專利名稱：可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用作硬組織修復(fù)或替代的一種可緩釋生物活性因子的類骨 生物醫(yī)用材料及其制備方法。
技術(shù)背景羥基磷灰石涂層具有優(yōu)良的生物相容性，骨傳導(dǎo)性。利用等離子噴涂工藝 在醫(yī)用金屬移植體表面制備羥基磷灰石涂層治療骨疾病，恢復(fù)患者生理機能在臨床獲得了廣泛的應(yīng)用。如中國專利CN1064610采用等離子噴涂工藝在齒科金 屬表面制備羥基磷灰石涂層，中國專利CN1316274采用電解沉積法制備羥基磷 灰石涂層等。但是，等離子噴涂工藝過程溫度達到一千度以上，無法實現(xiàn)在涂 層中引入穩(wěn)定性有限的生物活性因子。而單純的羥基磷灰石涂層生物活性有限， 并不能刺激成骨細胞的增殖和分化，進而促進成骨作用。這使得植入體在體內(nèi) 與骨組織結(jié)合緩慢，治愈期長，效果不佳。模仿自然骨成分和形成過程，利用 電化學(xué)反應(yīng)為膠原分子自組裝和礦化提供反應(yīng)動力和微環(huán)境，獲得成分和結(jié)構(gòu) 與骨組織相似的生物活性涂層，同時可控的釋放生物活性因子調(diào)控促進骨生長， 是增強醫(yī)用移植體材料生物活性，加快早期治愈速度的理想方法。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料及其制備方法。本發(fā)明的可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料，由醫(yī)用金屬移植體和 涂覆在醫(yī)用金屬移植體表面的可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層組成， 所說的生物活性因子為骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-4，骨形態(tài)發(fā)生蛋白 -7，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2基因中的一種或幾種，所說的類骨生物活性涂層為膠原纖 維和鈣磷酸鹽復(fù)合物。上述的醫(yī)用金屬移植體可以是鈦、鈦合金、鈷鉻鉬合金、鈷鉻合金、醫(yī)用 不銹鋼或具有羥基磷灰石涂層、含氟羥基磷灰石涂層或二氧化鈦涂層的醫(yī)用金 屬移植體?？删忈屔锘钚砸蜃拥念惞巧镝t(yī)用材料的制備方法，包括以下步驟1) 將含鈣和磷的化合物溶于水中，配制成Ca濃度為2.0mM 42mM， P濃 度為1 mM 25 mM的A溶液；2) 將溶解有膠原的酸性溶液與A溶液混合，攪拌形成B溶液，使B溶液中 膠原濃度為0.1g/L 3.0g/L;然后加入生物活性因子，使溶液中生物活性因子的 濃度為0.01 5g/L，調(diào)節(jié)溶液的pH值為3.5 5.0，作為電解質(zhì)溶液；3) 在電化學(xué)沉積裝置中，將醫(yī)用金屬移植體用作陰極，鉑為陽極，飽和甘 汞電極或氯化銀電極為參比電極浸入電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液溫度為18°C 50 °C，陰極與陽極間工作距離為1 cm 20cm。4) 采用恒電流或恒電壓模式在醫(yī)用基體表面電沉積，恒電流模式的電流大 小為0.5 mA 100mA，恒電壓模式的電壓為1 V 30 V，沉積時間為0.05 h~24 h。 反應(yīng)結(jié)束后取出醫(yī)用金屬移植體清洗，干燥后獲得可緩釋生物活性因子的類骨 生物醫(yī)用材料。上述的含鈣化合物可以是硝酸鈣或氯化鈣，所說的含磷化合物可以是磷酸 二氫銨、磷酸二氫鈉或磷酸二氫鉀。所說的酸性溶液為鹽酸或醋酸溶液。所說 的生物活性因子可以是骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-4，骨形態(tài)發(fā)生蛋白 -7，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2基因中的一種或幾種。本發(fā)明制備的可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料是模仿了 自然骨形成過程，在低溫水溶液的環(huán)境中，采用電化學(xué)沉積的方法為鈣磷酸鹽 的沉積和膠原分子的自組裝提供了動力學(xué)支持，能有效地在醫(yī)用移植體表面獲 得類骨的生物活性涂層。而且在本發(fā)明中，通過鈣磷酸鹽和生物活性因子的共 沉積將生物活性因子結(jié)合到類骨生物活性涂層中，能實現(xiàn)可控的緩釋生物活性 因子，調(diào)控并誘導(dǎo)骨形成。本發(fā)明中引入的生物活性因子中，骨形態(tài)發(fā)生蛋白 在體內(nèi)可誘導(dǎo)新骨形成，加快骨修復(fù)。骨形態(tài)發(fā)生蛋白基因通過調(diào)控細胞內(nèi)源 性的合成骨形態(tài)發(fā)生蛋白，從而促進骨組織的修復(fù)和生長。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1) 本發(fā)明制備過程從分子水平上模仿自然骨形成過程，在低溫水溶液中 通過鈣磷酸鹽的沉積和膠原分子自組裝成膠原纖維合成化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)與 自然骨類似的生物活性涂層。(2) 本發(fā)明采用電解沉積的方法在醫(yī)用基體周圍的電解質(zhì)溶液形成pH梯 度，為沉積鈣磷酸鹽在醫(yī)用基體表面的沉積和膠原纖維的吸附和礦化提供了良 好的環(huán)境。(3) 本發(fā)明采用電解沉積的方法有利于在涂層中引入生物活性因子。