專(zhuān)利名稱(chēng)：生物植入材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物植入材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
通常，有幾種聚合物被用作用于活體(或身體)中軟組織的材料或作為導(dǎo)管等的材料。但是，這些材料受活體的排異。特別是在導(dǎo)管等的情況下，因?yàn)榛铙w內(nèi)外相通，細(xì)菌很可能通過(guò)皮膚上的開(kāi)口而進(jìn)入活體，因而容易引起炎癥或感染。所以這些材料不能長(zhǎng)期使用。
用造影劑如硫酸鋇或氧化鎢埋入導(dǎo)管等中構(gòu)成的造影線會(huì)造成導(dǎo)管沿著造影線斷裂，所以從強(qiáng)度觀點(diǎn)看，這是一個(gè)不穩(wěn)定因素。此外，一種造影劑直接嵌入的材料會(huì)由于造影劑的釋放而對(duì)活體造成傷害。
已知羥基磷灰石具有優(yōu)異的生物相容性，所以在臨床上被用作例如人造骨。但是，因?yàn)榱u基磷灰石與活體組織相比非常硬，并且缺乏彈性和柔韌性，所以它不適合作為用于軟組織的材料(如導(dǎo)管)。
發(fā)明的公開(kāi)鑒于上述先有技術(shù)的情況，本發(fā)明的目的是提供一種不會(huì)引起炎癥并能在活體中長(zhǎng)期起作用的生物植入材料，該材料具有柔韌性和彈性，還具有優(yōu)異的生物相容性和造影性(不需要造影線)。
本發(fā)明所提供的生物植入材料包含粒徑為2微米或更小的超細(xì)羥基磷灰石粉和一種聚合物或低聚物的混合物。
本發(fā)明還提供了制備生物植入材料的方法，該方法包括將通過(guò)濕合成法得到的羥基磷灰石干燥或熱處理制成其超細(xì)粉，然后將其與聚合物或低聚物混合。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明現(xiàn)在參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。


圖1和2是表示實(shí)施例1的結(jié)果的圖。圖1表示硅橡膠的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度隨羥基磷灰石(HA)加入量的變化，圖2表示試樣周?chē)傻睦w維層厚度的變化。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式下面將分別詳述本發(fā)明的生物植入材料的組成、形狀或結(jié)構(gòu)和具體應(yīng)用例。
材料的組成及其制備方法本發(fā)明所用的“羥基磷灰石”不僅包括化學(xué)組成用Ca10(PO4)6(OH)2表示的純產(chǎn)物，而且包括那些還含有1-10％碳酸根(CO3)離子、氟或氯離子等代替OH離子的產(chǎn)物。本發(fā)明的羥基磷灰石也包括那些主要含有上述化合物，但為改善燒結(jié)性、強(qiáng)度、多孔性等又可含有加入其中或與其混合的各種眾所周知的添加劑如Ca3(PO4)2、MgO、Na2O、K2O、CaF2、Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3、MnO2、ZnO、C、SrO、PbO、BaO、TiO2、ZrO2的產(chǎn)物。
具有上述成分的羥基磷灰石是指Ca/P摩爾比為1.67的那些羥基磷灰石。但是磷酸鈣類(lèi)本身如有缺陷磷灰石、磷酸三鈣、磷酸四鈣和磷酸八鈣、或包含兩種或更多種這些化合物的復(fù)合產(chǎn)物與羥基磷灰石的作用基本相同。
羥基磷灰石細(xì)粉可以通過(guò)向攪拌的0.5M氫氧化鈣懸浮液中滴加磷酸水溶液進(jìn)行均勻的反應(yīng)形成無(wú)定形羥基磷灰石懸浮液，然后將其過(guò)濾并在60℃下干燥，隨后用超細(xì)研磨設(shè)備如噴射磨研磨而成。將得到的羥基磷灰石超細(xì)粉干燥，從而消除在與聚合物捏和或在150-350℃模制時(shí)因水蒸發(fā)而產(chǎn)生的泡沫，得到均勻的復(fù)合材料。在此，細(xì)粉被轉(zhuǎn)化成低晶的羥基磷灰石，其原生顆粒大小是幾百個(gè)埃。雖然團(tuán)聚的次級(jí)顆粒的大小為約2微米，但在用捏和機(jī)、乳化器、均化器等將它們與聚合物充分捏和的過(guò)程中很容易將其破壞。幾百個(gè)埃大小的顆粒在復(fù)合材中的分散具有使復(fù)合材料的強(qiáng)度降低盡可能小的作用，它不需要如大顆粒那樣添加偶合劑來(lái)提高與聚合物基體的結(jié)合力或粘合力。即使有顆粒從復(fù)合材料釋放或溶解到活組織中，由于粒徑比細(xì)胞的粒徑(平均1微米)小得多，所以由顆粒引起的異體反應(yīng)或細(xì)胞吞噬作用較小。此外，該羥基磷灰石的溶解速率比高晶羥基磷灰石高，因而它具有在早期提高生物相容性的作用。
