一種用于b超檢測的類人工骨材料及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于B超檢測的類人工骨材料，其組成包括：納米級羥基磷灰石4.8-9.0g，微米級羥基磷灰石3.0-7.2g，硅烷偶聯(lián)劑15-20ml，無水乙醇90ml，去離子水10ml，Ⅰ型膠原蛋白：根據(jù)處于不同部位或年齡段骨骼的真實(shí)狀況加入上述組分重量20-40%的Ⅰ型膠原蛋白,固化劑:聚丙烯酸6g，檸檬酸4g，磷酸0.7-1.8g。本發(fā)明研發(fā)的類人工骨材料表面致密，聲衰小，具有和真實(shí)骨骼相接近的聲學(xué)參數(shù)，在B超下檢測圖像清晰，置于主要成分為水的仿肌肉組織材料中不易降解或潰散，具有一定的強(qiáng)度和韌性，能夠很好地用于對B超設(shè)備圖像的檢測和校準(zhǔn)。
【專利說明】一種用于B超檢測的類人工骨材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于B超檢測的類人工骨材料及制備方法，屬于生物替代材料醫(yī)學(xué)計(jì)量研究【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]仿組織超聲模體是一種對B超設(shè)備成像質(zhì)量進(jìn)行檢測與校正的器具，它作為一個(gè)科學(xué)技術(shù)概念首先出現(xiàn)于美國，并于20世紀(jì)80年代初形成產(chǎn)品。我國仿組織超聲模體的研究始于20世紀(jì)80年代，目前國內(nèi)計(jì)量部門使用的仿組織超聲模體主要是由中國科學(xué)院聲學(xué)研究所承擔(dān)研制的“KS系列”超聲模體。在醫(yī)療訓(xùn)練教學(xué)、醫(yī)學(xué)圖像處理、醫(yī)療設(shè)備檢測等領(lǐng)域開發(fā)一種與人體器官外形一致、聲學(xué)參數(shù)相近、包含多種組織的高精度多組織仿真超聲模體具有重要的應(yīng)用價(jià)值和社會意義。美國CIRS公司生產(chǎn)的以胎兒為研究對象的超聲模體，形狀與胎兒形態(tài)相似，B超下能清晰地觀察到胎兒的全部輪廓，但其只采用一種專用凝膠材料制備仿肌肉組織，缺少仿骨骼部分。
[0003]國內(nèi)外對于以羥基磷灰石為基體材料的人工骨研究很多，但是主要以多孔結(jié)構(gòu)和可降解性為主，用于骨修復(fù)、骨填充和骨誘導(dǎo)的修補(bǔ)等方面。多孔結(jié)構(gòu)有利于骨組織、骨細(xì)胞在骨形成蛋白的誘導(dǎo)下在孔壁上形成和生長；羥基磷灰石在液態(tài)環(huán)境中會發(fā)生潰散現(xiàn)象，因此體內(nèi)液態(tài)環(huán)境會促進(jìn)類人工骨的降解，類人工骨的可降解性能保證新生骨組織達(dá)到結(jié)構(gòu)和性能與宿主骨組織相一致的要求。高精度多組織仿真超聲模體人工骨與植入人體的人工骨要求不一致。由于所制造的類人工骨主要是應(yīng)用于B超檢測，而B超是根據(jù)回聲強(qiáng)弱來判別不同部位的，如果人工骨表面有孔洞，B超聲衰很大根本無法檢測到人工骨，因此要求制備的類人工骨表面致密無孔、聲衰小、與人體真實(shí)骨骼聲學(xué)參數(shù)相接近。作為B超儀器檢測器具的一部分，該 人工骨不需要刺激新生骨組織，必須具備存放于主要成分是水的仿肌肉組織材料中，長期保持形狀不降解或潰散的特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用于B超檢測的仿真超聲模體內(nèi)部類人工骨材料及制備方法。對羥基磷灰石粉末表面進(jìn)行改性處理，使得改性后的羥基磷灰石粉末制備的類人工骨達(dá)到在B超下檢測能夠顯示輪廓清晰可辨的骨骼圖像，作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)超聲模體用于醫(yī)療訓(xùn)練教學(xué)和醫(yī)療設(shè)備檢測。