(4) 本發(fā)明制備的可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料可 降解并且緩釋生物活性因子。(5) 本發(fā)明制備的可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料生 物活性良好，通過緩釋生物活性因子誘導(dǎo)骨生長，加快治愈過程。(6)本發(fā)明采用的制備工藝條件簡單易行，高效，易于產(chǎn)業(yè)化。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例進一步說明本發(fā)明。 實施例1將Ca(N03)2 6H20和NH4H2P04溶于蒸餾水中，配制成鈣濃度為4.5 mM， 磷濃度為9 mM的A溶液。將膠原溶于鹽酸溶液后與A溶液混合，形成B溶液， 使得B溶液中膠原濃度為0.2g/L。將骨形態(tài)蛋白-2加入B溶液，使溶液中骨形 態(tài)蛋白-2濃度為0.01 g/L，并用氨水將溶液的pH值調(diào)節(jié)到5.0，作為電解質(zhì)溶 液。將醫(yī)用鈦合金移植體用作陰極，鉑為陽極，飽和甘汞電極為參比電極浸入 電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液的溫度為37t:，陰陽兩電極工作距離為2cm,采用恒 電流的模式保持電流為15mA，沉積lh后取出醫(yī)用金屬移植體清洗，干燥后獲 得可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料。 實施例2將Ca(N03)2 6H20和KH2P04溶于蒸餾水中，配制成鈣濃度為42 mM，磷 濃度為25mM的A溶液。將膠原溶于醋酸溶液后與A溶液混合，形成B溶液， 使得B溶液中膠原濃度為0.5g/L。將骨形態(tài)蛋白-4加入B溶液，使得溶液中骨 形態(tài)蛋白-4濃度為0.2g/L，并用Tris緩沖溶液將溶液的pH值調(diào)節(jié)到3.5，作為 電解質(zhì)溶液。將醫(yī)用不銹鋼移植體用作陰極，鉑為陽極，氯化銀電極為參比電 極浸入電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液的溫度為18°C，陰陽兩電極工作距離為20cm， 采用恒電壓的模式保持電壓為30 V，沉積0.5 h后取出醫(yī)用不銹鋼移植體清洗， 干燥后獲得可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料。 實施例3將CaCl2和NaH2P04溶于蒸餾水中，配制成鈣濃度為2 mM，磷濃度為1 mM 的A溶液。將膠原溶于鹽酸溶液后與A溶液混合，形成B溶液，使得B溶液中 膠原濃度為5 g/L。將骨形態(tài)蛋白-7加入B溶液，使得溶液中骨形態(tài)蛋白-7濃度 為5g/L，并用氨水將溶液的pH值調(diào)節(jié)到5.0，作為電解質(zhì)溶液。將醫(yī)用鈷鉻鉬 合金移植體用作陰極，鉑為陽極，飽和甘汞電極為參比電極浸入電解質(zhì)溶液， 電解質(zhì)溶液的溫度為5(TC，陰陽兩電極工作距離為2cm，釆用恒電流的模式保 持電流為10mA，沉積24h后取出醫(yī)用鈷鉻鉬合金移植體清洗，干燥后獲得可 緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料。 實施例4 將Ca(N03)2 6H20和NH4H2P04溶于蒸餾水中，配置成鈣濃度為21 mM， 磷濃度為15 mM的A溶液。將膠原溶于醋酸溶液后與A溶液混合，形成B溶 液，使得B溶液中膠原濃度為lg/L。將骨形態(tài)蛋白-2基因加入B溶液，使得溶 液中骨形態(tài)蛋白-2基因濃度為0.2g/L，并用氨水將溶液的pH值調(diào)節(jié)到4.5，作為電解質(zhì)溶液。將醫(yī)用具有含氟羥基磷灰石涂層的金屬移植體用作陰極，鉑為 陽極，飽和甘汞電極為參比電極浸入電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液的溫度為33°C， 陰陽兩電極工作距離為3cm，采用恒電流的模式保持電流為10mA，沉積0.5 h 后取出醫(yī)用金屬移植體清洗，干燥后獲得可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料。 實施例5將Ca(N03)2 6H20和麗4112 04溶于蒸餾水中，配置成鈣濃度為5 mM， 磷濃度為IO mM的A溶液。將膠原溶于醋酸溶液后與A溶液混合，形成B溶 液，使得B溶液中膠原濃度為0.5g/L。將骨形態(tài)蛋白-2加入B溶液，使得溶液 中骨形態(tài)蛋白-2濃度為0.05 g/L，并用氨水將溶液的pH值調(diào)節(jié)到5.0，作為電 解質(zhì)溶液。將醫(yī)用具有二氧化鈦涂層的金屬移植體用作陰極，鉑為陽極，飽和 甘汞電極為參比電極浸入電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液的溫度為25°C，陰陽兩電極 工作距離為3cm，采用恒電壓的模式保持電壓為3V，沉積2h后取出醫(yī)用移 植體清洗，干燥后獲得可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料。 實施例6將Ca(N03)2 6H20和NH4H2P04溶于蒸餾水中，配置成鈣濃度為4.5 mM， 磷濃度為9 mM的A溶液。將膠原溶于醋酸溶液后與A溶液混合，形成B溶液， 使得B溶液中膠原濃度為0.5 g/L。將骨形態(tài)蛋白-2基因加入B溶液，使得溶液 中骨形態(tài)蛋白-2基因生物活性因子濃度為0.02 g/L，并用Tris緩沖溶液將溶液的 pH值調(diào)節(jié)到4.8，作為電解質(zhì)溶液。將醫(yī)用金屬移植體用作陰極，鉑為陽極， 氯化銀電極為參比電極浸入電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液的溫度為37°C，陰陽兩電 極工作距離為2cm，采用恒電壓的模式保持電流為3V，沉積1.5h后取出醫(yī)用 移植體清洗，干燥后獲得可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料。
