專利名稱：骨替代材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)晶很少的合成羥基磷灰石，它可以用作人或動(dòng)物的骨替代材料或用作其它用途。本發(fā)明還涉及用于在低溫下形成結(jié)晶很少的羥基磷灰石的無(wú)定形磷酸鹽化合物的合成方法。
背景技術(shù)：
磷酸鈣是硬組織(骨頭、軟骨、齒釉和牙質(zhì))的主要成分。天然存在的骨材料是由納米大小的、結(jié)晶很少的具有羥基磷灰石結(jié)構(gòu)的磷酸鈣形成的。但是，與理想的化學(xué)計(jì)量的Ca/P原子比為1.67的結(jié)晶羥基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2不同的是，骨礦物質(zhì)的組成明顯不同并且可以由下列通式來(lái)表示Ca8.3(PO4)4.3(HPO4，CO3)1.7(OH，CO3)0.3骨礦物質(zhì)非化學(xué)計(jì)量主要是由于存在二價(jià)離子，如CO32-和HPO42-，它們?nèi)〈巳齼r(jià)PO43-離子。HPO43-和CO32-離子的取代使Ca/P比發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致Ca/P比根據(jù)年齡和骨頭的位置而在1.50-1.70之間變化。通常，Ca/P比在骨頭的老化過(guò)程中逐漸增加，這就說(shuō)明碳酸鹽的量通常對(duì)于較老的骨頭增加較多。
正是Ca/Po比，它與納米晶體尺寸及很低的結(jié)晶性能一起使骨礦物質(zhì)產(chǎn)生特殊的溶解性能。而且由于骨組織承受不斷的由礦物質(zhì)吸收細(xì)胞(破骨細(xì)胞)和礦物質(zhì)生成細(xì)胞(成骨細(xì)胞)調(diào)節(jié)的組織修復(fù)，因此礦物質(zhì)溶解性能在使這些細(xì)胞在活動(dòng)之間保持良好的代謝平衡方面是特別重要的。
與天然骨礦物質(zhì)非常相似的人造骨移植材料是天然骨頭的一種合適替代品。令人滿意的人造骨頭應(yīng)當(dāng)避免自身骨頭(病人自己的骨頭)的獲得和收集問(wèn)題以及與同種異基因移植骨頭(來(lái)自尸體的骨頭)有關(guān)的危險(xiǎn)及復(fù)雜性，例如病毒轉(zhuǎn)移的危險(xiǎn)。因此，人們不斷地嘗試合成與天然骨頭極其相似的陶瓷材料，以用作植入體。羥基磷灰石是優(yōu)選的選擇對(duì)象，這是因?yàn)楸M管它是一種通常具有較大晶體尺寸的化學(xué)計(jì)量晶體，但它與天然存在的骨礦物質(zhì)在化學(xué)上極其相似。
理想的人造骨移植物至少必需具有下列四種性能(1)它必需象羥基磷灰石那樣在化學(xué)上具有生物兼容性；(2)它必需能提供一定的結(jié)構(gòu)完整性，從而將移植物保持在其位置上并且不被接觸，直到病人自己的骨頭圍繞它長(zhǎng)出；(3)它必需是可容形式的以便被吸收，從而使病人自己的骨頭取代外來(lái)的羥基磷灰石；以及(4)由于必需可以將生物分子導(dǎo)入到該人造骨材料中，所說(shuō)的生物分子是例如可以促進(jìn)形成骨頭的成骨細(xì)胞的骨生長(zhǎng)蛋白質(zhì)，要求用來(lái)形成該材料的方法在低溫下進(jìn)行。絕大多數(shù)骨生長(zhǎng)蛋白質(zhì)(例如骨形態(tài)形成蛋白質(zhì))是熱敏性的并且在超過(guò)體溫的溫度下會(huì)失去生物活性。
通過(guò)使用一種其參數(shù)，如Ca/P比、晶體尺寸、結(jié)晶性能、孔隙率、密度、熱穩(wěn)定性和材料純度可以控制的材料，可以滿足這些要求。
現(xiàn)有技術(shù)(LeGerosR.Z.，“口腔生物學(xué)與藥物中的磷酸鈣”卡格爾出版公司，紐約1991)指出高度結(jié)晶的羥基磷灰石可以通過(guò)溶液沉淀而后在高溫(800-1200℃)下燒結(jié)而制得。高溫處理產(chǎn)生高度化學(xué)計(jì)量的羥基磷灰石，其晶體尺寸在數(shù)微米范圍內(nèi)，Ca/P比為1.67。這種高度結(jié)晶的羥基磷灰石具有極低的溶解度，從而它基本上不溶于宿主組織中。因此，它不能被活體骨組織替代并在病人體內(nèi)過(guò)分長(zhǎng)的時(shí)間保持不變。
現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)一步指出羥基磷灰石可以通過(guò)基本上結(jié)晶的磷酸鈣試劑的固相酸堿反應(yīng)來(lái)制備。這種方法導(dǎo)致有時(shí)是反應(yīng)較差的不均勻的材料，該材料相當(dāng)高的結(jié)晶羥基磷灰石含量。
康斯坦斯在美國(guó)專利4880610中報(bào)導(dǎo)了磷酸鈣材料的制備，它是采用高度濃縮的磷酸與一種鈣源在堿和羥基磷灰石晶體的存在下進(jìn)行反應(yīng)而制備的。所獲得的產(chǎn)品是一種多晶材料，它含有結(jié)晶羥基磷灰石礦物。類似地，康斯坦斯等人的美國(guó)專利5053212公開了采用一種粉狀酸來(lái)改進(jìn)酸/堿混合物的操作性和混合性能，但是，它報(bào)導(dǎo)了一種與US4880610相似的混合相磷酸鈣材料。最近，康斯坦斯等人在科學(xué)(第267卷第1796-9頁(yè)，1995.3.24)中報(bào)導(dǎo)了由磷酸一鈣一水合物、β-磷酸三鈣、α-磷酸三鈣和碳酸鈣在磷酸鈉溶液中的反應(yīng)而形成碳酸化磷灰石的過(guò)程，由此產(chǎn)生一種磷酸鈣材料，它仍然基本上比天然存在的骨頭礦物質(zhì)具有更多的晶體。
類似地，布朗等人在US再頒專利33221中報(bào)導(dǎo)了結(jié)晶磷酸四鈣(Ca/P比為2.0)與酸性磷酸鈣的反應(yīng)。劉等人在美國(guó)專利5149368中公開了結(jié)晶磷酸鈣鹽與一種酸性檸檬酸鹽的反應(yīng)。
所有這些現(xiàn)有技術(shù)公開了一種化學(xué)反應(yīng)，該反應(yīng)導(dǎo)致了結(jié)晶磷酸鈣固體，該固體已經(jīng)由人們通過(guò)磷酸鈣結(jié)晶固體的反應(yīng)而制得。人們至今尚未報(bào)導(dǎo)說(shuō)采用無(wú)定形磷酸鈣(Ca/P約為1.5)作為一種反應(yīng)試劑，這是因?yàn)闊o(wú)定形磷酸鈣是磷酸鈣中最少為人們所知的固體并且常規(guī)的無(wú)定形磷酸鈣大都被人們認(rèn)為是惰性的、非活性的固體。
在現(xiàn)有技術(shù)中僅僅提及采用無(wú)定形磷酸鈣作為在常規(guī)高溫處理中形成高度結(jié)晶的羥基磷灰石化合物的直接母物。這種高度結(jié)晶的材料對(duì)于人造骨是不適用的，其原因在于它在生理?xiàng)l件下是高度不可溶解的。
例如，帕爾默等人在US4849193中報(bào)導(dǎo)了結(jié)晶羥基磷灰石粉末的形成過(guò)程，它是通過(guò)將一種酸性磷酸鈣溶液與一種氫氧化鈣溶液反應(yīng)而制得的，這兩種溶液均接近飽和，從而形成一種無(wú)定形羥基磷灰石沉淀粉末。然后隨即將該無(wú)定形粉末干燥并在700-1100℃高溫下燒結(jié)以獲得一種高度結(jié)晶的羥基磷灰石。布朗等人在美國(guó)再頒專利33221中報(bào)導(dǎo)了用作牙齒粘接劑的結(jié)晶羥基磷灰石的形成過(guò)程，它是將特別限定為磷酸四鈣(Ca/P比為2.0)的無(wú)定形相與至少一種強(qiáng)酸性磷酸鈣反應(yīng)。另外，布朗等人沒(méi)有公開這種無(wú)定形磷酸四鈣的制備過(guò)程和性能。唐在US5037639中公開標(biāo)準(zhǔn)無(wú)定形磷酸鈣漿料在牙齒補(bǔ)充礦物質(zhì)中的運(yùn)用。唐提出采用與一種口腔沖洗液或齒糊混合并通過(guò)口腔沖洗液或齒糊輸送的標(biāo)準(zhǔn)惰性無(wú)定形磷酸鈣作為一種口香糖、瀨口液或牙膏，它在進(jìn)入口腔液體中時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)變成含有氟化物的結(jié)晶羥基磷灰石，這可以用來(lái)向齒釉補(bǔ)充礦物質(zhì)。西姆克斯在PCT/GB93/01519中描述了抑制劑，如Mg離子、焦磷酸根的運(yùn)用，它們與無(wú)定形磷酸鈣混合并植入活體組織中。在將例如Mg離子滲入周圍的體液中后，無(wú)定形磷酸鈣-鎂轉(zhuǎn)變成結(jié)晶羥基磷灰石。
人們?nèi)匀恍枰_發(fā)出新型人造骨材料，這種材料更加緊密地與骨頭中天然存在的礦物質(zhì)的性能相似。特別是，人們?nèi)匀恍枰峁┻@樣一種人造骨材料，該材料是可以完全生物吸收的、結(jié)晶很少的納米大小的晶體，它可以在低溫下形成。
本發(fā)明的概述本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種可以生物吸收的骨替代材料。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供可以在低溫下形成并且較容易成型且可注射的骨替代材料。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的在于形成納米大小的、結(jié)晶很少的羥基磷灰石固體，其Ca/P比可以與天然存在的骨礦物質(zhì)相比較。