當(dāng)將羥基磷灰石在800℃或更高的溫度下烘烤時(shí)，它具有較高的結(jié)晶度，同時(shí)顆粒外層開(kāi)始焙解，顆粒也開(kāi)始生長(zhǎng)。因而出現(xiàn)上述問(wèn)題，復(fù)合材料的強(qiáng)度降低，組織響應(yīng)甚至比不含羥基磷灰石的材料更差。
眾所周知羥基磷灰石晶體在約700℃或更高溫度下開(kāi)始生長(zhǎng)，當(dāng)將在700℃或更低溫度下進(jìn)行熱處理的羥基磷灰石植入活體后，組織反應(yīng)很差，例如異體以大分子的形式出現(xiàn)；在800℃至900℃熱處理得到的產(chǎn)物具有最佳的生物相容性。但是發(fā)明者進(jìn)行的動(dòng)物試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，混有在800℃熱處理的羥基磷灰石粉的硅橡膠復(fù)合材料與不含羥基磷灰石粉的硅橡膠相比，能誘發(fā)炎性細(xì)胞的侵入，因而使組織響應(yīng)惡化。
此外，硅氧烷低聚物已被用作整容外科的組織填充物，例如人工乳房。硅氧烷型低聚物可引起強(qiáng)烈的炎性組織反應(yīng)，造成周?chē)浗M織嚴(yán)重增厚而引起各種問(wèn)題如鈍痛。
可用于本發(fā)明的羥基磷灰石優(yōu)選為超細(xì)顆粒的形式。在制備本發(fā)明的羥基磷灰石過(guò)程中的高溫?zé)嵘L(zhǎng)中，因?yàn)轭w粒通過(guò)其結(jié)晶作用而生長(zhǎng)，所以將顆粒在盡可能低的溫度下短時(shí)間干燥，隨后用超細(xì)研磨設(shè)備等研磨以抑制團(tuán)聚作用。因而可以得到一種基體強(qiáng)度降低被抑制并具有羥基磷灰石的生物相容性的理想復(fù)合材料。此外，通過(guò)采用這種低溫可以減少設(shè)備投資。
至于干燥條件，需在200℃或更低溫度下干燥以抑制顆粒的生長(zhǎng)和團(tuán)聚。應(yīng)用諸如冷凍干燥或真空干燥等干燥方法更有效。
為了加速上述的干燥過(guò)程，可在約400℃下進(jìn)行熱處理，但是在此溫度下，顆粒的生長(zhǎng)和團(tuán)聚不可避免。這種情況下，通過(guò)使熱處理前粒徑為5微米或更小，可以得到相當(dāng)滿意的復(fù)合材料。
利用通過(guò)加入占基體重量的5-30％的上述顆粒直徑為2微米或更小的超細(xì)羥基磷灰石粉，隨后均勻、充分地混合而得到的復(fù)合材料，組織反應(yīng)可以明顯減弱，同時(shí)又充分保留了聚合物或低聚物基體的特性。
上述聚合物可選自例如聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹(shù)脂、聚碳酸酯、聚砜、環(huán)氧樹(shù)脂、硅氧烷樹(shù)脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹(shù)脂和糠醇樹(shù)脂。這些樹(shù)脂還可含有增強(qiáng)劑如C、SiC、SiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2、W、Mo、不銹鋼、金屬鈦和其它填料。
低聚物的典型實(shí)例是聚硅氧烷，但是低聚物也可是上述其它高分子材料的低聚物。
實(shí)施例本發(fā)明將通過(guò)下面的實(shí)施例(但并不限于此)進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
實(shí)施例1將用濕合成法制得的粒徑為5微米或更小的羥基磷灰石超細(xì)粉在400℃下干燥過(guò)夜，將得到的干燥粉末分別以5、15和30％(重量)的量與加成型硅橡膠化合物混合。將混合料充分捏和，然后模制成厚2毫米的片材。其后，再進(jìn)行二次硫化。
物理性能試驗(yàn)將產(chǎn)物切成預(yù)定的形狀。然后根據(jù)JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))標(biāo)準(zhǔn)硫化膠物理性能試驗(yàn)法K6301進(jìn)行測(cè)試。