[0005]這種用于B超檢測的類人工骨材料，其組成包括:
[0006]納米級羥基磷灰石4.8-9.0g,
[0007]微米級羥基磷灰石3.0-7.2g,
[0008]硅烷偶聯(lián)劑15_20ml，
[0009]無水乙醇90ml，
[0010]去離子水10ml，
[0011]I型膠原蛋白:根據(jù)處于不同部位或年齡段骨骼的具體狀況加入上述組分重量20-40%的I型膠原蛋白，
[0012]固化劑:
[0013]聚丙烯酸6g，檸檬酸4g，磷酸0.7-1.8g。
[0014]所述用于B超檢測的類人工骨材料，其組成是:納米級羥基磷灰石4.Sg、微米級羥基磷灰石7.2g、硅烷偶聯(lián)劑15ml、無水乙醇90ml、去離子水10ml、I型膠原蛋白50.8g、聚丙烯酸6g、檸檬酸4g和磷酸1.5g。
[0015]所述用于B超檢測的類人工骨材料，其組成是:納米級羥基磷灰石6.0g、微米級羥基磷灰石6.0g、硅烷偶聯(lián)劑20ml、無水乙醇90ml、去離子水10ml、I型膠原蛋白26.4g、聚丙烯酸6g、檬酸4g和磷酸1.8g。 [0016]所述用于B超檢測的類人工骨材料，其組成是:納米級羥基磷灰石9.0g、微米級羥基磷灰石3.0g、硅烷偶聯(lián)劑20ml、無水乙醇90ml、去離子水10ml、I型膠原蛋白46.2g、聚丙烯酸6g、檸檬酸4g和磷酸0.7g。
[0017]所述用于B超檢測的類人工骨材料的制備方法，包括如下步驟:
[0018]Ajf 90ml無水乙醇與IOml去離子水混合，再加入體積為15ml的KH550硅烷偶聯(lián)劑，靜置一段時(shí)間后放入40-60°C水浴加熱，加熱時(shí)間為45-60min ；
[0019]B、將納米級羥基磷灰石與微米級羥基磷灰石倒入步驟A的溶液中，交替進(jìn)行超聲波分散與磁力攪拌，每種方法均需lh，共進(jìn)行4h，得到白色凝膠；
[0020]C、利用離心機(jī)對白色凝膠離心直到除去其中多余的硅烷偶聯(lián)劑；
[0021]D、將白色凝膠置于80°C烘干箱中干燥12h，研磨后得到白色粉末；
[0022]E、首先利用超聲波分散器將檸檬酸溶解到聚丙烯酸中；然后依次加入步驟D所述改性后的羥基磷灰石粉末，在攪拌過程中滴加入磷酸，攪拌均勻后根據(jù)骨骼的真實(shí)狀況加入為類人工骨總量20-40%的I型膠原蛋白，充分混合后倒入骨骼模具中，在室溫下干燥固化。
[0023]所述用于B超檢測的類人工骨材料的制備方法，步驟B所述的微米級羥基磷灰石的制作步驟為:按鈣和磷原子個(gè)數(shù)比1.5-1.65稱取硝酸鈣和五氧化二磷，然后把硝酸鈣飽和水溶液和5%五氧化二磷醇溶液進(jìn)行攪拌4-6h，靜置4h，得到白色凝膠；把白色凝膠放在80-100°C恒溫干燥箱中干燥12h，得到白色粉末；將白色粉末放到熱處理爐中120°C低溫加熱并保溫2-4h，打開爐門，放入空氣15-30min，然后80(TC高溫加熱并保溫2_6h，最后爐冷至室溫，將得到的粉末進(jìn)行研缽研磨后，得到白色微米級羥基磷灰石粉末。
