專利名稱：抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨及其制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復合人工骨及其制備方法，尤其涉及一種抗菌性載銀羥基磷灰石/ 碳納米管復合人工骨及其制備方法，屬于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
長期以來，研制理想的生物材料替代自體骨進行骨缺損修復一直是醫(yī)學和材料學領(lǐng) 域的重要課題。羥基磷灰石(Hydroxyapatite，簡稱HAp)與自然骨的無機質(zhì)成分相同， 結(jié)構(gòu)相似，因此具有良好的生物活性和生物相容性，已在臨床上廣泛用作骨缺損修復和 骨填充整形材料。然而，羥基磷灰石作為一種無機非金屬材料，有著該類材料的共性 強度和韌性很低。碳納米管具有獨特的金屬或半導體的導電性、極強的機械強度、韌性、 較大的比表面積，可廣泛應用于各種高科技技術(shù)領(lǐng)域，是一種新型的功能材料和結(jié)構(gòu)材 料。前期研究表明，碳納米管的加入可以極大的提高羥基磷灰石基體的強度，獲得可用 于硬組織替代的骨修復材料。另一方面，'具有良好生物活性的羥基磷灰石亦為細菌附著提供了便利場所，植入材 料界面引發(fā)的感染往往會引起植入體的過早松動和脫落，并引發(fā)鄰近組織和器官的感染 甚至壞死，導致手術(shù)的失敗，同時也給患者帶來二次手術(shù)的痛苦和經(jīng)濟上的重大負擔。 目前，臨床上對于感染性或污染性骨缺損的治療方法不多，通常采取先清創(chuàng)、引流，待 感染傷口愈合后再次進行自體骨移植。治療周期長，效果差。也有一些學者，將人工骨 復合某種抗生素用于治療感染性或污染性骨缺損，但終究因抗生素的抗菌譜有限，應用 3日左右就會使細菌產(chǎn)生抗體，致使蛋白質(zhì)變性，從而出現(xiàn)耐藥現(xiàn)象，并進一步使感染 加重，更加難以控制。這種做法己經(jīng)被證實是臨床耐藥性菌株增加的重要途徑之一，是 違背合理應用抗菌素原則的方法。在抗菌性金屬離子中，銀離子(Ag+)具有抗菌廣譜、殺菌效率高、不易產(chǎn)生抗藥 性等特點，因此被廣泛應用于無機抗菌劑中。載銀抗菌劑的抗菌機理是銀離子可與菌體 中酶蛋白的巰基(一SH)強烈地結(jié)合，使一些以此為必要基的酶喪失活性，從而達到滅 菌作用。但是，科學研究表明，過量的重金屬元素，可以導致機體中毒，甚至死亡。因 此，如何掌握合理的用量是關(guān)系到人身安全的一項關(guān)鍵的內(nèi)容。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨及其制備方法。本發(fā)明所述抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨是一種理想的抗感染性人 工骨替代與填充材料，適合在骨創(chuàng)傷外科和整形重建外科中的應用，該人工骨既保持了 羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨較強的力學性能、良好的生物性能，同時又可以治療和 預防感染，避免多次手術(shù)。本發(fā)明所述的抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨，是以羥基磷灰石/碳納 米管復合人工骨為載體表面吸附銀離子制得；其特征在于所述復合人工骨的成分中碳納米管的質(zhì)量分數(shù)為1% 15%;銀離子的質(zhì)量分數(shù)為1% 8%。進一步的，所述復合人工骨的成分中碳納米管的質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選5% 10%;銀離子的 質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選3%~6%。其中上述羥基磷灰石順納米管復合人工骨粉體采用原位合成法制得。本發(fā)明所述抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨的制備方法，步驟是以原位 合成法制備的羥基磷灰石/碳納米管復合粉體為原料，利用離子交換與離子吸附作用制備 出載銀羥基磷灰石/碳納米管復合粉體，然后采用熱壓燒結(jié)制備出抗菌性復合人工骨。進一步具體的制備方法，由以下步驟實現(xiàn)-1) 稱取碳納米管質(zhì)量分數(shù)為1% 15%的羥基磷灰石/碳納米管粉體，加入到去離 子水中，超聲波震蕩20 100min，形成穩(wěn)定的懸浮液；2) 稱取一定量的硝酸銀，將其加入到去離子水中，配成重量百分比濃度為1% 的硝酸銀溶液；3) 按照銀離子質(zhì)量分數(shù)為1% 8%,量取相應的步驟2)所得的硝酸銀溶液， 在攪拌條件下緩慢加入到步驟1)所制得的懸浮液中，在溫度為20 6(TC的 條件下攪拌60-300min，形成的沉淀以常規(guī)方式離心、醇洗、干燥，得載銀 羥基磷灰石/碳納米管復合粉體；4) 將步驟3)所得復合粉體在氮氣保護下，以1100'C土30'C保溫20min±5min條 件進行熱壓燒結(jié)，即得抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨。