專利名稱：骨誘導性多孔鈦人工骨的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物醫(yī)用材料制備技術(shù)，特別涉及一種骨誘導性多孔鈦人工骨的
制備新方法，屬于生物醫(yī)學材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
從臨床的觀點來看，理想的骨替換修復材料應(yīng)該具有優(yōu)異的力學性能，良好的生物相容性，骨傳導性以及骨誘導性。 以羥基磷灰石(HA)為代表的磷酸鈣類生物陶瓷材料與自然骨的無機成分類似，不僅具有良好的生物相容性和骨傳導性，而且特定多孔結(jié)構(gòu)的磷酸鈣陶瓷還具有骨誘導性，即在不外加生長因子或成骨細胞的非骨環(huán)境下能誘導骨的形成。但由于其強度低、脆性大以及在生理環(huán)境中抗疲勞性差而僅限于非負重部位的骨缺損修復。 多孔鈦及其合金因其不僅具有良好的生物相容性，而且具有優(yōu)異的力學性能使其能夠用作承重部位的骨缺損修復而引起了廣泛的興趣。它的彈性模量可以通過改變孔隙率來調(diào)整，使其達到與被替換骨組織近似匹配的力學性能，從而減輕或消除應(yīng)力屏蔽。連通的三維多孔結(jié)構(gòu)有利于水分和營養(yǎng)物質(zhì)在植入體內(nèi)部傳輸，促進骨組織向內(nèi)生長形成生物固定，從而增強植入體與骨之間的界面穩(wěn)定性。然而，鈦是一種生物惰性材料，自身的骨傳導性是有限的。因此，一些表面改性方法用來提高多孔鈦的生物活性以及骨誘導性。Vehof等和van den Dolder J等分別在多孔鈦纖維網(wǎng)眼上裝載成骨細胞或骨形態(tài)發(fā)生蛋白，植入動物體內(nèi)后異位誘導了骨形成和提高了材料的骨愈合能力(Vehof， J.W.M.etal.Bone formation in calcium—phosphate—coated titanium mesh. Biomaterials,2000 ;21 (19) :2003-2009.Vehof， J. W. M. et al. Histologicalcharacterization of theearly stages of bone morphogenetic protein—inducedosteogenisis. Journal ofBiomedical Materials Research,2002 ;61(3) :440_449. vanden Dolder J. et al. Bonetissue reconstruction using titanium fiber meshcombined with rat bone marrowstromal cells. Biomaterials, 2003 ;24 :1745-50) 。 Habibovic等在多孔鈦合金植入體上制備仿生磷酸八鈣涂層，發(fā)現(xiàn)這種植入體能夠提高植入體的骨傳導性和賦予其骨誘導性(Pamela Habibovic et al， Biologicalperformance of uncoated and octacalciumphosphate-coated Ti6A14V， Biomaterials,26 (2005) 23-36)。 Fujibayashi等禾口Takemoto等對等離子噴涂的多孔鈦進行化學和熱處理，植入狗背部肌肉后異位誘導了骨的形成(Fujibayashi S， et al. Osteoinduction of porous bioactive titaniummetal.Biomaterials,2004 ;25 (3) :443-450.Takemoto M， et al.Osteoinductiveporous titanium implants :Effect of sodium removal by dilute HC1 treatment.Biomaterials, 2006 ;27(13) :2682-2691.)