本發(fā)明的目的在于提供一種將標(biāo)準(zhǔn)惰性無(wú)定形磷酸鈣轉(zhuǎn)變成活性無(wú)定形磷酸鈣的方法。
本發(fā)明的目的在于提供表面性能與天然存在的骨礦物質(zhì)的表面活性極為相似的活性無(wú)定形磷酸鈣。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種活性無(wú)定形磷酸鈣，它可以在低溫下(在體溫37℃下)形成結(jié)晶很少的羥基磷灰石。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種可注射的磷酸鈣混合物。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種獲得活性無(wú)定形磷酸鈣的方法。通過(guò)將鈣離子、磷酸根離子和第三種離子反應(yīng)可以制得活性無(wú)定形磷酸鈣，由此獲得一種無(wú)定形磷酸鈣，然后至少除去部分第三種離子，由此獲得活性無(wú)定形磷酸鈣。
用于本文時(shí)，術(shù)語(yǔ)“無(wú)定形”是指具有明顯無(wú)定形特性的材料。明顯的無(wú)定形特性為75％以上的無(wú)定形含量，優(yōu)選地為大于90％的無(wú)定形含量并且具有寬的無(wú)特征的X-射線衍射圖。可以認(rèn)為在該材料中仍然存在少量結(jié)晶，但是可以預(yù)測(cè)對(duì)于本發(fā)明的無(wú)定形成分，這種結(jié)晶不大于在結(jié)晶很少的羥基磷灰石磷酸鈣產(chǎn)品中所需的結(jié)晶度。
用于本文時(shí)，術(shù)語(yǔ)“活性”是指本發(fā)明的無(wú)定形磷酸鈣與其它磷酸鈣的反應(yīng)性。該活性的特征在于該無(wú)定形磷酸鈣可以在5小時(shí)以內(nèi)、在37℃下硬化并且可以在約1-5小時(shí)內(nèi)、在磷酸鈣或結(jié)晶促進(jìn)劑的存在下基本上硬化。反應(yīng)的完成、反應(yīng)的速度、所獲得的產(chǎn)品的均勻性以及與其它惰性化合物的反應(yīng)能力是本發(fā)明的活性ACP(無(wú)定形磷酸鈣)的特性。
本發(fā)明的另一方面包括一種至少具有90％無(wú)定形特征的活性無(wú)定形磷酸鈣材料，并且其特征在于當(dāng)在37℃下在水中作為與二磷酸二鈣的1∶1混合物制備時(shí)，該混合物在約10-60分鐘內(nèi)硬化。本發(fā)明還包括一種活性無(wú)定形磷酸鈣，它是通過(guò)將無(wú)定形磷酸鈣的碳酸鹽預(yù)成分(pre-component)熱分解成氣態(tài)或蒸汽付產(chǎn)物以除去該預(yù)成分而獲得的。本發(fā)明還包括一種活性無(wú)定形磷酸鈣，它是通過(guò)將無(wú)定形磷酸鈣的不穩(wěn)定成分熱分解成氣態(tài)或蒸汽付產(chǎn)物以除去該不穩(wěn)定成分而獲得的。本發(fā)明還包括一種至少具有90％無(wú)定形特性的活性無(wú)定形磷酸鈣材料，并且其特征在于當(dāng)在37℃下在水中作為與二磷酸二鈣的1∶1混合物制備時(shí)，該反應(yīng)在約75分鐘內(nèi)，優(yōu)選地為40分鐘內(nèi)基本上完成。
本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種制備結(jié)晶很少的羥基磷灰石的方法，其中本發(fā)明的活性無(wú)定形磷酸鈣與第二種磷酸鈣反應(yīng)。第二種磷酸鈣與該活性無(wú)定形磷酸鈣以一定的比例混合形成一種羥基磷灰石磷酸鈣。
本發(fā)明的另一方面還提供了一種制備結(jié)晶很少的羥基磷灰石的方法，其中本發(fā)明的活性無(wú)定形磷酸鈣與一種促進(jìn)劑反應(yīng)。該促進(jìn)劑選擇用來(lái)將該活性無(wú)定形磷酸鈣轉(zhuǎn)變成羥基磷灰石磷酸鈣。
本發(fā)明的另一方面包括可吸收的骨替代材料，它包括具有基本上如圖7d中所示的X-射線衍射圖的結(jié)晶很少的羥基磷灰石。本發(fā)明還包括一種可吸收的骨替代材料，它包括具有下列X-射線衍射圖的結(jié)晶很少的羥基磷灰石，所說(shuō)的衍射圖包括在2θ為26°、28.5°、32°和33°處的寬峰。本發(fā)明還包括一種可吸收的骨替代材料，它包括結(jié)晶很少的羥基磷灰石，其特征在于當(dāng)將其放在鼠肌肉內(nèi)位置時(shí)，在一個(gè)月內(nèi)這種骨替代材料的吸收至少為100毫克，優(yōu)選為300毫克。
該可吸收的骨替代材料進(jìn)一步的特征在于當(dāng)通過(guò)無(wú)定形磷酸鈣與第二種磷酸鹽在一種流體的反應(yīng)而制備時(shí)，該反應(yīng)混合物在約22℃下、在60分鐘以上的時(shí)間以后硬化并且該反應(yīng)混合物在37℃下、在約10-60分鐘內(nèi)硬化。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該混合物在約22℃下可以注射約60分鐘以上。在其它優(yōu)選的實(shí)施方案中，該混合物在約22℃下在約60分鐘以上的時(shí)間內(nèi)可成型。
本發(fā)明的另一個(gè)方面包括一種適用作為可吸收的骨替代材料的可成型漿料。該漿料包括本發(fā)明的活性無(wú)定形磷酸鈣的混合物和第二種磷酸鈣粉末和數(shù)量足以提供所需的稠度的流體，所說(shuō)的混合物能夠在約22℃下硬化。
本發(fā)明的漿料還包括本發(fā)明的活性無(wú)定形磷酸鈣的混合物和選擇用來(lái)將該活性無(wú)定形磷酸鈣轉(zhuǎn)變成羥基磷灰石磷酸鈣的一種促進(jìn)劑和數(shù)量足以提供所需的稠度的流體，所說(shuō)的混合物能夠在約22℃下硬化。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所說(shuō)的混合物在約22℃下、在60分鐘以上的時(shí)間內(nèi)能夠硬化。并且其中所說(shuō)的混合物在約37℃下、在約10-60分鐘內(nèi)硬化。
附圖簡(jiǎn)述將參照下列附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，其中

圖1是所述活性無(wú)定形磷酸鈣的高分辯率透射電子顯微圖，它表示納米大小的晶粒群，這些晶粒群具有模糊的邊緣并且部分處于無(wú)形形狀(箭頭)；圖2是本發(fā)明的活性無(wú)定形磷酸鈣在加熱步驟之前(a)和之后(b)的紅外光譜。注意在加熱處理以后，H-O-H基團(tuán)(～3550cm-1和1640cm-1)和CO32-基團(tuán)(1420-1450cm-1)消失了；圖3是本發(fā)明的活性無(wú)定形磷酸鈣在真空加熱步驟之前(a)和之后(b)X-射線衍射圖。該材料在真空加熱處理之后仍然保持無(wú)定形狀態(tài)。其特征在于在20度和35度衍射角之間沒(méi)有陡峭的吸收峰和寬的極大值。該固體的無(wú)定形狀態(tài)在本發(fā)明的整個(gè)工藝過(guò)程中一直保持；圖4是本發(fā)明的活性無(wú)定形磷酸鈣在真空加熱處理之后的能量分布電子顯微光譜，所說(shuō)的處理工藝產(chǎn)生1.58的Ca/P比；圖5是與結(jié)晶羥基磷灰石相比、由本發(fā)明的無(wú)定形磷酸鈣獲得的結(jié)晶很少的羥基磷灰石的溶解度曲線。可以看到用在37℃下釋放到溶液中的鈣離子的量計(jì)算，本發(fā)明的材料的溶解度明顯高于較高結(jié)晶的羥基磷灰石的溶解度；圖6是活性無(wú)定形磷酸鈣的X射線衍射圖(a)和在用于形成本發(fā)明的骨替代材料的反應(yīng)中所用的二磷酸二鈣的X射線衍射圖；圖7a-d是活性無(wú)定形磷酸鈣與二磷酸二鈣的混合物反應(yīng)形成本發(fā)明的骨替代材料的過(guò)程中的X射線衍射圖8是二磷酸二鈣(a)、本發(fā)明的活性ACP(b)和本發(fā)明的結(jié)晶很少的HA(c)的紅外光譜；以及圖9是天然存在的骨頭的X射線衍射圖。
本發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明提供了一種可以完全吸收并再骨化的結(jié)晶很少的羥基磷灰石(HA)，它作為骨替代材料(BSM)，可用于對(duì)骨疾病和受傷進(jìn)行治療以及用于其它需要可吸收的磷酸鈣的生理運(yùn)用中。本發(fā)明的結(jié)晶很少的HA其特征在于其生理可吸收性及其最少結(jié)晶性。它可以是高度多孔的并且能快速被吸收，也可以是孔隙率較少但可以慢慢被吸收的。其結(jié)晶性能基本上與天然骨頭相類似，沒(méi)有在已知的骨替代材料中所看到的高度結(jié)晶性。本發(fā)明的結(jié)晶很少的HA還是生物相容的并且對(duì)宿主無(wú)害。
在本發(fā)明的一個(gè)重要方面，相對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)已知的骨替代材料來(lái)說(shuō)，結(jié)晶很少的HA特別容易用于外科手術(shù)中。更進(jìn)一步地說(shuō)，該反應(yīng)在體外開始進(jìn)行并且在室溫下慢慢進(jìn)行，從而使該材料在用于手術(shù)位置之前就發(fā)生硬化由此變得不適用的可能性降至最小。該反應(yīng)在體溫下明顯加快并且該材料在某一位置處硬化。此外，結(jié)晶很少的HA的稠度和成型性能以及反應(yīng)速度可以根據(jù)治療需要通過(guò)僅改變幾個(gè)簡(jiǎn)單參數(shù)就可以改變。