權(quán)利要求
1.可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料，其特征是由醫(yī)用金屬移植體和涂覆在醫(yī)用金屬移植體表面的可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層組成，所說的生物活性因子為骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-4，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-7，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2基因中的一種或幾種，所說的類骨生物活性涂層為膠原纖維和鈣磷酸鹽復(fù)合物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料，其特 征是所說的醫(yī)用金屬移植體為鈦、鈦合金、鈷鉻鉬合金、鈷鉻合金、醫(yī)用不銹 鋼或具有羥基磷灰石涂層、含氟羥基磷灰石涂層或二氧化鈦涂層的醫(yī)用金屬移 植體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料的制備方法，其特征是包括以下步驟1) 將含鈣和磷的化合物溶于水中，配制成Ca濃度為2.0mM 42mM， P濃 度為1 mM 25 mM的A溶液；2) 將溶解有膠原的酸性溶液與A溶液混合，攪拌形成B溶液，使B溶液中 膠原濃度為0.1g/L 3.0g/L;然后加入生物活性因子，使溶液中生物活性因子的 濃度為0.01 5g/L，調(diào)節(jié)溶液的pH值為3.5 5.0，作為電解質(zhì)溶液；3) 在電化學(xué)沉積裝置中，將醫(yī)用金屬移植體用作陰極，鉑為陽極，飽和甘 汞電極或氯化銀電極為參比電極浸入電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液溫度為18°C~50 °C，陰極與陽極間工作距離為1 cm 20cm。4) 采用恒電流或恒電壓模式在醫(yī)用基體表面電沉積，恒電流模式的電流大 小為0.5mA 100mA，恒電壓模式的電壓為1 V~30 V，沉積時間為0.05 h~24 h。 反應(yīng)結(jié)束后取出醫(yī)用金屬移植體清洗，干燥后獲得可緩釋生物活性因子的類骨 生物醫(yī)用材料。
4. 按權(quán)利要求3所述的可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料的制備方 法，其特征是所說的含鈣化合物為硝酸鈣或氯化鈣。
5. 按權(quán)利要求3所述的可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料的制備方 法，其特征是所說的含磷化合物是磷酸二氫銨、磷酸二氫鈉或磷酸二氫鉀。
6. 按權(quán)利要求3所述的可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料的制備方 法，其特征是所說的酸性溶液為鹽酸或醋酸溶液。
7. 按權(quán)利要求3所述的可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料的制備方 法，其特征是所說的生物活性因子為骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-4， 骨形態(tài)發(fā)生蛋白-7，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2基因中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明公開的可緩釋生物活性因子的類骨生物醫(yī)用材料，由醫(yī)用金屬移植體和涂覆在醫(yī)用金屬移植體表面的可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層組成。采用電解沉積的方法制備，電解質(zhì)溶液中含鈣、磷化合物、骨基質(zhì)膠原蛋白和生物活性因子，以醫(yī)用金屬移植體為工作電極，鉑為參考電極，通過電極反應(yīng)在醫(yī)用金屬移植體表面沉積可緩釋生物活性因子的類骨生物活性涂層。采用本發(fā)明方法在金屬移植體表面獲得的生物活性涂層與單純的無機相涂層相比，在成分和結(jié)構(gòu)上與自然骨更相似，而且能可控的緩釋生物活性因子，調(diào)控并促進骨生長。解決了商業(yè)用等離子噴涂羥基磷灰石涂層生物活性有限，不能促進骨生長，所需治愈時間長等缺點。本發(fā)明制備工藝簡單、高效、易于產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號A61L27/00GK101156964SQ20071015655
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月8日
發(fā)明者宋晨路, 張溪文, 剛 徐, 杜丕一, 汪建勛, 鴿 沈, 逵 程, 翁文劍, 苗順東, 趙高凌, 韓高榮 申請人:浙江大學(xué)