一种棒状纳米羟基磷灰石代骨材料的制备及其应用.pdf

本发明涉及一种棒状纳米羟基磷灰石代骨材料的制备及其应用，制备时将可溶性钙盐的氨水溶液与磷酸氢二铵的氨水溶液混合，将其装入高压反应釜中，经离心分离、洗涤、干燥，即可得棒状纳米羟基磷灰石粉体。人工听骨塑型：将得到的棒状纳米HA粉体灌入2种模具中，在15-20MPa下压制成两种最基本的形状。前者为“I”型，后者呈“T”型，高4.75毫米不等，顶为圆盘形，盘横经为3.0毫米，小柱直径为1.17毫米，下端圆盘地面为杯状凹面。后者又分两种：实心和空心。在900-1000℃煅烧1-2h，形成纳米HA陶瓷人工听骨。本发明的棒状纳米羟基磷灰石代骨材料具有良好的生物相容性、骨传导性、可塑性和机械强度，是修复骨组织缺陷的理想骨修复体材料。

权利要求书
1.  一种棒状纳米羟基磷灰石代骨材料，其特征是：所述棒状纳米羟基磷灰石的直径为20nm-30nm，长度为50nm-150nm。

2.  根据权利要求1所述的种棒状纳米羟基磷灰石的制备方法，其特征包括如下步骤：
(1)按Ca∶P＝1.67∶1的摩尔比，称取可溶性钙盐和磷酸氢二铵，分别用0.1-0.2mol/L的氨水溶解，在常温搅拌下将可溶性钙盐的氨水溶液滴加到磷酸氢二铵的氨水溶液中，充分搅拌后得到白色沉淀物；
(2)将上一步中得到的反应混合物加入到有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在130-160℃条件下恒温18-24h后取出，将反应混合物离心分离、洗涤、干燥，即可得到棒状纳米HA粉体。

3.  棒状纳米羟基磷灰石在骨组织修复中的应用，其特征在于将棒状纳米羟基磷灰压制烧结成纳米陶瓷。

4.  根据权利要求3所述，羟基磷灰石纳米陶瓷的制备方法包括如下步骤：
人工听骨塑型：将得到的棒状纳米HA粉体灌入2种模具中，在15-20MPa下压制成两种最基本的形状，部分听骨链赝复物(PORP)和全听骨链赝服务(TORP)。前者为“I”型，高4.75毫米不等，顶为圆盘形，盘横经为3.0毫米，小柱直径为1.17毫米，下端圆盘地面为杯状凹面，以便于原有的镫骨头相接；后者呈“T”型，柱高4.75毫米，顶为圆盘形，盘横经为3.0毫米，小柱直径为1.17毫米，以便与镫骨底板相接触。后者又分两种：实心和空心。在900-1000℃煅烧1-2h，形成纳米HA陶瓷人工听骨。