本發(fā)明的骨替代材料的可吸收性歸功于其多孔性與大量無(wú)定形特性的結(jié)合。本發(fā)明的骨替代材料包括結(jié)晶很少的羥基磷灰石磷酸鈣，該成分基本上類似于在天然骨頭中發(fā)現(xiàn)的成分。磷灰石缺少結(jié)晶在一定程度上與在含水系統(tǒng)中較高的溶解度(與其它結(jié)晶較多的材料相比)有關(guān)。因此低結(jié)晶性和/或穩(wěn)定的無(wú)定形磷灰石區(qū)域的存在促進(jìn)了其在生理系統(tǒng)中的可吸收性。多孔性使細(xì)胞滲透并進(jìn)入該骨替代材料以及物質(zhì)擴(kuò)散到基質(zhì)內(nèi)部和由基質(zhì)內(nèi)部擴(kuò)散出來(lái)均較容易。因此低孔隙率的骨替代材料比高孔隙率的材料在體內(nèi)吸收更慢。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，反應(yīng)試劑在體外混合，產(chǎn)生適合用于外科手術(shù)位置的可成型骨替代材料。該反應(yīng)通常在運(yùn)用到外科手術(shù)位置上后完成。本發(fā)明的骨替代材料通常在不到5小時(shí)的時(shí)間內(nèi)硬化并且在生理?xiàng)l件下基本上在1-5小時(shí)，優(yōu)選地為約10-30分鐘內(nèi)硬化。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該反應(yīng)是通過(guò)將蒸餾水加入到兩種干成分的混合物中以形成一種稠漿料而開始的，該漿料在半個(gè)小時(shí)時(shí)間內(nèi)會(huì)硬化?？梢圆捎闷渌噭?，如血清或組織培養(yǎng)介質(zhì)來(lái)代替蒸餾水。最常得到的可吸收的結(jié)晶很少的羥基磷灰石是鈣磷比低于1.5的低鈣物質(zhì)(羥基磷灰石理想化學(xué)計(jì)量值約為1.67)。
本發(fā)明還提供了鑒別適用的活性骨替代材料和活性母物的試驗(yàn)方法。該試驗(yàn)方法包括將成分組合在一起，產(chǎn)生可成型的物質(zhì)并驗(yàn)證其在合適的時(shí)間內(nèi)、在體溫溫度下或其附近硬化的能力。然后將以這種方式硬化的成分放在試驗(yàn)動(dòng)物的肌肉內(nèi)并檢查其生理可吸收性。在1個(gè)月內(nèi)、在鼠肌肉內(nèi)將會(huì)吸收100毫克，優(yōu)選地為300毫克本發(fā)明的骨替代材料。某些更慢吸收的骨替代材料可能需要一年以上的時(shí)間來(lái)完全吸收。
骨替代材料的制備反應(yīng)至少采用一種無(wú)定形磷酸鈣(ACP)母物，優(yōu)選地采用一種活化了的ACP母物。在某些情況下，可以僅僅采用一種ACP母物，它可以以可控制的方式部分或全部地轉(zhuǎn)變成本發(fā)明的結(jié)晶很少的HA(骨替代材料)。另外，該反應(yīng)可以采用一種或多種附加的母物，優(yōu)選地為鈣和/或磷酸根源，它們與ACP一起產(chǎn)生本發(fā)明的結(jié)晶很少的羥基磷灰石。在任何情況下，最優(yōu)選的是采用可以在體外開始、以漿料形式進(jìn)行并且在37℃下明顯加快的反應(yīng)。
僅僅ACP母物當(dāng)采用無(wú)定形磷酸鈣作為唯一的母物來(lái)制備可以吸收的骨替代材料時(shí)，重要的一點(diǎn)是控制ACP轉(zhuǎn)化成高度結(jié)晶的羥基磷灰石的自然趨勢(shì)。另一方面，轉(zhuǎn)化的過(guò)程必須足夠快以適用于外科手術(shù)。一種方法是將含有晶體形成抑制劑的ACP(如實(shí)施例1中的ACP)與不含晶體形成抑制劑的ACP(如促進(jìn)劑)混合。將這些試劑在干燥狀態(tài)下混合，它們具有合適的顆粒尺寸并且含有抑制劑。的ACP是過(guò)量的。然后向這些試劑施以形成晶體的條件，如加入水，而后升高溫度，例如在導(dǎo)入體內(nèi)后發(fā)生的情況，以使試劑轉(zhuǎn)化成本發(fā)明的結(jié)晶很少的HA。
ACP母物加上附加的磷酸鈣源采用任何一種反應(yīng)促進(jìn)技術(shù)，可以將ACP與第二種鈣源(包括第二種ACP)反應(yīng)。被加快的反應(yīng)是無(wú)定形磷酸鈣轉(zhuǎn)化成納米級(jí)或結(jié)晶很少的羥基磷灰石的反應(yīng)。這種反應(yīng)包括酸/堿、位移、取代和水解反應(yīng)以及純物理和機(jī)械反應(yīng)(如研磨、混合)。在任何反應(yīng)方案下，重要的一點(diǎn)是ACP在整個(gè)反應(yīng)中保持明顯的無(wú)定形特性。更進(jìn)一步地說(shuō)，在起始產(chǎn)物中的結(jié)晶度不能超過(guò)在最終產(chǎn)物中所要求的。因此，某些反應(yīng)可能需要在反應(yīng)過(guò)程中對(duì)ACP的無(wú)定形特性進(jìn)行穩(wěn)定化處理。已知的合適的晶體形成抑制劑的例子包括碳酸根、氟離子和鎂。
在本發(fā)明的多種形式中，至少有一種母物必須是活化的，以與其它成分在生理?xiàng)l件下起反應(yīng)。在某些優(yōu)選的實(shí)施方案中，ACP成分在加熱條件下活化，以使其與第二種含鈣試劑的反應(yīng)容易進(jìn)行。合適的第二種試劑的例子包括DCPD，其它結(jié)晶或結(jié)晶很少的磷酸鈣，鈣源或磷酸根源，或第二種ACP。也可以采用本領(lǐng)域內(nèi)已知的其它活化方法，如催化或采用離子型溶劑，從而促進(jìn)取代物之間的反應(yīng)。第二種磷酸鈣試劑可以是任何一種晶體結(jié)構(gòu)并且應(yīng)該選擇成可以與第一種ACP直接或通過(guò)采用一種反應(yīng)促進(jìn)載體，如離子型溶劑起反應(yīng)。合適的反應(yīng)條件應(yīng)通過(guò)檢測(cè)在將試劑混合并加入水以后在37℃下的快速硬化情況來(lái)確定。
也可以將骨替代材料形制備應(yīng)設(shè)計(jì)成產(chǎn)生多孔的最終產(chǎn)物。在一種實(shí)施方案中，酸/堿化學(xué)規(guī)則加上采用顆粒尺寸受到控制的試劑的干混合物，可以形成多孔骨替代材料。也可以采用其它促進(jìn)產(chǎn)生多孔的方法，如化學(xué)或物理蝕刻和浸洗。
本發(fā)明提供了一種新型的將標(biāo)準(zhǔn)惰性無(wú)定形磷酸鈣沉淀物轉(zhuǎn)變成高度活性無(wú)定形固體的方法，該無(wú)定形固體可以用于上述反應(yīng)中，以形成結(jié)晶很少或納米晶體的人造羥基磷灰石，這種材料具有生物活性、生物可吸收性和結(jié)構(gòu)完整性。這種新型無(wú)定形材料可以與其它磷酸鈣在37℃下或低于37℃下起反應(yīng)，從而形成由結(jié)晶很少的羥基磷灰石組成的類似骨頭的材料。
本發(fā)明的無(wú)定形磷酸鈣具有與其它酸性或堿性磷酸鈣的高度反應(yīng)性。另外，本發(fā)明的無(wú)定形磷酸鈣可以認(rèn)為是活性的，它可以與多種通常被人們認(rèn)為是對(duì)ACP呈惰性的含鈣或含磷化合物如CaO、CaCO3和乙酸鈣在室溫下起反應(yīng)。常規(guī)結(jié)晶磷酸鈣的酸-堿反應(yīng)導(dǎo)致反應(yīng)較差的固體，其反應(yīng)產(chǎn)物過(guò)分結(jié)晶以至于不能充分溶解于活組織中?，F(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)通常是不完全的并且反應(yīng)產(chǎn)物是不均勻的。與其相反，本發(fā)明的無(wú)定形磷酸鈣能夠與多種磷酸鈣和其它含鈣或含磷材料快速、完全地起反應(yīng)，產(chǎn)生均勻的產(chǎn)品。
高活性的來(lái)源尚不完全清楚；但是可以認(rèn)為與無(wú)定形(缺少結(jié)晶)以及在某些情況下與由本發(fā)明的方法產(chǎn)生的材料中的空位有關(guān)。這些空位為后面的反應(yīng)提供了反應(yīng)位置。這些觀點(diǎn)將在下文中作詳細(xì)討論。
本發(fā)明的方法可以在一開始形成顆粒小于1000埃，優(yōu)選地為200-500埃，最優(yōu)選地為300埃的無(wú)定形磷酸鈣顆粒，這些顆粒的進(jìn)一步生長(zhǎng)受到產(chǎn)物由溶液中快速沉淀的抑制。在鈣與磷酸根離子源反應(yīng)形成無(wú)定形磷酸鈣的過(guò)程中，可以向該溶液中引入第三種離子，從而使這些離子進(jìn)入無(wú)定形沉淀物結(jié)構(gòu)中以代替三價(jià)PO43-基團(tuán)。由于某些PO43-被第三種離子代替，總PO43-下降，從而增加了無(wú)定形沉淀物的鈣磷比(與標(biāo)準(zhǔn)無(wú)定形磷酸鈣相比)并改變了磷酸鈣的價(jià)態(tài)或電荷狀態(tài)。然后，將該無(wú)定形固體快速凍干以保存該材料的化學(xué)和物理性能?？梢詫⒃摕o(wú)定形固體在特定的用來(lái)促使至少部分除去第三種離子的條件下進(jìn)行處理。對(duì)于碳酸鹽，特定的溫度和壓力條件會(huì)導(dǎo)致碳總量的下降，可能是作為氣體二氧化碳和氧氣由該無(wú)定形固體中逃走，但仍保持其無(wú)定形。