[0024]所述用于B超檢測的類人工骨材料的制備方法，步驟B所述的納米級羥基磷灰石的制作步驟為:按鈣和磷原子個(gè)數(shù)比1.65-1.7稱取硝酸鈣和五氧化二磷，然后把硝酸鈣飽和水溶液和5%五氧化二磷醇溶液進(jìn)行攪拌6-8h，靜置4h，得到白色凝膠；把白色凝膠放在100-120°C恒溫干燥箱中干燥12h，得到白色粉末；將白色粉末放到熱處理爐中120°C低溫加熱并保溫4-6h，急冷后高溫800°C加熱并保溫2-6h，最后爐冷至室溫，將得到的粉末進(jìn)行研缽研磨后，得到白色超細(xì)粉末，即納米級羥基磷灰石粉末。
[0025]本發(fā)明采用溶膠凝膠法制備羥基磷灰石粉末，通過改變醇解溫度和熱處理工藝制備出了顆粒粒徑由微米級到納米級梯度改變的羥基磷灰石粉末。為使制造的類人工骨在成分上與真實(shí)骨骼保持一致，采用I型膠原蛋白作為主要有機(jī)成分，與上述方法制備出的羥基磷灰石粉末以不同比例混合，加入固化劑后，利用抽真空法或是機(jī)械振動法制造出與身體不同部位或是年齡段的骨骼情況接近的類人工骨，本發(fā)明制造的類人工骨是作為B超儀器檢測器具的一部分而存在，并非醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域中植入人或動物體內(nèi)的活性誘導(dǎo)或是修復(fù)成分，因此該人工骨不需要刺激新生骨組織，主要作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)超聲模體用于醫(yī)療訓(xùn)練教學(xué)和醫(yī)療設(shè)備檢測。
[0026]本發(fā)明研發(fā)的類人工骨材料表面致密，聲衰小，具有和真實(shí)骨骼相接近的聲學(xué)參數(shù)，在B超下檢測圖像清晰，置于主要成分為水的仿肌肉組織材料中不易降解或潰散，具有一定的強(qiáng)度和韌性，能夠很好地用于對B超設(shè)備圖像的檢測和校準(zhǔn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明材料制作的髖骨模型
[0028]利用髖骨CT 數(shù)據(jù)3D打印出塑料材質(zhì)髖骨模型，根據(jù)互補(bǔ)原理通過翻模得到髖骨硅膠模具，將本發(fā)明方法制備得到的改性后的羥基磷灰石粉末與固化劑混合后注入髖骨硅膠模具中，固化成型后拆模得到類人工骨材料的髖骨模型。
[0029]圖2為本發(fā)明在B超下檢測結(jié)果圖像。
[0030]將本發(fā)明制備的模型置于B超下進(jìn)行檢測，從B超圖像上，可以清晰觀察到模型輪廓，在骨骼聲學(xué)參數(shù)方面，有著聲衰小、和人體真實(shí)骨骼聲學(xué)參數(shù)相接近的特征。
[0031]圖3為現(xiàn)有類人工骨材料置于仿肌肉組織材料中浸泡效果圖
[0032]在主要成分為水的仿肌肉組織中浸泡一段時(shí)間后，明顯地看到材料發(fā)生潰散現(xiàn)象
[0033]圖4為本發(fā)明材料未浸泡前
[0034]圖5為本發(fā)明材料浸泡之后
[0035]在同樣的仿肌肉組織中浸泡一段時(shí)間后本發(fā)明沒有發(fā)生潰散現(xiàn)象，并且和浸泡前尺寸、表面狀況相比較無明顯變化。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面是制作類人工骨材料作為高精度多組織仿真超聲模體骨骼部分材料的具體實(shí)施例。
[0037]其中微米級和納米級羥基磷灰石為自制，I型膠原蛋白外購自北京諾博萊德科技有限公司
