蠟和相應(yīng)的造型模具；步驟2：取90重量份粒度為10～35μm的生物活性玻璃陶瓷非晶玻璃粉料，再加入10重量份精制石蠟，加溫至70℃攪拌熔合，然后退溫至45℃擠壓到造型模具中，冷卻脫模后得到中空的人工骨致密層坯體；步驟3：將人工骨致密層坯體加熱至120℃干燥2小時(shí)，然后升溫到450℃進(jìn)行脫蠟；步驟4：取50重量份粒度為10～35μm的生物活性玻璃陶瓷非晶玻璃粉料，再加入50重量份的磷酸鈣粉料和20重量份的精制石蠟，加溫至70℃并攪拌均勻后得到孔隙層噴涂劑，將孔隙層噴涂劑均勻噴涂在人工骨致密層坯體表面，噴涂厚度控制在0.1～0.3mm，然后干燥脫蠟，再經(jīng)800～900℃燒結(jié)，冷卻后即得人工骨致密層殼體，且殼體表面附有一層孔隙層坯面；步驟5：取80重量份醫(yī)用級PEEK樹脂粉料、1～15重量份的鋇玻璃纖維和15重量份的碳酸鈣晶須，其中鋇玻璃纖維和碳酸鈣晶須先經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理和脫蠟后，再與PEEK樹脂粉料攪拌混合，然后升溫到350℃熔融，再經(jīng)注塑機(jī)注入人工骨致密層殼體中，冷卻后即形成以PEEK樹脂復(fù)合材料為支架的人工骨，將此人工骨放入稀鹽酸熱溶液中溶掉致密層表面附著的磷酸鈣微粒即顯露出孔隙層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工骨的制備方法，其特征是：所述步驟4所述的磷酸鈣粉料作為造孔劑，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王玉元，王粵凡，
申請(專利權(quán))人：南寧越洋科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣西;45