所獲得的材料是一種無(wú)定形的固體，其鈣磷比高于通常在無(wú)定形磷酸鈣中所發(fā)現(xiàn)的值，該值在過(guò)去一般為1.50。此外，由該材料中除去碳將會(huì)在該無(wú)定形固體中在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生空位，使之成為高度活性的固體。它可能有幾種空位。該材料具有多孔，它們通過(guò)多種方式如增加表面積來(lái)提高活性。該材料在除去第三種離子后還使化學(xué)計(jì)量平衡受到改變。這種化學(xué)計(jì)量變化會(huì)導(dǎo)致電荷失衡，這使得該無(wú)定形磷酸鈣的活性增加。
在整個(gè)工藝過(guò)程中需要將該材料的無(wú)定形性能保持住。如果在該工藝或在最終的產(chǎn)物中在整個(gè)區(qū)域(單晶區(qū))或者甚至局部區(qū)域(微晶區(qū)域)中導(dǎo)入結(jié)晶，則發(fā)現(xiàn)該固體會(huì)失去其活性。所獲得的高度活性的磷酸鈣是無(wú)定形的并且其鈣磷比為1.55-1.65。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該無(wú)定形磷酸鈣的鈣磷比約為1.58。
通過(guò)控制沉淀過(guò)程的速度和時(shí)間可以引發(fā)無(wú)定形狀態(tài)。本發(fā)明的無(wú)定形羥基磷灰石在起始沉淀快速進(jìn)行的條件下由溶液中析出?？焖俪两禃?huì)導(dǎo)致形成許多極小的磷酸鈣核。另外，快速晶體或晶粒生長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致在每一個(gè)晶粒中產(chǎn)生較多的缺陷，從而增加了溶解度。在光譜的頂端，晶體或晶粒的生長(zhǎng)快速而且缺陷密度明顯，以至于形成了一種無(wú)定形磷酸鈣。無(wú)定形磷酸鈣是凝膠狀的并且包括成分不同的固溶體。這些凝膠不具有長(zhǎng)程結(jié)構(gòu)，但在以微米刻度測(cè)量時(shí)它是均勻的。在生理?xiàng)l件下，這些無(wú)定形化合物具有較高的溶解度、較高的成型速度和較高的轉(zhuǎn)變成結(jié)晶很少的羥基磷灰石的速度。
通過(guò)這種方法獲得的無(wú)定形磷酸鈣固體保持其無(wú)定形足夠長(zhǎng)的時(shí)間以作為基本上無(wú)定形的固體而導(dǎo)入最后的反應(yīng)中。它們還可以與其它含有磷酸根的固體或溶液混合或反應(yīng)，從而獲得含有均勻分布的納米大小的晶體的固體。此外，在優(yōu)選的實(shí)施方案中，由于無(wú)定形磷酸鈣與其它的固體完全反應(yīng)，因此，所得到的固體的鈣磷比由來(lái)自該反應(yīng)的全部的鈣和磷組成，即發(fā)生了基本上完全的反應(yīng)。當(dāng)來(lái)自該溶液或固體的適當(dāng)摩爾濃度的磷酸根與新型無(wú)定形磷酸鈣材料反應(yīng)時(shí)，可以獲得一種結(jié)晶很少的羥基磷灰石材料(鈣磷比為1.1-1.9)。因此，本發(fā)明可以設(shè)計(jì)并改變最終產(chǎn)物的化學(xué)成分，從而提供了一種控制用來(lái)作為骨移植材料的最終產(chǎn)物的生物活性的方式。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，制備一種含有鈣和磷酸根離子以及第三種離子的溶液，其濃度、pH值和溫度可以促使磷酸鈣的快速核化和沉淀。當(dāng)沉淀過(guò)程充分快速時(shí)，可以形成一種無(wú)定形類似凝膠的磷酸鈣。由于通過(guò)降低反應(yīng)速度可以提高羥基磷灰石的在熱力學(xué)上有力的晶體形式，所以可以采取某些增加反應(yīng)速度的工藝步驟以確保獲得無(wú)定形的化合物。在設(shè)計(jì)用于快速沉淀本發(fā)明的無(wú)定形磷酸鈣的溶液時(shí)，需要考慮下面幾個(gè)因素。
優(yōu)選的條件鈣和磷酸根源的快速混合以增加反應(yīng)速度。增加反應(yīng)速度有以利于作為產(chǎn)品的不穩(wěn)定的相。讓每一種離子有更多的反應(yīng)時(shí)間以正確地排列形成一種固體將會(huì)導(dǎo)致在熱力學(xué)上更加有利的結(jié)晶和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選的鈣和磷酸根源采用高濃度的或接近飽和的溶液可以確保發(fā)生更快的反應(yīng)。
優(yōu)選的溫度雖然該反應(yīng)可以在室溫下進(jìn)行，但是，接近沸點(diǎn)的溫度以增加一種試劑的濃度可以增加反應(yīng)速度。
在一種實(shí)施方案中，可以將鈣離子、磷酸根離子和碳酸根離子的水溶液快速混合，以獲得含有碳酸根的無(wú)定形磷酸鈣固體。離子的相對(duì)濃度選擇成能夠產(chǎn)生具有合適的鈣磷比的沉淀物。碳酸根離子取代了無(wú)定形磷酸鈣中的磷酸根離子。碳酸化的無(wú)定形磷酸鈣可以通過(guò)由碳酸鹽水溶液沉淀而獲得。適用的碳酸鹽水溶液包括，僅是舉例，碳酸氫鹽溶液、碳酸鈉溶液、碳酸鉀溶液。采用無(wú)水溶液也應(yīng)認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
由于通過(guò)用CO32-取代PO43-可以改變鈣磷比，因此采用含有碳酸根的材料是合適的。另外，CO32-的存在可以阻礙無(wú)定形磷酸鈣中晶體的發(fā)展。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為除了碳酸根以外還可以采用其它的離子或離子混合物來(lái)代替碳酸根離子，從而改變鈣磷比，并且將活性空位導(dǎo)入無(wú)定形磷酸鈣中，例如采用硝酸根、亞硝酸根、乙酸根、Mg+2和P2O74-離子。
在活化之前可以收集并過(guò)濾無(wú)定形磷酸鈣沉淀物。優(yōu)選地是在室溫或低于室溫的溫度下進(jìn)行該步驟，從而保存所收集沉淀物的無(wú)定形狀態(tài)。收集過(guò)程典型地可以通過(guò)任何一種常規(guī)的手段來(lái)進(jìn)行，包括但不限于重力過(guò)濾、真空過(guò)濾或離心法。所涉及的沉淀物是膠狀的并且用蒸餾水洗滌多次。
然后將經(jīng)過(guò)沖洗的沉淀物在任何一種可以保持該材料的無(wú)定形特性的條件下干燥。真空冷凍干燥是一種合適的但不是唯一的技術(shù)。在冷凍時(shí)，該沉淀物在保持冷凍的同時(shí)被干燥以除去所包含的水液體。這種方法可以通過(guò)將冷凍的沉淀物放入真空室中達(dá)一定的時(shí)間而實(shí)現(xiàn)。冷凍干燥通常在液氮溫度下進(jìn)行12-78小時(shí)，優(yōu)選地為約24小時(shí)，其真空范圍為10-1-10-4，優(yōu)選地為10-2托。優(yōu)選的方法包括真空冷凍干燥，這是因?yàn)樵谡婵绽鋬龈稍镏胁捎玫牡蜏乜梢砸种圃摬牧系倪M(jìn)行一步結(jié)晶。結(jié)果由此獲得的無(wú)定形磷酸鈣是極細(xì)的可以自由流動(dòng)的粉末。
然后可以將經(jīng)過(guò)干燥的ACP活化。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，當(dāng)在ACP中存在碳酸根時(shí)，可以將ACP粉末加熱以趕走殘留的游離水、水合水并除去碳，后者可能是通過(guò)將CO32-分解成CO2和氧氣而實(shí)現(xiàn)的。該加熱步驟在低于500℃但高于425℃的溫度下進(jìn)行，從而防止無(wú)定形磷酸鈣轉(zhuǎn)化成結(jié)晶羥基磷灰石。優(yōu)選地在450-460℃的溫度下進(jìn)行加熱。在優(yōu)選的實(shí)施方案中在真空下加熱經(jīng)過(guò)冷凍干燥的無(wú)定形磷酸鈣粉末。在真空環(huán)境下，該溫度可以稍微低一點(diǎn)，例如在175-225℃范圍內(nèi)，以獲得相同的結(jié)果。較低的溫度也是合適的，這是因?yàn)樗鼈兛梢越档蜔o(wú)定形粉末發(fā)生結(jié)晶的危險(xiǎn)。
低結(jié)晶和空位(多孔和/或化學(xué)計(jì)量變化)導(dǎo)致了本發(fā)明的無(wú)定形磷酸鈣具有較高的活性。這一點(diǎn)可以通過(guò)下列觀察結(jié)果來(lái)說(shuō)明。加熱到525℃的含有碳酸根的無(wú)定形磷酸鈣其結(jié)晶羥基磷灰石的形成量增加并且相應(yīng)的其活性下降了。僅僅加熱到400℃的無(wú)定形磷酸鈣保持其無(wú)定形特性但是具有較低的活性。這種活性的降低有可能與碳酸根含量較高(以及較少的空位)有關(guān)，這一點(diǎn)可以通過(guò)對(duì)在低溫下處理過(guò)的樣品的IR而看出。這說(shuō)明無(wú)定形和較低的碳含量(空反應(yīng)位置)均是影響活性的因素。這并不是說(shuō)在任何情況下它是活性的唯一基礎(chǔ)。所看到的活性的其它基礎(chǔ)被認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。所得到的無(wú)定形磷酸鈣粉末是高度活性的無(wú)定形磷酸鈣材料，其鈣磷比在1.1-1.9之間，優(yōu)選地為約1.55-1.65，最優(yōu)選地為約1.58。該粉末可以通過(guò)多種分析技術(shù)來(lái)表征。
