[发明专利]可降解力学增强型生物玻璃基多孔复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于人体骨、齿组织损伤原位再生修复和组织工程细胞支架的可降解力学增强型生物玻璃基多孔复合材料及其制备方法，属于生物医用材料技术领域。

背景技术

因肿瘤和炎症等所致的骨齿组织坏死、骨质疏松所致的骨流失和骨折、机械力所致的骨齿缺损等一系列骨缺损的快速、完全再生修复治疗是临床医学的难题。Larry L.Hench教授在40年前首先发现了一种由CaO、SiO₂、P₂O₅和Na₂O组分的化合物烧制而成的玻璃粉末在体液或者模拟体液内诱导类骨磷灰石沉积，能与活体骨齿组织形成骨性化学键合，并发展成为临床应用的骨齿修复材料(商品名：45S5 Bioglass)。这一材料的发现和应用，使得人们对生物活性的内涵和生物活性材料的设计有了全新的认识。迄今为止，人们已经发现不少以钙-硅(CaO-SiO₂)为基础的无机玻璃或者玻璃陶瓷材料能与骨组织发生直接结合，植入体与组织界面区域不会形成非黏连性纤维层隔膜。比较以往的金属、合金材料以及磷酸钙类材料，生物玻璃材料在骨齿损伤修复效果上有了很大改善和提高(美国专利US6338751)。

现有技术中，各种生物玻璃材料以烧结微颗粒体、生理液调和形成的糊状物或者与生物相容性有机分子复合的系列材料被广泛研究，并部分得到临床应用。譬如，临床上多以粉末、糊状物等用于牙周病治疗(倍骼生，Perioglas^TM)、非应力集中骨损伤再生修复(固骼生，Novabone^TM)、消除皮肤病炎症和微生物感染(中国专利99802296.9和99813123.7)以及口腔保健(诺华敏，NovaMin^TM；中国专利97193085.6)，并在人工关节表面涂层改性应用(美国专利US6299930和5977204)、加速烧伤和创伤愈合(肌肤生，Dermglas^TM；中国专利03109623.9和97191524.5)和治疗溃疡及糜烂性伤口敷料中具有良好疗效(中国专利200410018370.4)。但是，生物玻璃块材尤其是其多孔材料的强度低、脆性高以及可切削性加工差等因素的制约，长期以来临床上沿用粉末或糊状物填充方式开展骨齿损伤修复治疗，块体材料在应力集中部位骨损伤修复中的应用极为有限。生物玻璃这类无机非晶材料的物理化学特点表现为粉末颗粒与组织液一旦接触会发生快速表面反应，硅、钙、磷等离子释放，同时无机离子溶出速度与生物玻璃中碱金属离子含量、烧结温度、颗粒度、比表面积等因素密切相关。一直以来，为避免过高剂量无机离子溶出和积累引起细胞活性下降和炎性反应，临床应用通常为微米级大粒径玻璃粉末，因而这又出现填充物降解较慢、修复期长等问题。

近年来，随着再生医学研究的兴起，骨损伤治疗中传统的替代(Replacement)和修补(Repair)模式正逐渐被调控骨髓间充质干细胞和成骨母细胞为核心的原位再生(Regeneration)模式转变。理想的原位再生植入材料必须具有负荷最大量细胞的高渗透性多孔网络、优良的骨诱导性和传导性、支持成骨相关细胞生长和功能分化的表面化学性质和微结构、以及与骨再生相匹配的降解性能。不仅如此，骨骼作为协调人类肌体负重和协调运动的关键器官，原位再生植入材料与损伤部位的力学强度、弹性模量和断裂韧性匹配性尤为关键。但是，设计力学性能满足原位诱导组织再生的多孔生物玻璃材料仍然面临巨大挑战。