。然而，細胞或骨形態(tài)發(fā)生蛋白/支架構(gòu)建物存在運輸、保存及長期安全性等問題。至于在多孔鈦上制備仿生磷酸八鈣涂層，它與基體之間弱的結(jié)合強度以及涂層的厚度在多孔鈦植入體的內(nèi)外表面不均勻仍然是一個問題。因此僅僅通過對多孔鈦基體進行直接表面活化，而不需在表面預先沉積鈣磷層，就能賦予其骨誘導性的表面活化方法具有廣闊的前景。目前有報道認為具有骨誘導性的生物材料在骨植入部位比不具有骨誘導性的材料顯示出更好的成骨性能(Pamela Habibovic，et al. Osteoinductive biomaterials—properties and relevance in bone r印air，JOURNALOF TISSUE ENGINEERING AND REGENERATIVE MEDICINE, 2007 ;1 :25-32)。因此，制備骨誘導性多孔鈦人工骨具有很大的實用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是針對上述骨誘導性多孔鈦人工骨制備方法的不足之處和用作骨組織修復的廣闊應(yīng)用前景，提供一種工藝簡單、成本較低的表面活化新方法來制備具有骨誘導性的多孔鈦人工骨，以進一步加快骨的愈合過程。 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下措施構(gòu)成的技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
本發(fā)明用于骨誘導性多孔鈦人工骨的制備方法，依次包括以下工藝步驟
(1)加工清洗 將用漿料發(fā)泡法制備好的多孔鈦塊體，或其他方法制備好的多孔鈦塊體經(jīng)機加工成所需要的形狀后，依次用石油醚，丙酮，無水乙醇和去離子水分別超聲清洗20分鐘，再用去離子水沖洗干凈后在室溫下晾干，即得多孔鈦人工骨；
(2)對多孔鈦人工骨進行表面活化
或酸堿處理 將清洗好的多孔鈦人工骨放入由體積比為1 : 1 : 2的98wt^硫酸、38wt^鹽酸和去離子水配制成的酸溶液中，在7(TC烘箱中放置0. 5-1小時；取出后用去離子水沖洗干凈，然后放入l-6M/L氫氧化鈉堿溶液中，在7(TC烘箱中保持5小時，再用去離子水輕輕沖洗干凈后在室溫下晾干，即得骨誘導性多孔鈦人工骨；
或雙氧水處理 將清洗好的多孔鈦人工骨放入由體積比為1 : 10 : 89的55wt^氫氟酸、65wt^硝酸和去離子水配制成的酸溶液中，在室溫下處理30-90秒，取出后在去離子水中超聲清洗15分鐘，再用去離子水沖洗干凈后在室溫下晾干，然后放入30wt^雙氧水溶液中，于8(TC下處理2-4天，再用去離子水輕輕沖洗干凈后在室溫下晾干，即得骨誘導性多孔鈦人工骨； 或包含五氯化鉭的雙氧水處理 將清洗好的多孔鈦人工骨放入由體積比為1 : 10 : 89的55wt^氫氟酸、65wt^硝酸和去離子水配成的酸溶液中，在室溫下處理30-90秒，取出后在去離子水中超聲清洗15分鐘，再用去離子水沖洗干凈后在室溫下晾干，然后放入包含l-5mM/L五氯化鉭的30wt %雙氧水溶液中于80°C下處理2-4天，取出后在去離子水中超聲清洗15分鐘，再用去離子水沖洗干凈后在室溫下晾干，即得骨誘導性多孔鈦人工骨。 上述技術(shù)方案中，所述多孔鈦塊體為具有多孔結(jié)構(gòu)的多孔鈦塊體，或具有多孔結(jié)構(gòu)的鈦合金塊體。 上述技術(shù)方案中，所述多孔鈦塊體的多孔結(jié)構(gòu)中，其中宏觀大孔尺寸大于100 ym，