在圖1中表示了高分辯率透射電子顯微圖，它描述了本發(fā)明的優(yōu)選的活性無(wú)定形磷酸鈣的形態(tài)特征和埃尺寸性能。優(yōu)選的顆粒尺寸為1000埃以下，更優(yōu)選地為300-400埃?？梢钥吹脚c結(jié)晶材料不同的是，它有不清晰的邊緣，將球狀群分開，并且缺少清晰的邊緣和表面。圖2a和2b表示在真空冷凍干燥(a)以后和在450℃下熱處理1小時(shí)(b)以后無(wú)定形磷酸鈣的紅外光譜。表示在該材料中存在局部化學(xué)基團(tuán)的紅外峰表明在熱處理以后H-O-H(在約3400cm-1和1640cm-1處)和CO32-基團(tuán)(在1420-1450cm-1處)的存在明顯減少了。但是，類似材料在圖3中的X-射線衍射圖表明在真空干燥處理(a)之后的無(wú)定形狀態(tài)在熱處理(b)之后基本上未改變。本發(fā)明的材料的無(wú)定形特性的特征在于具有寬廣的吸收峰和不確定的背景，其中在對(duì)應(yīng)于已知的結(jié)晶磷酸鈣的衍射角的任何位置均沒(méi)有陡峭的吸收峰。在熱處理之后的相同材料上用電子顯微探針進(jìn)行波長(zhǎng)分散型X-射線分析，對(duì)鈣磷比進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果得到1.58的鈣磷比(圖4)。
這些特點(diǎn)證明雖然在該無(wú)定形磷酸鈣固體中某些基團(tuán)的局部部分發(fā)生了變化，但是在該過(guò)程中，整個(gè)無(wú)定形性保持住了。因此，可以說(shuō)該材料在該無(wú)定形結(jié)構(gòu)中含有局部空位或“孔洞”，它們可以使ACP活化。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，可以將高度活性的無(wú)定形磷酸鈣與一種酸性或堿性磷酸鈣反應(yīng)，從而獲得結(jié)晶很少的羥基磷灰石。如上所說(shuō)，羥基磷灰石是熱力學(xué)上優(yōu)選的反應(yīng)產(chǎn)物，它可以很容易結(jié)晶產(chǎn)生生物不相容的產(chǎn)物，這是因?yàn)槠湓谏項(xiàng)l件下不可溶解。采用可以快速并完全地反應(yīng)形成沒(méi)有大量結(jié)晶的羥基磷灰石產(chǎn)品的無(wú)定形磷酸鈣提供了一種獲得結(jié)晶很少的羥基磷灰石的新方法，這種羥基磷灰石可以在生理?xiàng)l件下被吸收。
本發(fā)明的無(wú)定形磷酸鈣粉末可以與多種第二種成分混合，從而反應(yīng)形成結(jié)晶很少的羥基磷灰石。在將該粉末與多種酸性和堿性磷酸鈣在一種流體，例如但不限于水、鹽水、緩沖溶液、血清或組織培養(yǎng)介質(zhì)的存在下混合時(shí)該反應(yīng)可以在室溫下發(fā)生。根據(jù)加入的流體量，本發(fā)明的無(wú)定形磷酸鈣和酸性磷酸鈣的混合物導(dǎo)致了一種高度可成型的和/或高度可注射的漿料，其漿料稠度可以變化。
合適的磷酸鈣包括酸性和堿性磷酸鈣，它們?yōu)榉磻?yīng)提供了合適的化學(xué)計(jì)量，從而獲得羥基磷灰石磷酸鈣。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，可以采用一種酸性(pH5-7)磷酸鈣。合適的酸性磷酸鈣包括但不限于焦磷酸鈣、磷酸二鈣二水合物、磷酸七鈣、磷酸三鈣、偏磷酸鈣二水合物、結(jié)晶很少的HA、偏磷酸鈣和磷酸八鈣。合適的堿性的磷酸鈣包括其它的ACP?？梢詫⑵渌墓腆w混合形成最終的產(chǎn)物，從而產(chǎn)生與天然骨頭相近的鈣磷比，所說(shuō)的其它固體可以提供磷酸根或鈣源，例如CaO、CaCO3、乙酸鈣和H3PO4?？梢蕴峁o(wú)定形或結(jié)晶很少狀態(tài)的第二種成分。
羥基磷灰石是磷酸鈣的在熱力學(xué)上有利的形式。因此，通過(guò)加入促進(jìn)ACP轉(zhuǎn)化成HA的成分而不經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)促進(jìn)活性ACP轉(zhuǎn)化成結(jié)晶很少的HA屬于本發(fā)明的范圍。合適的促進(jìn)劑包括但不限于水和熱量。
第二種磷酸鈣通常是結(jié)晶的，正如在X-射線衍射圖(圖6a)中存在陡峭的磷酸鈣常見的吸收峰所看到的那樣。與其相反，活性ACP是無(wú)定形的并且通過(guò)X-射線衍射(圖6b)沒(méi)有看到可以識(shí)別的衍射峰。盡管其高度結(jié)晶，二磷酸二鈣在與活性ACP的反應(yīng)中被消耗掉并且產(chǎn)物HA具有極低的結(jié)晶性。
由于至少一種反應(yīng)試劑是無(wú)定形的并且是高度活性的，該反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，由此提供一種磷灰石材料，該材料具有很少的結(jié)晶或微晶結(jié)構(gòu)。該反應(yīng)基本上是完全的，因此可以確保該混合物中的所有鈣和磷酸根被所產(chǎn)生的羥基磷灰石產(chǎn)物消耗掉。這樣可以僅僅通過(guò)選擇起始無(wú)定形和第二種磷酸鈣的相對(duì)比率而可靠地生產(chǎn)羥基磷灰石產(chǎn)品。要求將鈣磷比保持在約1.2-1.68下，優(yōu)選地為低于1.5，最優(yōu)選的為約1.38。
產(chǎn)物羥基磷灰石材料含有天然骨易變的環(huán)境特點(diǎn)。在天然存在的骨頭中，礦物的特征在于納米大小的結(jié)構(gòu)，具有較高的表面積以與周圍的組織環(huán)境起反應(yīng)，導(dǎo)致組織的吸收和再成型。本發(fā)明采用納米大小的晶體作為產(chǎn)物，與天然存在的骨礦物質(zhì)極其相似。此外，在本發(fā)明中嚴(yán)格設(shè)計(jì)了性能如結(jié)晶性和鈣磷比，以模擬在骨頭活組織中發(fā)現(xiàn)的礦物性能。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，可以制備一種可以注射的漿料，它可以導(dǎo)入到骨修補(bǔ)位置中。該漿料通常是通過(guò)本發(fā)明的無(wú)定形磷酸鈣與第二種成分在數(shù)量足以產(chǎn)生注射所需的稠度的水或緩沖液中的混合物而制備的。最常見的是盡可能地稠同時(shí)又能通過(guò)16-18刻度注射器。由于該漿料中固體成分的無(wú)定形性，該材料比現(xiàn)有的組合物明顯改進(jìn)了流動(dòng)特性。所獲得的漿料的流動(dòng)特性是牙膏狀的，而現(xiàn)有的材料具有顆粒或油膏狀稠度。如果保持在室溫下并且蒸發(fā)極小，該漿料可以在使用前幾小時(shí)制備，通過(guò)將該漿料在冰箱中1-10℃的低溫下保存，可以延長(zhǎng)保存時(shí)間，前提是要采取一些步驟使蒸發(fā)降至最少。
通過(guò)選擇適當(dāng)數(shù)量的液體加入到反應(yīng)試劑中，可以根據(jù)需要對(duì)骨替代材料漿料的粘度進(jìn)行控制。該漿料可以以可注射的稠度也可以以可成型的稠度制備?？勺⑸涞某矶仁侵副M可能地稠同時(shí)能夠通過(guò)16-18刻度的針眼。最為常見的是一種象“牙膏”那樣的稠度。可成型的稠度是指可以使該材料保持其形狀的稠度。在可成型稠度的極端狀態(tài)下，該漿料具有抹灰或填縫化合物的稠度。該漿料還可以用足夠的可以注射和成型的液體來(lái)制備。
在某些優(yōu)選的實(shí)施方案(例如下面實(shí)施例9-14)中，該反應(yīng)可以在室溫下慢慢發(fā)生，但是在體溫下將大大加速。這一點(diǎn)特別適用于外科手術(shù)情況下，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)將試劑與水混合而形成的漿料在保持在室溫下時(shí)保持可注射性達(dá)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間(可達(dá)幾小時(shí))。因此，在室溫(如22℃)下，該漿料在1小時(shí)以上的時(shí)間以后硬化并且保持可成型和/或可注射長(zhǎng)達(dá)10分鐘以上，優(yōu)選地長(zhǎng)達(dá)1小時(shí)以上，最優(yōu)選地為長(zhǎng)達(dá)3小時(shí)以上。在注射到植入位置以后(為37℃)，該漿料在約1小時(shí)以內(nèi)，優(yōu)選地在約10-30分鐘硬化。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，可以將骨再生蛋白(BRP)導(dǎo)入該無(wú)定形磷酸鈣和酸性磷酸鈣混合物中。BRP已經(jīng)證明可以增加骨生長(zhǎng)速度并加快骨愈合。包括納米晶體或結(jié)晶很少的羥基磷灰石和BRP在內(nèi)的骨移植物甚至可以比單獨(dú)采用本發(fā)明的羥基磷灰石的骨移植物更快地促進(jìn)骨愈合。通過(guò)控制納米結(jié)晶或結(jié)晶很少的羥基磷灰石的溶解度從而使其以一定的速度溶解以便以骨生長(zhǎng)最佳劑量輸送BRP、鈣和磷，可以進(jìn)一步增強(qiáng)BRP的作用。這種導(dǎo)入BRP的方法包括但不限于將含有BRP的緩沖溶液代替蒸餾水混合，該混合液具有最佳的pH值，它可以使蛋白質(zhì)保持活性。BRP的例子包括但不限于轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)因子-β、細(xì)胞連接因子、內(nèi)皮的長(zhǎng)生因子和骨形成蛋白。這種BRP目前是由馬薩諸塞州劍橋的基因研究所，加利福尼亞州帕洛阿爾托的遺傳技術(shù)研究公司以及馬薩諸塞州霍普金頓的創(chuàng)新生物分子研制。