说明书一种棒状纳米羟基磷灰石代骨材料的制备及其应用
技术领域
本发明涉及一种棒状纳米羟基磷灰石代骨材料的制备及其应用，属于生物无机材料技术领域。
技术背景
羟基磷灰石(hydroxyapatite，化学式Ca(PO4)6(OH)2，简称HA)与脊椎动物骨的无机成分很相似，是骨组织工程中应用最广泛的一种生物相容性陶瓷。尽管羟基磷灰石及其复合材料具有良好的生物相容性、骨传导性和可塑性，但其骨诱导特性在相当程度上依赖于材料的表面修饰、制作工艺改进以及活性组分(如骨形态发生蛋白、成骨细胞)的构建。
20世纪80年代开始的纳米技术在90年代获得了突破性进展，其与医学的结合形成了新兴边缘学科——纳米医疗，即在分子水平上利用分子工具和已掌握的关于人体的知识，从事的疾病诊断、医学、预防、保健和改善健康状况等。由于纳米材料结构上的特殊性，赋予纳米材料独特的小尺寸效应和表面/界面效应，使其在性能上与微米材料具有显著性差异，纳米材料所展示出的优异性能在组织工程领域具有诱人的应用前景。人工合成的HA纳米粒子在医学上的应用越来越广泛，可用于药物载体及抗肿瘤等方面的研究。实验研究表明，HA纳米粒子对肝癌、胃癌、骨肉瘤等多种癌细胞的生长具有不同程度的抑制作用。如果将纳米颗粒压制成生物材料，该材料还具有较好的靶向性和一定程度的延伸性。
纳米HA陶瓷还可克服普通陶瓷中存在的气孔和裂纹，使材料不易造成穿晶断裂，同时其强度、硬度、韧性和可塑性也得以提高。决定纳米HA陶瓷机械性能的最主要因素之一是HA粉体质量的好坏。关于纳米HA的制备方法已有专利报道，例如中国发明专利申请号02160058.9，公开号CN1429538A，公开了一种纳米HA的制备方法，该方法以柠檬酸、聚丙烯酸或L-谷氨酸为添加剂，通过Ca(OH)2与Ca(H2PO4)2·H2O反应制得；中国发明专利申请号200710067822.1，公开号CN101032630A公开了一种空心状纳米HA的制备方法，该方法以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板，在一定反应温度和超声环境下，将钙盐溶液滴加到含有磷酸根和CTAB的溶液中，通过氨水调节溶液的pH值，所得悬浮液经过滤、洗涤、低温真空干燥得到目标产物；中国发明专利申请号200710107226.1，公开号CN101058416A公开了一种有序纳米HA多晶粉体的制备方法，在碱性条件下，通过含有硝酸钙的十二烷基磺酸钠乙醇水溶液与磷酸二氢铵或磷酸二氢铵的乙醇水溶液经回流反应得到目标产物。
上述制备方法都可成功制备出纳米HA，但这些方法通常需要添加剂一定的表面活性剂或其它添加剂来控制粒径大小和，反应完毕后要将这些表面活性剂或其它添加剂除去。本发明将可溶性钙盐的氨水溶液与磷酸氢二铵的氨水溶液混合，在水热条件下反应混合物无需表面活性剂或其它添加剂便可得到分布均匀、无团聚的棒状纳米HA，并将棒状纳米HA经压制成烧结形成纳米陶瓷，该纳米陶瓷无毒无害，具有良好的组织相容性，可作为硬组织的骨修复、替代材料和组织工程骨修复体材料的主体，因此具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种制备方法简单、成本低、重复性好、可操作性强的棒状纳米羟基磷灰石代骨材料的制备方法。
本发明的另一个目的是把上述代骨材料应用于临床骨组织修复中。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案包括如下步骤：
第一步，按Ca∶P＝1.67∶1的摩尔比，称取可溶性钙盐和磷酸氢二铵，分别用0.1-0.2mol/L的氨水溶解，在常温搅拌下将可溶性钙盐的氨水溶液滴加到磷酸氢二铵的氨水溶液中，充分搅拌后得到白色沉淀物。