且宏觀大孔之間相互貫通，同時其孔壁具有幾微米至數(shù)十微米的微孔。 本發(fā)明還可采用其它表面活化方法如陽極氧化法等，將多孔鈦人工骨活化處理
4后，再用去離子水沖洗干凈并在室溫下晾干，即得骨誘導性多孔鈦人工骨。表面活化處理其特征是能夠使多孔鈦的外部和內(nèi)部連通孔隙表面均勻活化，不需預沉積鈣磷層，但在模擬體液中進行生物活性評價時，活化后的表面在模擬體液中于36. 5t:浸泡，在28天內(nèi)可誘導類骨磷灰石在多孔鈦的外部和內(nèi)部連通孔隙表面沉積，說明多孔鈦人工骨可具有骨誘導性。
本發(fā)明方法制備的骨誘導性多孔鈦人工骨的生物活性評價 本發(fā)明將經(jīng)過活化處理得到的骨誘導性多孔鈦人工骨在模擬體液中浸泡評價其
生物活性，模擬體液是指Kokubo等發(fā)明的模擬人體血清中無機離子組成的溶液，溶液的離
子濃度為142mM Na+， 5mM K+， 1. 5mM Mg2+， 2. 5mM Ca2+， 147. 8mM Cl—， 4. 2mM HC03—， ImM HP042—和
0. 5mM S042—，當骨誘導性多孔鈦人工骨在模擬體液中于36. 5。C浸泡時，在28天內(nèi)觀察到類
骨磷灰石在其表面沉積，證明其具有良好的生物活性。 本發(fā)明方法制備的骨誘導性多孔鈦人工骨的骨誘導性評價 本發(fā)明將經(jīng)過體外生物活性評價的、具有誘導類骨磷灰石沉積能力的骨誘導性多孔鈦人工骨經(jīng)過滅菌后植入成年犬的背部肌肉3-12個月，在骨誘導性多孔鈦人工骨的內(nèi)部孔隙中觀察到骨組織形成時，證明其具有骨誘導性。 本發(fā)明方法制備的骨誘導性多孔鈦人工骨具有以下優(yōu)點和積極的技術(shù)效果
1、本發(fā)明工藝簡單、設(shè)備要求和原料成本低、操作方便。 2、本發(fā)明制備的骨誘導性多孔鈦人工骨有利于加快骨組織缺損或骨組織替換部位的骨愈合過程。 3、本發(fā)明制備的骨誘導性多孔鈦人工骨既具有骨誘導性生物活性陶瓷的優(yōu)點，同時因其具有優(yōu)異的力學性能而克服了骨誘導性生物活性陶瓷脆性的缺點，可用于承重和非承重部位的骨組織替換或骨組織缺損修復。 4、本發(fā)明采用對多孔鈦人工骨表面活化處理，其特點是能夠使多孔鈦的外部和內(nèi)部連通孔隙表面均勻活化，不需預沉積鈣磷層，但在模擬體液中進行生物活性評價時，活化后的表面在模擬體液中于36. 5t:浸泡，在28天內(nèi)可誘導類骨磷灰石在多孔鈦的外部和內(nèi)部連通孔隙表面沉積。


圖1為本發(fā)明酸堿處理中的一個最佳實施例制備的骨誘導性多孔鈦人工骨在模擬體液中浸泡l天后的圖片，其中，(a)為在其表面沉積的類骨磷灰石的掃描電鏡圖，(b)為植入成年犬的背部肌肉3個月的組織切片圖；(c)為兔橈骨段缺損修復1月的大體圖，(d)為兔橈骨段缺損修復1月的組織切片圖； 圖2為本發(fā)明雙氧水處理中的一個最佳實施例制備的骨誘導性多孔鈦人工骨在模擬體液中浸泡1天后的圖片，其中，(a)為在其表面沉積的類骨磷灰石的掃描電鏡圖，(b)為植入成年犬的背部肌肉5個月的組織切片圖； 圖3為本發(fā)明包含五氯化鉭的雙氧水處理中的一個最佳實施例制備的骨誘導性多孔鈦人工骨在模擬體液中浸泡1天后的圖片，其中，(a)為在其表面沉積的類骨磷灰石的掃描電鏡圖，(b)為植入成年犬的背部肌肉5個月的組織切片圖。
具體實施例方式
下面通過具體實施例并結(jié)合效果圖對本發(fā)明進行具體的描述和進一步的詳細說明，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅限于實施例中所涉及的內(nèi)容。