當(dāng)羥基磷灰石加入量分別為0、5、15和30％(重量)時(shí)，相應(yīng)的拉伸強(qiáng)度值為86、83、58和35kgf/cm2。這就是說(shuō)，拉伸強(qiáng)度隨羥基磷灰石加入量的增加而降低。相反，硬度值為69、71、75、80，即硬度隨加入量的增加而增加。
撕裂強(qiáng)度值分別為14、24、26和21kgf/cm2。由此可見(jiàn)，撕裂強(qiáng)度隨羥基磷灰石加入量的增加而增加，并且在加入量為約15％(重量)時(shí)達(dá)到最大值(圖1)。
動(dòng)物試驗(yàn)將大小為15毫米×15毫米、并分別含有0、5、15、30％(重量)羥基磷灰石的各種材料試樣皮下植入狗中。在植入后的兩周、以及1、3和6個(gè)月，將植入的材料與周?chē)慕M織一起取出，并制成病理組織標(biāo)本，通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察。
觀察結(jié)果表明，含羥基磷灰石的復(fù)合材料周?chē)纬傻睦w維層比不含羥基磷灰石的硅橡膠周?chē)睦w維層要薄，并且組織反應(yīng)一般較輕。
在植入六個(gè)月后，復(fù)合材料周?chē)w維層的厚度約為365、290、25和150微米(分別相應(yīng)于羥基磷灰石含量為0、5、15和30％(重量)的試樣)。在羥基磷灰石含量為15％(重量)時(shí)，周?chē)w維層的厚度最小(圖2)。
實(shí)施例2將用濕合成法得到的羥基磷灰石試樣分別在60℃、400℃或800℃下熱處理2小時(shí)，然后用BETT型比表面積儀測(cè)定處理后產(chǎn)物的比表面積。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在60℃熱處理的產(chǎn)物的比表面積為約95m2/g，在400℃熱處理時(shí)為約50m2/g，在800℃熱處理時(shí)為約15m2/g。由此可見(jiàn)，低溫干燥可以增加比表面積，即可以抑制伴隨顆粒的結(jié)晶和團(tuán)聚的顆粒生長(zhǎng)。
實(shí)施例3將用濕合成法得到的羥基磷灰石試樣分別在60℃、400℃或800℃熱處理2小時(shí)，得到羥基磷灰石超細(xì)粉。將每種羥基磷灰石超細(xì)粉按15％(重量)的量與硅橡膠化合物混合，然后對(duì)所得各混合物進(jìn)行拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)。
拉伸強(qiáng)度測(cè)定的結(jié)果分別為65、58和48kgf/cm2。由此可見(jiàn)，拉伸強(qiáng)度隨加熱溫度的提高而下降。
工業(yè)適用性如上所述，本發(fā)明的產(chǎn)物可作為長(zhǎng)期使用的組織替代物，并有防止活體產(chǎn)生炎癥的作用；本發(fā)明產(chǎn)物柔韌而有彈性，還具有優(yōu)異的生物相容性和X射線造影性(不需造影線)。
權(quán)利要求
1.一種生物植入材料，該材料包含粒徑為2微米或更小的超細(xì)羥基磷灰石粉和一種聚合物或低聚物的混合物。
2.權(quán)利要求1所述的生物植入材料，其中超細(xì)羥基磷灰石粉以占材料總重量的5-30％的較少量混入聚合物或低聚物中。
3.一種制備生物植入材料的方法，該方法包括將通過(guò)濕合成法得到的羥基磷灰石干燥或熱處理制成其超細(xì)粉，然后將其與聚合物或低聚物混合。
4.權(quán)利要求3所述的制備生物植入材料的方法，其中干燥在200℃或更低的溫度下進(jìn)行。
5.權(quán)利要求3所述的制備生物植入材料的方法，其中熱處理前羥基磷灰石的粒徑為5微米或更小，熱處理溫度為400℃或更低。
全文摘要
一種包含粒徑為2微米或更小的超細(xì)羥基磷灰石粉和一種聚合物或低聚物的混合物的生物植入材料，它可作為組織替代物在活體中長(zhǎng)期使用而不會(huì)引起炎癥，該材料柔韌而有彈性，還有優(yōu)異的生物相容性和造影性(不需要造影線)；以及所述生物植入材料的制備方法。
文檔編號(hào)A61L29/12GK1119832SQ9419156
公開(kāi)日1996年4月3日 申請(qǐng)日期1994年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月10日
發(fā)明者青木秀希, 秦美治, 吉澤和剛, 飯?zhí)锫『?申請(qǐng)人:株式會(huì)社前進(jìn)