第二步，将第一步中得到的反应混合物加入到有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在130-160℃条件下恒温18-24h后取出，将反应混合物离心分离、洗涤、干燥，即可得到直径为20nm-30nm，长度为50nm-150nm的棒状纳米HA粉体。图1为水热法所得产物的XRD图，与标准谱图对比(JCPDS Card No 09-0432)可知该方法可得到纯相的羟基磷灰石。图2为所得产物的TEM照片，由图可知水热条件下可制得分散性良好的棒状羟基磷灰石，其直径为20nm-30nm，长度为50nm-150nm。
第三步，将得到的棒状纳米HA粉体灌入2种模具中，在15-20MPa下压制成两种最基本的形状，部分听骨链赝复物(PORP)和全听骨链赝服务(TORP)。前者为“I”型，高4.75毫米不等，顶为圆盘形，盘横经为3.0毫米，小柱直径为1.17毫米，下端圆盘地面为杯状凹面，以便于原有的镫骨头相接；后者呈“T”型，柱高4.75毫米，顶为圆盘形，盘横经为3.0毫米，小柱直径为1.17毫米，以便与镫骨底板相接触。后者又分两种：实心和空心。在900-1000℃煅烧1-2h，形成纳米HA陶瓷人工听骨(图3)。
第四步，健康成年豚鼠30只(60耳)，随机分为6组，每组5只。腹腔注射麻醉，耳后部脱毛，无菌条件下行耳后径路，分离寻找骨性外耳道，沿骨性外耳道后外壁向下分离骨膜至茎突样结构。仔细清理表明软组织，电钻在以茎突样结构中间骨质为中心，直径为15mm，做一个骨盖，打开骨盖即进入听泡。打开双侧听泡上气房，于左右两侧置入纳米HA陶瓷听骨块。骨孔以骨盖封闭，缝合切口。饲养1～16周后，分别于术后4、8、16处死5只，断头取双侧豚鼠听泡(10个)，行植入物表面及接触缘大体形态学及扫描电镜检查。
结果：全部手术动物在麻醉后约2h苏醒，无明显不良反应。术后无切口感染，术后2周，手术切口愈合良好，对声音反应良好，耳内镜观察鼓膜完整，无充血及穿孔。
大体形态学良好，植入腔无感染、渗出、粘连、纤维化、粘膜光滑、完整，植入体无排斥脱出，形态良好，边界清晰，色泽良好，结构完整，无肉芽形成。术后各阶段的听骨材料均保持植入时的位置，无碎裂、无移位、触之固定，周围软组织无异常。
术后4周可见陶瓷表面被覆薄层纤维结缔组织，并见有纤维组织从表面伸入陶瓷网眼中，植入陶瓷与骨组织紧密结合，并在其边缘有少量骨组织形成，新生的骨组织与陶瓷呈直接骨性结合，无纤维被囊分隔(图4)。术后8周新生骨组织明显增多，并伸入陶瓷材料内部，成岛屿状逐渐替代植入材料(图5)。术后16周可见新生的骨小梁(图6)。
豚鼠听泡内植入纳米HA陶瓷人工听骨，植入腔无感染、渗出、粘连、纤维化，黏膜光滑、完整，植入体无排斥脱出，形态良好，边界清晰，色泽良好，结构完整。扫描电镜术后16周有大量的纤维组织包绕，无炎细胞，有新骨形成。纳米多孔HA植入体内后，能使界面处的软硬组织都长入到孔隙内，形成纤维组织与新生骨组织交叉结合的状态，这种界面能够保持正常的代谢关系，并具有生理性结合的特点。
通过上述实施例，棒状纳米HA一种无毒、无刺激性、具有良好组织相容性的生物材料，在骨创面可诱导新骨形成，骨组织呈直接长入，中间无过渡层，并随时间增长新骨组织向材料内爬入的越深，且新长入的骨组织互相交织成网，提高了材料本身及材料与骨组织界面的结合强度，新生的骨小梁还可根据力学要求逐渐改建。因此，该材料是一种较理想的听骨赝复物。
本发明，实现了设计发明的两个目的，并且与现有技术相比具有以下主要优点和有益效果：
1.制备方法简单，易操作，无需表面活性剂及其它添加剂，采用的可溶性钙盐和磷酸氢二铵廉价易得。
2.通过本发明方法所得到的棒状纳米HA粒径分布均匀，无团聚现象，
3.压制烧结的纳米HA陶瓷具有较高的强度，有良好的机械承载能力、可塑性强、组织相容性好等特点，可用于许多部位的硬组织缺陷的重建修复中，
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步详细说明。
图1为本发明利用水热发合成的棒状纳米HA骨代材料的X射线粉末衍射图；
图2为本发明利用水热发合成的棒状纳米HA骨代材料的透射电镜照片(TEM)；
图3为本发明纳米HA骨代材料的放大照片
图4为术后4周的扫面电镜照片(SEM)；
图5为术后8周的扫面电镜照片(SEM)；
图6为术后16周的扫面电镜照片(SEM)；