實施例1 將用槳料發(fā)泡法制備好的多孔鈦塊體經(jīng)機加工成長4mm，寬5mm，高12mm的樣品，其孔尺寸主要分布在100-700 i！ m，平均大孔尺寸為270 y m，孔壁粗糙，有2-70微米的微孔分布于大孔壁上。將樣品依次用石油醚，丙酮，無水乙醇和去離子水分別超聲清洗20分鐘，再用去離子水沖洗干凈后在室溫下晾干，即得多孔鈦人工骨。將清洗好的多孔鈦人工骨放入由體積比為l : 1 : 2的98wt^硫酸、38wt^鹽酸和去離子水配成的酸溶液中，在7(TC烘箱中放置1小時；取出后用去離子水沖洗干凈，然后放入6M/L氫氧化鈉溶液中，在7(TC保持5小時，再用去離子水輕輕沖洗干凈后在室溫下晾干，即制備出骨誘導性多孔鈦人工骨。這種骨誘導性多孔鈦人工骨在30ml模擬體液中于36. 5t:浸泡l天，即可在其內(nèi)外表面觀察到類骨磷灰石沉積，掃描電鏡圖片如圖l(a)所示；這種骨誘導性多孔鈦人工骨經(jīng)Y射線滅菌后植入成年犬的背部肌肉3個月，即可在其內(nèi)部孔隙中觀察到骨組織的形成，組織學切片觀察如圖l(b)所示。 將本實例制備的骨誘導性多孔鈦人工骨用于兔橈骨段缺損修復1月，其修復效果如圖l(c)所示，組織切片如圖l(d)所示，骨誘導性多孔鈦人工骨與骨組織界面結(jié)合良好無間隙，孔內(nèi)大量骨組織填充，表明骨誘導性多孔鈦人工骨用于骨組織修復，有利于增強修復部位的骨組織再生和界面結(jié)合，在骨組織修復方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
實施例2 將用槳料發(fā)泡法制備好的多孔鈦塊體經(jīng)機加工成直徑4mm，高10mm的樣品，其孔尺寸主要分布在100-700 ii m，平均大孔尺寸為320 y m，孔壁粗糙，有2-70微米的微孔分布于大孔壁上。將樣品依次用石油醚，丙酮，無水乙醇和去離子水分別超聲清洗20分鐘，再用去離子水沖洗干凈后在室溫下晾干，即得多孔鈦人工骨。將清洗好的多孔鈦人工骨放入由體積比為l : 10 : 89的55wt^氫氟酸、65wt^硝酸和去離子水配成的酸溶液中，在室溫下處理90秒，取出后在去離子水中超聲清洗15分鐘，再用去離子水沖洗干凈后在室溫下晾干；然后放入30wt^雙氧水溶液中于8(TC下處理3天，再用去離子水輕輕沖洗干凈后在室溫下晾干，即可制備出骨誘導性多孔鈦人工骨。這種骨誘導性多孔鈦人工骨在30ml模擬體液中于36. 5t:浸泡1天，即可在其內(nèi)外表面觀察到類骨磷灰石沉積，掃描電鏡圖片如圖2(a)所示；這種骨誘導性多孔鈦人工骨經(jīng)Y射線滅菌后植入成年犬的背部肌肉5個月，即可在其內(nèi)部孔隙中觀察到骨組織的形成，組織學切片觀察如圖2(b)所示。
實施例3 將用漿料發(fā)泡法制備好的多孔鈦合金塊體經(jīng)機加工成邊長為5mm的正方體樣品，其孔尺寸主要分布在100-700 ii m，平均大孔尺寸為450 y m，孔壁粗糙，有2-80微米的微孔分布于大孔壁上。將樣品依次用石油醚，丙酮，無水乙醇和去離子水分別超聲清洗20分鐘，再用去離子水沖洗干凈后在室溫下晾干，即得多孔鈦人工骨。將清洗好的多孔鈦人工骨放入由體積比為l : 10 : 89的55wt^氫氟酸、65wt^硝酸和去離子水配成的酸溶液中，在室溫下處理90秒，取出后在去離子水中超聲清洗15分鐘，再用去離子水沖洗干凈后在室溫下晾干；然后放入包含3mM/L五氯化鉭的30wt^雙氧水溶液中于8(TC下處理3天，取出后在去離子水中超聲清洗15分鐘，再用去離子水沖洗干凈后在室溫下晾干，即制備出骨誘導性 多孔鈦人工骨。這種骨誘導性多孔鈦人工骨在30ml模擬體液中于36. 5t:浸泡1天，即可在 其內(nèi)外表面觀察到類骨磷灰石沉積，掃描電鏡圖片如圖3(a)所示；這種骨誘導性多孔鈦人 工骨經(jīng)Y射線滅菌后植入成年犬的背部肌肉5個月，即可在其內(nèi)部孔隙中觀察到骨組織的 形成，組織學切片觀察如圖3(b)所示。 以上實施例通過表面活化方法制備的骨誘導性多孔鈦人工骨，在模擬體液中浸泡 后，證明其具有良好的生物活性；骨誘導性多孔鈦人工骨經(jīng)過滅菌后植入成年犬的背部肌 肉，在骨誘導性多孔鈦人工骨的內(nèi)部孔隙中觀察到骨組織形成，證明其具有骨誘導性。因 此，本發(fā)明制備的骨誘導性多孔鈦人工骨用于骨組織修復，將有利于增強修復部位的骨組 織再生和界面結(jié)合，在骨組織修復方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