[0038]微米級羥基磷灰石的制作步驟為:按鈣和磷原子個(gè)數(shù)比1.5-1.65稱取硝酸鈣和五氧化二磷，然后把硝酸鈣飽和水溶液和5%五氧化二磷醇溶液進(jìn)行攪拌4-6h，靜置4h，得到白色凝膠；把白色凝膠放在80-100°C恒溫干燥箱中干燥12h，得到白色粉末；將白色粉末放到熱處理爐中120°C低溫加熱并保溫2-4h，打開爐門，放入空氣15-30min，然后高溫加熱并800°C保溫2-6h，最后爐冷至室溫，將得到的粉末進(jìn)行研缽研磨后，得到白色超細(xì)粉末，即羥基磷灰石粉末。
[0039]納米級羥基磷灰石的制作步驟為:按鈣和磷原子個(gè)數(shù)比1.65-1.7稱取硝酸鈣和五氧化二磷，然后把硝酸鈣飽和水溶液和5%五氧化二磷醇溶液進(jìn)行攪拌6-8h，靜置4h，得到白色凝膠；把白色凝膠放在100-120°C恒溫干燥箱中干燥12h，得到白色粉末；將白色粉末放到熱處理爐中120°C低溫加熱并保溫4-6h，急冷后800°C高溫加熱并保溫2-6h，最后爐冷至室溫，將得到的粉末進(jìn)行研缽研磨后，得到白色超細(xì)粉末，即納米級羥基磷灰石粉末。[0040]實(shí)施例1:
[0041]原料配比:
[0042]
納米級羥基磷灰石 4.8 g
微米級羥基磷灰石 7.2 g
KH550硅烷偶聯(lián)劑15 ml
無水乙醇90 ml
去離子水10 ml
I型膠原蛋白50.8g [0043]固化劑配比:
[0044]聚丙烯酸6g
[0045]檸檬酸4g
[0046]磷酸1.5g
[0047]操作步驟如下:
[0048](I)將90ml無水乙醇與IOml去離子水混合，再加入體積為15ml的KH550硅烷偶聯(lián)劑，靜置一段時(shí)間后放入40°C水浴加熱，加熱時(shí)間為60min ；
[0049](2)將4.Sg納米級羥基磷灰石與7.2g微米級羥基磷灰石倒入步驟(1)的溶液中，交替進(jìn)行超聲波分散與磁力攪拌，每種方法均需lh，共進(jìn)行4h，得到白色凝膠；
[0050](3)利用離心機(jī)對白色凝膠離心直到除去其中多余的硅烷偶聯(lián)劑；
[0051](4)將白色凝膠置于80°C烘干箱中干燥12h，研磨后得到白色粉末；
[0052](5)首先利用超聲波分散器將4g檸檬酸溶解到6g聚丙烯酸中；然后依次加入上述改性后的羥基磷灰石粉末，在攪拌過程中滴加入1.5g磷酸，攪拌均勻后根據(jù)掌骨骨骼的真實(shí)狀況加入為類人工骨總量40%的I型膠原蛋白，大約50.Sg，充分混合后倒入骨骼模具中，在室溫下干燥固化。
[0053]實(shí)施例2:
[0054]原料配比:
[0055]
【權(quán)利要求】
1.一種用于B超檢測的類人工骨材料，其組成包括: 納米級羥基磷灰石4.8-9.0g, 微米級羥基磷灰石3.0-7.2g， 硅烷偶聯(lián)劑15-20ml， 無水乙醇90ml, 去離子水10ml， I型膠原蛋白:根據(jù)處于不同部位或年齡段骨骼的具體狀況加入上述組分重量20-40%的I型膠原蛋白， 固化劑: 聚丙烯酸6g，檸檬酸4g，磷酸0.7-1.8g。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于B超檢測的類人工骨材料，其特征在于組成是:納米級羥基磷灰石4.8g、微米級羥基磷灰石7.2g、硅烷偶聯(lián)劑15ml、無水乙醇90ml、去離子水10ml、I型膠原蛋白50.8g、聚丙烯酸6g、檸檬酸4g和磷酸1.5g。