上述的制備抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨的方法中 步驟l)所述羥基磷灰石/碳納米管粉體中碳納米管質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選5% 10%;超聲波 震蕩的時間優(yōu)選30 60min。步驟3)所述硝酸銀溶液的銀離子質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選3% 6%。步驟3)所述攪拌溫度優(yōu)選30 50。C,攪拌時間優(yōu)選100 200min。步驟3)所述醇洗優(yōu)選采用75%乙醇溶液。步驟4)所述熱壓燒結(jié)溫度的升溫速度優(yōu)選是4(TC/miri在本發(fā)明中，采用羥基磷灰石娥納米管復合粉體作為載體材料。復合粉體對于銀離 子的負載作用一方面來自于銀離子與羥基磷灰石中鈣離子的離子交換作用，另一方面來 自于碳納米管與銀離子之間的吸附作用。在前者中，由于兩種離子電荷不同，而且離子 半徑相差很大，因此Ag+對Ca"的取代多發(fā)生在載體的表面，很難進入到晶格內(nèi)部去， 從而其載銀效果不佳。利用高溫作用，可以促使載體表面的Ag+深入擴散到晶格內(nèi)部去， 從而得到更加穩(wěn)定的載銀效果，這是高溫煅燒可以提高載銀效果的原因。對于普通的載 銀粉體進行高溫煅燒時，Ag+發(fā)生散逸的現(xiàn)象十分突出，不利于進行高溫煅燒。在本發(fā) 明中，所得載銀羥基磷灰石/碳納米管復合粉體中羥基磷灰石是一種處于納米態(tài)的粉體， 它具有很強的吸附效應，可以吸附大量的Ag+，同時也處于一種高能狀態(tài)，具有極強的 反應活性。在熱壓燒結(jié)過程中，通過晶格變形，使Ag+深入到晶格內(nèi)部，達到了較好的 載銀效果。本發(fā)明具有如下突出的有益效果本發(fā)明是針對目前感染性和污染性骨缺損病例，克服普通人工骨材料的缺點研究出 來的可以抗菌的人工骨替代與填充材料。由于銀離子的載入是在材料成型之前，因此材 料內(nèi)外部銀離子濃度比較均一，可以保證銀離子在較長時間內(nèi)降解。這樣， 一方面可以 起到有效地抗菌、滅菌作用，防止感染性和污染性骨缺損部位的再度感染，另一方面， 可以加速感染性和污染性骨缺損部位的愈合。進一步的實驗證明本發(fā)明所制備的載銀羥 基磷灰石/碳納米管復合人工骨對大腸桿菌及金黃色葡萄球菌24h抑菌率均達100%。
具體實施方式
實施例11) 稱取5g羥基磷灰石順納米管粉體(碳納米管質(zhì)量分數(shù)5%),加入到100mL去 離子水中，超聲波震蕩30min,形成穩(wěn)定的懸浮液；2) 稱取lg硝酸銀，加入到100mL去離子水中，配成硝酸銀溶液；3) 量取10mL如步驟2)所得硝酸銀溶液，在機械攪拌下緩慢加入到步驟1)所述 懸浮液中；4) 將步驟3)所得懸浮液在2(TC下攪拌60min，所得沉淀經(jīng)離心、醇洗、干燥，得 到載銀羥基磷灰石娥納米管復合粉體；5) 將步驟4)所得復合粉體熱壓燒結(jié)(氮氣保護，110(TC保溫20min，升溫速度40 ^C/min),即可得到抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨。實施例21) 稱取5g羥基磷灰石/碳納米管粉體(碳納米管質(zhì)量分數(shù)10%),加入到100mL去 離子水中，超聲波震蕩30min，形成穩(wěn)定的懸浮液；2) 稱取lg硝酸銀，加入到100mL去離子水中，配成硝酸銀溶液；3) 量取50mL如步驟2)所得硝酸銀溶液，在機械攪拌下緩慢加入到步驟1)所述 懸浮液中；4) 將步驟3)所得懸浮液在3(TC下攪拌60min，所得沉淀經(jīng)離心、75% (v/v)乙醇 洗、干燥，得到載銀羥基磷灰石/碳納米管復合粉體；5) 將步驟4)所得復合粉體熱壓燒結(jié)(氮氣保護，1100'C保溫20min,升溫速度40 'C/min),即可得到抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨。實施例31) 稱取5g羥基磷灰石/碳納米管粉體(碳納米管質(zhì)量分數(shù)15%)，加入到lOOmL去 離子水中，超聲波震蕩30min，形成穩(wěn)定的懸浮液；2) 稱取lg硝酸銀，加入到100mL去離子水中，配成硝酸銀溶液；3) 量取20mL如步驟2)所得硝酸銀溶液，在機械攪拌下緩慢加入到步驟1)所述 懸浮液中；4) 將步驟3)所得懸浮液在40'C下攪拌80min，所得沉淀經(jīng)離心、醇洗、干燥，得 到載銀羥基磷灰石/碳納米管復合粉體；5) 將步驟4)所得復合粉體熱壓燒結(jié)(氮氣保護，110(TC保溫20min，升溫速度40XVmin)，即可得到抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨。
上述實施例中所述羥基磷灰石/碳納米管粉體的制備采用原位合成法，詳見"盧志華， 孫康寧，趙中帆.原位合成制備碳納米管/羥基磷灰石復合粉體.硅酸鹽學報.2007年 35巻2期"。
上述3個實施例所得到的載銀羥基磷灰石娥納米管復合人工骨樣品進行下列檢測 經(jīng)過RigakuD/MAX-VA-X-ray衍射儀分析證實載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人
工骨為羥基磷灰石和碳納米管的復合體。