在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案中，可以將抗生素或其試劑導(dǎo)入到無(wú)定形磷酸鈣及其混合物中。從臨床上看，由骨移植外科手術(shù)產(chǎn)生的一種主要應(yīng)用是需要控制手術(shù)后的發(fā)炎或感染。包括結(jié)晶很少的羥基磷灰石和抗生素的骨移植物可以降低在手術(shù)位置的局部感染機(jī)會(huì)，從而不會(huì)發(fā)生感染，由此加快骨愈合過(guò)程。通過(guò)控制結(jié)晶很少的羥基磷灰石的釋放從而使其以一定速度溶解從而將抗生肽或其活性成分以最有效的劑量輸送到組織修復(fù)位置，可以進(jìn)一步增強(qiáng)抗生素的作用。抗生素例子包括但不限于青霉素、鹽酸氯四環(huán)(金霉素)、氯霉素和土霉素(土霉素)?？股兀畛Ｒ姷氖嵌嚯囊约肮窃偕鞍卓梢耘c本發(fā)明的結(jié)晶很少的羥基磷灰石材料混合，從而以促進(jìn)骨組織修復(fù)的最佳條件局部輸送所有或絕大多數(shù)必需的成分。
實(shí)施例下面將參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，這些實(shí)施例僅僅是用來(lái)進(jìn)行說(shuō)明的而不是要對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。實(shí)施例1該實(shí)施例描述了將相當(dāng)惰性的無(wú)定形磷酸鈣固體轉(zhuǎn)變成本發(fā)明的高度活性的無(wú)定形磷酸鈣的制備過(guò)程及方法。
通過(guò)在1.3升蒸餾水中快速溶解55克Na2HPO4·7H2O(磷酸鈉)、50克氫氧化鈉、30克碳酸氫鈉，在室溫下制備溶液A。也可以采用0.7-1.3毫升的水體積。通過(guò)在0.5升蒸餾水中快速溶解43克Ca(NO3)2·4H2O，在室溫下制備溶液B。
然后通過(guò)將溶液B快速加入到快速攪拌的溶液A中，在室溫下制備惰性含有碳酸根的無(wú)定形磷酸鈣。立即用過(guò)濾紙(0.05平方米)以中等過(guò)濾速度、約10-2托的真空壓力將由此形成的類似凝膠的無(wú)定形磷酸鈣沉淀物過(guò)濾。該材料形成一種薄濾餅。將水加入到過(guò)濾漏斗中，用約4升蒸餾水進(jìn)行沖洗。然后將經(jīng)過(guò)沖洗的材料用刮鏟收集并浸入位于2.5升容器中的液氮中。在形成硬的冷凍料塊以后，將該容器轉(zhuǎn)移到真空室中達(dá)24小時(shí)(10-1-10-2托)，直到獲得細(xì)干粉末。
雖然上述方法可以在室溫下進(jìn)行，但優(yōu)選地整個(gè)方法在低于環(huán)境溫度(4-5℃)的溫度下進(jìn)行，從而進(jìn)一步防止無(wú)定形狀態(tài)轉(zhuǎn)變成更加穩(wěn)定的結(jié)晶形式。另外，可以向該溶液中加入痕量已知的作為結(jié)晶羥基磷灰石形成抑制劑的成分或離子。舉例來(lái)說(shuō)，可以是以MgCl2·6H2O形式低于1.0克的鎂離子、以Na4P2O7·10H2O(偏磷酸鈉)形式低于2克的偏磷酸根離子。
圖2a表示了惰性無(wú)定形材料在此時(shí)的紅外光譜。該光譜含有P-O基團(tuán)(600和1000cm-1)、CO32-基團(tuán)(1420-1450cm-1)的特征峰，以及O-H基團(tuán)(～3550cm-1)相當(dāng)大的峰。相同材料的X-射線衍射圖(圖3a)表明該材料是無(wú)定形狀態(tài)的，這一點(diǎn)是通過(guò)在用本身的衍射峰與背景的比率來(lái)測(cè)定結(jié)晶性時(shí)不存在任何衍射峰而證實(shí)的。
上述惰性無(wú)定形材料隨后通過(guò)在450℃(±3℃)下加熱60分鐘而變成活性形式。經(jīng)過(guò)加熱的材料的IR示于圖2b中。該光譜表明特定的O-H和CO32-基團(tuán)減少了，這說(shuō)明H2O和CO32-作為CO2和O2而明顯減少。在類似地制備的樣品中，可以看到碳含量下降了約60％，總碳酸根比例由1.56％下降到0.5％。但是可以看到該材料的無(wú)定形性能在該過(guò)程中沒(méi)有失去，這一點(diǎn)可以通過(guò)如圖3(b)所示的X-射線衍射圖來(lái)證實(shí)。在加熱處理以后，該材料的鈣磷比為1.575，該測(cè)定過(guò)程采用定量電子顯微分析技術(shù)(圖4)。圖1表示無(wú)定形材料的總形態(tài)和結(jié)構(gòu)性能，它是在透射電子顯微鏡下觀察到的?？梢钥吹皆摬牧暇哂小盁o(wú)定形”外觀，它沒(méi)有尖銳的邊緣將每一個(gè)顆粒分開，一部分材料具有無(wú)形形狀(箭頭)。在該材料中可以看到極高的比表面積，120平方米/克，其平均孔尺寸約為130埃。實(shí)施例2如上面實(shí)施例1所說(shuō)進(jìn)行制備，其不同之處在于溶液A和B的制備用下列反應(yīng)代替。通過(guò)在1.2升含有碳酸根的蒸餾水中快速溶解90.68克Ca(NO3)2·4H2O，在室溫下制備溶液A。通過(guò)在1.53升含有24ml45％(體積)的KOH溶液的蒸餾水中溶解40.57克K2HPO4，制備溶液B。由該方法獲得的產(chǎn)物無(wú)定形磷酸鈣的化學(xué)和物理性能與根據(jù)實(shí)施例1制得的材料相似。實(shí)施例3如上面實(shí)施例1所說(shuō)進(jìn)行制備，其不同之處在于溶液A和B的制備用下列反應(yīng)代替。通過(guò)在0.15升含有碳酸根的蒸餾水中快速溶解10.58克Ca(NO3)2·6H2O，在室溫下制備溶液A，其pH值為9.0以上，用氫氧化鈉進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)在0.35升蒸餾水中溶解7.8克(NH4)2HPO4，制備溶液B。由該方法獲得的產(chǎn)品無(wú)定形磷酸鈣的化學(xué)和物理性能與根據(jù)實(shí)施例1和2制得的材料相似。實(shí)施例4該實(shí)施例描述了本發(fā)明的骨替代材料的制備。
以下列方式制備用于該實(shí)施例中的磷酸二鈣二水合物(DCPD)。通過(guò)在500毫升蒸餾水中快速溶解10克H9N2O4P(磷酸氫二氨)，在室溫下制備溶液A，其pH值為4.6-4.8。通過(guò)在250毫升蒸餾水中溶解17.1克Ca(NO3)2·4H2O，制備溶液B。通過(guò)將溶液B快速加入攪拌的溶液A中而在室溫下制備磷酸二鈣二水合物。此后立即用過(guò)濾紙(0.05平方米)以中等過(guò)濾速度、約10-2托的真空壓力將試樣過(guò)濾。該材料形成一種薄濾餅，而后用約2升蒸餾水進(jìn)行沖洗并在室溫下干燥24-72小時(shí)。
將由實(shí)施例1、2或3制得的活性無(wú)定形磷酸鈣材料與磷酸二鈣二水合物以5050％重量用杵和臼物理干混3-5分鐘。然后將水(1毫升/克混合材料)加入到粉末混合物中，以產(chǎn)生象漿糊那樣的稠度。水的加入量可以根據(jù)需要稠或稀的漿料而變化。然后將該漿料材料放入潮濕的組織環(huán)境中，在達(dá)到體溫(37℃)時(shí)，該材料會(huì)硬化成固體而不會(huì)釋放出熱量。該硬化過(guò)程可以通過(guò)將其放入4℃冷藏溫度中而延遲幾小時(shí)。該硬化材料由納米大小的結(jié)晶很少的羥基磷灰石組成，其本身的溶解性超過(guò)人造羥基磷灰石材料所報(bào)道的溶解性。這一點(diǎn)可以在圖5中得到證實(shí)，在該圖中，在37℃下、24小時(shí)以內(nèi)由本發(fā)明的結(jié)晶很少的HA材料釋放到受控pH緩沖溶液中的鈣離子的濃度明顯地超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)晶羥基磷灰石材料(曲線52)。實(shí)施例5該實(shí)施例說(shuō)明采用具有選定的顆粒尺寸的材料制備骨替代材料的過(guò)程。
將由實(shí)施例1、2或3制得的活性無(wú)定形磷酸鈣材料與顆粒尺寸小于100微米的磷酸二鈣二水合物以50∶50％重量物理干混2分鐘，采用8505氧化鋁陶瓷研磨時(shí)，采用SPEX8510實(shí)驗(yàn)?zāi)?，而后將其篩選成小于100微米的尺寸。將水(1毫升/克混合材料)加入到該粉末混合物中，以產(chǎn)生類似漿料的稠度。實(shí)施例6根據(jù)實(shí)施例4所說(shuō)的方法，將由實(shí)施例1、2或3制得的活性無(wú)定形磷酸鈣材料與其它的磷酸鈣化合物干混。這些化合物包括但不限于焦磷酸鈣、磷酸七鈣、偏磷酸鈣、磷酸三鈣。根據(jù)與該活性無(wú)定形鈣混合的化合物的鈣磷摩爾比，對(duì)該干混合物的比例進(jìn)行計(jì)算以使鈣磷比為1.5-1.70。所得到的材料是結(jié)晶很少的羥基磷灰石固體，其溶解性與圖5中所表示的相同。實(shí)施例7該實(shí)施例描述了用于形成結(jié)晶很少的羥基磷灰石固體的可注射漿料的制備過(guò)程。
將根據(jù)實(shí)施例4或6制得的干混材料與蒸餾水(2.3毫升/克)混合。形成一種漿料，該漿料可以很容易地用手成型或通過(guò)內(nèi)徑為0.5毫升的噴嘴注射成型。在將該漿料在4℃下冷藏2-3小時(shí)以后，其流動(dòng)性增加。