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用 于B超檢測的類人工骨材料，其特征在于組成是:納米級羥基磷灰石6.0g、微米級羥基磷灰石6.0g、硅烷偶聯(lián)劑20ml、無水乙醇90ml、去離子水10ml、I型膠原蛋白26.4g、聚丙烯酸6g、檬酸4g和磷酸1.8g。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于B超檢測的類人工骨材料，其特征在于組成是:納米級羥基磷灰石9.0g、微米級羥基磷灰石3.0g、硅烷偶聯(lián)劑20ml、無水乙醇90ml、去離子水10ml、I型膠原蛋白46.2g、聚丙烯酸6g、檸檬酸4g、和磷酸0.7g。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于B超檢測的類人工骨材料的制備方法，其特征包括如下步驟: A、將90ml無水乙醇與IOml去離子水混合，再加入體積為15ml的KH550硅烷偶聯(lián)劑，靜置一段時(shí)間后放入40-60°C水浴加熱,加熱時(shí)間為45-60min ； B、將納米級羥基磷灰石與微米級羥基磷灰石倒入步驟A的溶液中，交替進(jìn)行超聲波分散與磁力攪拌，每種方法均需lh，共進(jìn)行4h，得到白色凝膠； C、利用離心機(jī)對白色凝膠離心直到除去其中多余的硅烷偶聯(lián)劑； D、將白色凝膠置于80°C烘干箱中干燥12h，研磨后得到白色粉末； E、首先利用超聲波分散器將檸檬酸溶解到聚丙烯酸中；然后依次加入步驟D所述改性后的羥基磷灰石粉末，在攪拌過程中滴加入磷酸，攪拌均勻后根據(jù)骨骼的真實(shí)狀況加入為類人工骨總量20-40%的I型膠原蛋白，充分混合后倒入骨骼模具中，在室溫下干燥固化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述用于B超檢測的類人工骨材料的制備方法，其特征在于步驟B所述的微米級羥基磷灰石的制作步驟為:按鈣和磷原子個(gè)數(shù)比1.5-1.65稱取硝酸鈣和五氧化二磷，然后把硝酸鈣飽和水溶液和5%五氧化二磷醇溶液進(jìn)行攪拌4-6h，靜置4h，得到白色凝膠；把白色凝膠放在80-100°C恒溫干燥箱中干燥12h，得到白色粉末；將白色粉末放到熱處理爐中120°C低溫加熱并保溫2-4h，打開爐門，放入空氣15-30min，然后800°C高溫加熱并保溫2-6h，最后爐冷至室溫，將得到的粉末進(jìn)行研缽研磨后，得到白色微米級羥基磷灰石粉末。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述用于B超檢測的類人工骨材料的制備方法，其特征在于步驟B所述的納米級羥基磷灰石的制作步驟為:按鈣和磷原子個(gè)數(shù)比1.65-1.7稱取硝酸鈣和五氧化二磷，然后把硝酸鈣飽和水溶液和5%五氧化二磷醇溶液進(jìn)行攪拌6-8h，靜置4h，得到白色凝膠；把白色凝膠放在100-120°C恒溫干燥箱中干燥12h，得到白色粉末；將白色粉末放到熱處理爐中 120°C低溫加熱并保溫4-6h，急冷后800°C高溫加熱并保溫2-6h，最后爐冷至室溫，將得到的粉末進(jìn)行研缽研磨后，得到白色超細(xì)粉末，即納米級羥基磷灰石粉末。
【文檔編號】C08L89/00GK103642251SQ201310681211
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】齊海波, 申軍軍, 馬婧, 任德亮, 張洋 申請人:石家莊鐵道大學(xué)