經(jīng)過JEM-100CxII能譜分析證實載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨含有鈣、
磷、氧和銀元素。
經(jīng)過最小抑菌濃度(MIC)測定和抑菌率測定證實載銀羥基磷灰石凍納米管復合 人工骨對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌都有良好的殺菌作用，其24h抑菌率均達100%。
權(quán)利要求
1、一種抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨，是以羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨為載體表面吸附銀離子制得；其特征在于所述復合人工骨的成分中碳納米管的質(zhì)量分數(shù)為1％～15％；銀離子的質(zhì)量分數(shù)為1％～8％。
2、 如權(quán)利要求1所述的抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨，其特征在于 所述復合人工骨的成分中碳納米管的質(zhì)量分數(shù)為5% 10%;銀離子的質(zhì)量分數(shù)為3% 6%。
3、 如權(quán)利要求1所述的抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨，其特征在于 所述羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨粉體采用原位合成法制得。
4、 權(quán)利要求1或2所述抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨的制備方法， 步驟是以原位合成法制備的羥基磷灰石/碳納米管復合粉體為原料，利用離子交換與離子 吸附作用制備出載銀羥基磷灰石/碳納米管復合粉體，然后采用熱壓燒結(jié)制備出抗菌性復 合人工骨。
5、 如權(quán)利要求4所述抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨的制備方法，其 特征在于由以下步驟實現(xiàn)1) 稱取碳納米管質(zhì)量分數(shù)為1% 15%的羥基磷灰石/碳納米管粉體，加入到去離 子水中，超聲波震蕩20 100min，形成穩(wěn)定的懸浮液；2) 稱取一定量的硝酸銀，將其加入到去離子水中，配成重量百分比濃度為1% 的硝酸銀溶液；3) 按照銀離子質(zhì)量分數(shù)為1% 8%，量取相應的步驟2)所得的硝酸銀溶液， 在攪拌條件下緩慢加入到步驟1)所制得的懸浮液中，在溫度為2(K60'C的 條件下攪拌60 300min，形成的沉淀以常規(guī)方式離心、醇洗、干燥，得載銀 羥基磷灰石順納米管復合粉體；4) 將步驟3)所得復合粉體在氮氣保護下，以110(TC士3(TC保溫20min±5min條 件進行熱壓燒結(jié)，即得抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨。
6、 如權(quán)利要求5所述的制備抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨的方法， 其特征在于步驟l)所述羥基磷灰石條納米管粉體中碳納米管質(zhì)量分數(shù)選5% 10%; 超聲波震蕩的時間選30~60min。
7、 如權(quán)利要求5所述的制備抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨的方法， 其特征在于步驟3)所述硝酸銀溶液的銀離子質(zhì)量分數(shù)選3% 6%。
8、 如權(quán)利要求5所述的制備抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨的方法， 其特征在于步驟3)所述攪拌溫度選30 50'C，攪拌時間選100 200min。
9、 如權(quán)利要求5所述的制備抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨的方法， 其特征在于步驟3)所述醇洗采用75%乙醇溶液。
10、 如權(quán)利要求5所述的制備抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨的方法， 其特征在于步驟4)所述熱壓燒結(jié)溫度的升溫速度是4(TC/min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨及其制備方法，是以原位合成法制備的羥基磷灰石/碳納米管復合粉體為載體，通過離子交換與離子吸附作用得到載銀羥基磷灰石/碳納米管復合粉體；以此粉體為原料，采用熱壓燒結(jié)法制備出抗菌性載銀羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨。本發(fā)明所得人工骨抑菌效果明顯，既保持了羥基磷灰石/碳納米管復合人工骨較強的力學性能和良好的生物性能，同時又可以治療和預防感染，避免多次手術(shù)。
文檔編號A61L27/54GK101530633SQ20091002053
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者盧志華, 孫康寧, 孫曉寧 申請人:山東大學