該材料可以在氣封容器中在4℃下以漿料形式貯藏約12小時(shí)，不會(huì)硬化。實(shí)施例8通過(guò)X-射線衍射和IR光譜對(duì)產(chǎn)品骨替代材料的晶體含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
圖7a-d是在DCPT之間的反應(yīng)產(chǎn)物和如實(shí)施例4中所說(shuō)的活性無(wú)定形磷酸鈣的X-射線衍射圖。將該反應(yīng)混合物在37℃下放置在潮濕環(huán)境中，并在不同的時(shí)間通過(guò)X-射線衍射光譜進(jìn)行檢測(cè)。X-射線掃描條件為(a)銅陰極，(b)λ＝1.4540598埃，以及(c)在0.02度步驟和2秒鐘步驟間隔下的掃描范圍為20-35度。圖8表示磷酸二鈣二水合物(a)、本發(fā)明的活性ACP(b)和本發(fā)明的結(jié)晶很少的HA(c)的紅外光譜。
圖7a-7d的樣品分別培養(yǎng)0、20分鐘、70分鐘和5小時(shí)。在所說(shuō)的時(shí)間將樣品取出并真空冷凍干燥以保存其化學(xué)特性。圖7a是在反應(yīng)開始時(shí)獲得的，它表示由于起始ACP和二磷酸二鈣而引起的衍射峰的結(jié)合情況(參見圖6，用于組份XRD圖)。對(duì)結(jié)晶二磷酸二鈣，可以很容易地看到在20.25度、23.5度、29.5度、30.75度和34.2度有陡峭的衍射峰。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間增加時(shí)，陡峭的結(jié)晶峰消退并且在26度、28.5度、32.0度和33.0度中心出現(xiàn)寬衍射峰(無(wú)定形)。可以看到在反應(yīng)75分鐘以后光譜沒(méi)有發(fā)生變化，這表明該反應(yīng)在一小時(shí)稍多一點(diǎn)的時(shí)間里基本上完成。本發(fā)明的骨替代材料的X-射線衍射圖(圖7d)可以與在圖9中表示的天然存在的骨頭相比較。這兩個(gè)光譜幾乎是相同的，這表明本發(fā)明的骨替代材料具有緊密的生物模擬性。實(shí)施例9-14這些實(shí)施例證實(shí)了流體體積對(duì)用于形成骨替代材料的可注射漿料的稠度和活性的影響。每一種漿料的制備如上面實(shí)施例7中所說(shuō)，在室溫和37℃下的稠度和反應(yīng)速度均被測(cè)定。其觀察結(jié)果在表2中報(bào)道。
表2用不同水體積制備的1克骨替代材料的成型性能、可注射性和活性
在某些情況(例如蒸發(fā))下，這些樣品在室溫下在1小時(shí)時(shí)間內(nèi)會(huì)干透。在某些情況下，可加入一些水以恢復(fù)原來(lái)的稠度。實(shí)施例13該研究的目的在于評(píng)價(jià)模型，以分析在植入新西蘭白兔的脛骨上通過(guò)外科手術(shù)產(chǎn)生的切口中時(shí)本發(fā)明的結(jié)晶很少的羥基磷灰石鈣骨替代材料磷酸鹽陶瓷材料的效果。I.試驗(yàn)制品和動(dòng)物試驗(yàn)制品所用的試驗(yàn)制品其制備如實(shí)施例7所說(shuō)，其不同之處在于采用對(duì)于蛋白質(zhì)或肽生物活性來(lái)說(shuō)具有最佳的pH(鹽水)范圍的緩沖溶液。
動(dòng)物在該研究中采用切割雄性和雌性成年新西蘭白兔(2.5-3.0公斤)。由Pine Acres Rabbitry/Farm獲得動(dòng)物。在開始研究之前將這些動(dòng)物檢疫并馴化至少十天。在從檢疫釋放之前通過(guò)獸醫(yī)對(duì)這些白兔的一般健康情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。將這些動(dòng)物單個(gè)放在懸空的不銹鋼籠中。在籠子的下方在下垂的盤子中采用木屑。采用編號(hào)的耳朵標(biāo)簽或刺花以及相應(yīng)的籠子卡片對(duì)這些動(dòng)物加以識(shí)別。所有的動(dòng)物接受相同的處理，在其一個(gè)脛骨中放入一個(gè)缺口，評(píng)價(jià)的時(shí)間為0、2、4和8周。
外科手術(shù)過(guò)程在獲得適當(dāng)?shù)穆樽硪院?，采用無(wú)菌技術(shù)在臨近的脛骨上產(chǎn)生一個(gè)切口。將軟組織翻開，露出骨頭。采用低速牙科手鉆中的5毫米環(huán)鉆，如果需要可以沖水(0.9％生理鹽水)，將骨片破開并形成植入位置。將骨替代材料漿料(用鹽水與α-BSM混合)放入切口中采用該方法向每只動(dòng)物施加一個(gè)樣品。采用3-0縫合材料將軟組織封閉在料層中。對(duì)這些動(dòng)物進(jìn)行監(jiān)視并且在其蘇醒時(shí)讓其服用duprenorphine(0.02-0.05毫克/公斤)和頭孢菌素(20毫克/公斤)。在手術(shù)以后每天兩次服用止痛藥和抗生素，服藥5-7天。II.試驗(yàn)觀察臨床觀察和放射圖至少每周對(duì)動(dòng)物的一般健康和行為，特別是其行動(dòng)進(jìn)行臨床觀察。在規(guī)定的時(shí)間里對(duì)脛骨進(jìn)行拍片，包括在手術(shù)以后以及在尸體解剖時(shí)。
使這些動(dòng)物在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)愈合。將這些動(dòng)物麻醉以進(jìn)行脛骨拍片，在整個(gè)研究過(guò)程中每?jī)芍苓M(jìn)行一次拍片。采用照片來(lái)確定研究時(shí)間的長(zhǎng)短。大約每?jī)芍軞⑺纼芍粍?dòng)物并取出試驗(yàn)位置以進(jìn)行病史研究。每天對(duì)這些動(dòng)物進(jìn)行監(jiān)視以察看其飲食或行為是否發(fā)生變化。在研究結(jié)束時(shí)，通過(guò)注射過(guò)量的安樂(lè)死溶液(鹽酸開它敏和Xylazine，而后是飽和氯化鉀)，將這些動(dòng)物安樂(lè)死。
顯微病理學(xué)將植入位置作為未脫鈣和脫鈣的切片來(lái)制備。脫鈣的載玻片作為埋入塑料的淡綠色堿性fucsin90微米載玻片而制得；未脫鈣的載玻片采用蘇木精和曙紅和Masson三色進(jìn)行染色。通過(guò)委員會(huì)確定的在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物病理具有經(jīng)驗(yàn)的獸醫(yī)來(lái)對(duì)載玻片進(jìn)行顯微評(píng)價(jià)。III.結(jié)果臨床觀察和放射圖脛骨切口的放射圖表明放射密度隨著時(shí)間而增加。
尸體解剖脛骨切口位置似乎是隨時(shí)間而變小?？偟膩?lái)說(shuō)沒(méi)有看到在任何外科手術(shù)中看到的大量發(fā)炎。
顯微病理學(xué)在兩周時(shí)，在切口位置仍可以看到骨替代材料磷酸鈣，在該位置和局部噬菌體中均是晶體。在缺口邊緣和在缺口位置可以看到小梁骨的一些小刺。4周時(shí)，如果能看到裝置的晶體，在整個(gè)缺口位置可以看到較厚的小梁骨。在6和8周時(shí)的樣品沒(méi)有看見裝置；在缺口位置看到的骨頭是帶皮骨頭的非常厚的小梁骨。實(shí)施例16該實(shí)施例將根據(jù)實(shí)施例制得的結(jié)晶和無(wú)定形母物與通過(guò)將相同的母物進(jìn)行反應(yīng)而制得的最終的結(jié)晶很少的HA的紅外光譜進(jìn)行比較。圖8a表示按照實(shí)施例4所說(shuō)制備的透鈣磷石的IR光譜；圖8b表示熱處理以后ACP的光譜，它是如實(shí)施例1中所說(shuō)制得的；圖8c是如實(shí)施例4中所說(shuō)制得的結(jié)晶很少的HA的IR光譜。
應(yīng)當(dāng)明白，可以由上面所說(shuō)的內(nèi)容中明顯看出的目的可以有效地實(shí)現(xiàn)并且由于在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的基礎(chǔ)上可以在實(shí)施上述方法的過(guò)程中進(jìn)行一些變化，因此包含在前面的描述和表示在附圖中的所有內(nèi)容均應(yīng)認(rèn)為是用來(lái)說(shuō)明的而不是要進(jìn)行限定。
還應(yīng)當(dāng)明白的是下面的權(quán)利要求用來(lái)覆蓋所說(shuō)的本發(fā)明的一般和特定特征，并且本發(fā)明的范圍落在這些權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.制備活性無(wú)定形磷酸鈣的方法，它包括將鈣離子、磷酸根離子和第三種離子反應(yīng)，由此獲得一種無(wú)定形磷酸鈣；以及至少除去在無(wú)定形磷酸鈣中的部分第三種離子，由此獲得一種活性無(wú)定形磷酸鈣。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述第三種離子包括碳酸根離子。