一種骨誘導性多孔鈦人工骨的制備方法，其特征在于依次包括以下工藝步驟(1)加工清洗將制備好的多孔鈦塊體經(jīng)機加工成所需要的形狀后，依次用石油醚，丙酮，無水乙醇和去離子水分別超聲清洗20分鐘，再用去離子水沖洗干凈后在室溫下晾干，即得多孔鈦人工骨；(2)對多孔鈦人工骨進行表面活化或酸堿處理將清洗好的多孔鈦人工骨放入由體積比為1∶1∶2的98wt％硫酸、38wt％鹽酸和去離子水配制成的酸溶液中，在70℃烘箱中放置0.5-1小時；取出后用去離子水沖洗干凈，然后放入1-6M/L氫氧化鈉堿溶液中，在70℃烘箱中保持5小時，再用去離子水輕輕沖洗干凈后在室溫下晾干，即得骨誘導性多孔鈦人工骨；或雙氧水處理將清洗好的多孔鈦人工骨放入由體積比為1∶10∶89的55wt％氫氟酸、65wt％硝酸和去離子水配制成的酸溶液中，在室溫下處理30-90秒，取出后在去離子水中超聲清洗15分鐘，再用去離子水沖洗干凈后在室溫下晾干，然后放入30wt％雙氧水溶液中，于80℃下處理2-4天，再用去離子水輕輕沖洗干凈后在室溫下晾干，即得骨誘導性多孔鈦人工骨；或包含五氯化鉭的雙氧水處理將清洗好的多孔鈦人工骨放入由體積比為1∶10∶89的55wt％氫氟酸、65wt％硝酸和去離子水配成的酸溶液中，在室溫下處理30-90秒，取出后在去離子水中超聲清洗15分鐘，再用去離子水沖洗干凈后在室溫下晾干，然后放入包含1-5mM/L五氯化鉭的30wt％雙氧水溶液中于80℃下處理2-4天，取出后在去離子水中超聲清洗15分鐘，再用去離子水沖洗干凈后在室溫下晾干，即得骨誘導性多孔鈦人工骨。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨誘導性多孔鈦人工骨的制備方法，其特征在于所述多孔鈦塊體為具有多孔結(jié)構(gòu)的多孔鈦鈦塊，或具有多孔結(jié)構(gòu)的鈦合金塊體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的骨誘導性多孔鈦人工骨的制備方法，其特征在于所述多孔鈦塊體的多孔結(jié)構(gòu)中，其中宏觀大孔孔尺寸大于lOOym，且宏觀大孔之間相互貫通，同時其孔壁具有幾微米至數(shù)十微米的微孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種骨誘導性多孔鈦人工骨制備方法。該方法將多孔鈦塊體加工成所需形狀并清洗干凈；再將其表面活化將其放入由硫酸、鹽酸和去離子水配成的酸溶液中處理，接著放入氫氧化鈉堿溶液中；或放入氫氟酸、硝酸和去離子水配成的酸溶液中處理，接著放入雙氧水溶液中；或放入氫氟酸、硝酸和去離子水配成的酸溶液中處理，接著放入含五氯化鉭的雙氧水溶液中；其特征為不需預沉積鈣磷層就可使多孔鈦表面均勻活化，在模擬體液中于36.5℃浸泡，28天內(nèi)可誘導類骨磷灰石沉積；可賦予多孔鈦人工骨以骨誘導性。本發(fā)明制備的骨誘導性多孔鈦人工骨用于骨組織修復、替換或增強，增強植入部位骨組織再生和界面結(jié)合；且工藝簡單、操作方便。
文檔編號A61L27/06GK101745144SQ20091026505
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者張興棟, 李虎, 范紅松, 趙朝勇 申請人:四川大學