3.權(quán)利要求1的方法，其中將鈣離子、磷酸根離子和第三種離子反應(yīng)的步驟包括從含有所述鈣、磷酸根和第三離子的溶液中沉淀無(wú)定形磷酸鈣。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述溶液是一種水溶液，并且所述除去步驟包括從所述無(wú)定形磷酸鈣中除去部分殘留水。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述溶液是無(wú)水溶液。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述活性無(wú)定形磷酸鈣的鈣磷比為約1.1-1.9。
7.權(quán)利要求1的方法，其中對(duì)第三種離子進(jìn)行選擇以改變產(chǎn)物活性無(wú)定形磷酸鈣的鈣磷比。
8.權(quán)利要求1的方法，其中對(duì)第三種離子進(jìn)行選擇以使所述無(wú)定形磷酸鈣的無(wú)定形特性穩(wěn)定。
9.權(quán)利要求1的方法，它還進(jìn)一步包括下列步驟在除去第三種離子之前，在經(jīng)選擇的可以保持磷酸鈣的無(wú)定形特性的條件下干燥該無(wú)定形磷酸鈣。
10.權(quán)利要求1的方法，其中除去第三種離子的步驟包括在經(jīng)選擇可以保持磷酸鈣的無(wú)定形特性的條件下進(jìn)行加熱。
11.權(quán)利要求1的方法，其中除去第三種離子的步驟包括分解第三種離子。
12.權(quán)利要求1的方法，其中除去第三種離子的步驟包括從所述無(wú)定形磷酸鈣中溶解第三種離子。
13.權(quán)利要求3的方法，其中除去碳酸根的步驟包括除去不到60％的所述無(wú)定形磷酸鈣中的碳酸根含量。
14.權(quán)利要求1的方法，其中在除去步驟中在所述無(wú)定形磷酸鈣中導(dǎo)入活性空位。
15.權(quán)利要求1的方法，它還包括下列步驟在干燥之前，向所述碳酸化的無(wú)定形磷酸鈣中加入骨再生蛋白或抗生素。
16.一種活性無(wú)定形磷酸鈣材料，它具有至少90％無(wú)定形特性并且其特征在于，當(dāng)在37℃下作為與二磷酸二鈣在水中的1∶1混合物而制備時(shí)，該混合物在約10-60分鐘內(nèi)硬化。
17.一種活性無(wú)定形磷酸鈣，它是通過(guò)將預(yù)成分分解成氣體或蒸汽付產(chǎn)物以除去無(wú)定形磷酸鈣中的碳酸根預(yù)成分而獲得的。
18.一種活性無(wú)定形磷酸鈣，它是通過(guò)將成分熱分解成氣體或蒸汽付產(chǎn)物以除去無(wú)定形磷酸鈣中的易變成分而獲得的。
19.一種活性無(wú)定形磷酸鈣材料，它具有至少90％無(wú)定形特性并且其特征在于當(dāng)在37℃下作為與二磷酸二鈣在水中的1∶1混合物而制備時(shí)，該反應(yīng)在約40分鐘內(nèi)是基本上完全的混合物。
20.權(quán)利要求17的活性無(wú)定形磷酸鈣材料，其中所述反應(yīng)在約75分鐘內(nèi)基本上完全。
21.權(quán)利要求16、17或18的活性無(wú)定形磷酸鈣材料，其中鈣磷比為約1.1-1.9。
22.權(quán)利要求16、17或18的活性無(wú)定形磷酸鈣材料，其中鈣磷比為約1.58。
23.一種制備結(jié)晶很少的羥基磷灰石的方法，它包括使權(quán)利要求16、17或18的活性無(wú)定形磷酸鈣與第二種磷酸鈣起反應(yīng)，第二種磷酸鈣與該活性無(wú)定形磷酸鈣的比例為可以形成羥基磷灰石磷酸鈣。
24.一種制備結(jié)晶很少的羥基磷灰石的方法，它包括將權(quán)利要求16、17或18的活性無(wú)定形磷酸鈣與一種促進(jìn)劑反應(yīng)，該促進(jìn)劑選擇成可以將該活性無(wú)定形磷酸鈣轉(zhuǎn)變成羥基磷灰石磷酸鈣。
25.權(quán)利要求23或24的方法，其中所述結(jié)晶很少的羥基磷灰石磷酸鈣是可生物吸收的。
26.權(quán)利要求23或24的方法，其中該反應(yīng)是在一種流體中進(jìn)行的，該流體選自水、生理上可接受的pH緩沖溶液、鹽水溶液、血清和組織培養(yǎng)介質(zhì)。
27.權(quán)利要求23的方法，其中反應(yīng)的步驟包括將所述無(wú)定形磷酸鈣與第二種磷酸鈣混合；以及向該混合物中以足以引發(fā)該反應(yīng)的量加入水溶液。
28.權(quán)利要求24的方法，其中所述的促進(jìn)劑包括無(wú)定形磷酸鈣。
29.權(quán)利要求23或24的方法，其中所述的活性無(wú)定形磷酸鈣材料是通過(guò)下列步驟獲得的，將鈣離子、磷酸根離子和第三種離子反應(yīng)，由此獲得一種無(wú)定形磷酸鈣；以及至少除去該無(wú)定形磷酸鈣中部分第三種離子，由此獲得一種活性無(wú)定形磷酸鈣。
30.權(quán)利要求23或24的方法，其中所述的結(jié)晶很少的羥基磷灰石的鈣磷比為約1.5以下。
31.權(quán)利要求23的方法，其中第二種磷酸鈣是無(wú)定形或微晶。
32.權(quán)利要求23或24的方法，它還進(jìn)一步包括向所述混合物中加入骨再生蛋白或一種抗生素。
33.一種可吸收的骨替代材料，它包括一種具有基本上如圖7d所示的X-射線衍射圖的結(jié)晶很少的羥基磷灰石。
34.一種可吸收的骨替代材料，它包括一種結(jié)晶很少的羥基磷灰石，其X-射線衍射圖在2θ值為26度、28.5度、32度和33度處具有寬衍射峰。
35.一種可吸收的骨替代材料，它包括結(jié)晶很少的羥基磷灰石，其特征在于當(dāng)將其放在鼠肌肉內(nèi)位置時(shí)，在一個(gè)月內(nèi)至少可以吸收100毫克該骨替代材料。
36.權(quán)利要求35的可吸收的骨替代材料，其中在1個(gè)月內(nèi)至少可以吸收300毫克該骨替代材料。
37.權(quán)利要求33、34或35的可吸收的骨替代材料，其特征在于當(dāng)在流體中通過(guò)無(wú)定形磷酸鈣與第二種磷酸鈣的反應(yīng)來(lái)制備時(shí)，該反應(yīng)混合物在約22℃下經(jīng)60分鐘以上的時(shí)間硬化，而在37℃下在約10-60分鐘內(nèi)硬化。
38.權(quán)利要求37的可吸收的骨替代材料，其中所述的混合物在約22℃下在約60分鐘以上時(shí)間內(nèi)可以注射。
39.權(quán)利要求37的可吸收的骨替代材料，其中所述的混合物在約22℃下在約60分鐘以上時(shí)間內(nèi)可以成型。
40.權(quán)利要求33、34或35的可吸收的骨替代材料，其中鈣磷比為約1.1-1.9。
41.權(quán)利要求33、34或35的可吸收的骨替代材料，其中鈣磷比為約1.3-1.5。
42.一種可成型的漿料，可以用作為一種可吸收的骨替代材料，該漿料包括權(quán)利要求16、17或18的活性無(wú)定形磷酸鈣的混合物和第二種磷酸鈣粉末；以及足以提供所需的稠度的流體量，所說(shuō)的混合物可以在約22℃下硬化。
43.一種可成型的漿料，可以用作為一種可吸收的骨替代材料，該漿料包括權(quán)利要求16、17或18的活性無(wú)定形磷酸鈣的混合物和一種促進(jìn)劑；該促進(jìn)劑選擇成可以將該活性無(wú)定形磷酸鈣轉(zhuǎn)變成羥基磷灰石磷酸鈣；以及足以提供所需的稠度的流體量，所說(shuō)的混合物可以在約22℃下硬化。
44.權(quán)利要求42或43的漿料，其中所述混合物在約22℃下經(jīng)60分鐘以上的時(shí)間硬化，而在37℃下在約10-60分鐘內(nèi)硬化。
45.權(quán)利要求44的漿料，其中所述混合物在約22℃下在約60分鐘以上的時(shí)間內(nèi)可注射。
46.權(quán)利要求44的漿料，其中所述反應(yīng)混合物在約22℃下在約60分鐘以上的時(shí)間內(nèi)可成型。
47.權(quán)利要求42或43的漿料，其中所述流體選自水、生理上可接受的pH緩沖溶液、鹽水、血清和組織培養(yǎng)介質(zhì)。
48.權(quán)利要求42的漿料，其中所述第二種磷酸鈣粉末是無(wú)定形或微晶。
49.權(quán)利要求42的漿料，它還進(jìn)一步包括一種骨再生蛋白或一種抗生素。
50.一種促進(jìn)骨生長(zhǎng)的方法，它包括向需要骨生長(zhǎng)的位置施加權(quán)利要求16、17或18的活性無(wú)定形磷酸鈣和第二種磷酸鈣粉末在一種流體中的混合物，該流體的量足以提供所需的稠度；以及使該混合物硬化。
51.權(quán)利要求50的方法，它還進(jìn)一步包括在施加之前，向所述混合物中加入一種骨再生蛋白或抗生素。
52.權(quán)利要求50的方法，其中所述的流體選自水、生理上可接受的pH緩沖溶液、鹽水、血清和組織培養(yǎng)介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種將標(biāo)準(zhǔn)惰性的無(wú)定型磷酸鈣沉淀物轉(zhuǎn)變成高度活性的無(wú)定型固體的方法。該無(wú)定型固體可以與其它的磷酸鈣固體起反應(yīng),形成結(jié)晶很少的材料,該材料具有生物活性和結(jié)構(gòu)完整性。這種新型的無(wú)定型材料可以與其它磷酸鈣在低于37℃的溫度下起反應(yīng),形成由結(jié)晶很少的羥基磷灰石組成的類似骨頭的材料。
文檔編號(hào)C01B25/32GK1184454SQ96194010
公開日1998年6月10日 申請(qǐng)日期1996年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月19日
發(fā)明者多蘇克·D·李, 克里斯蒂安·雷伊, 瑪麗亞·艾奧拉瓦 申請(qǐng)人:埃特克斯公司