[发明专利]生物活性磷酸氢钙/硅酸三钙复合自固化材料及其制备方法和应用

说明书

发明领域

本发明涉及一种生物活性磷酸氢钙/硅酸三钙复合自固化材料、制备及用 途，属于医用生物材料领域。

背景技术

80年代中期Brown和Chow发明了新型的自固化生物活性骨修复材料— —磷酸钙骨水泥(Calcium Phosphate Cement；CPC)。CPC是指几种磷酸 盐粉末与调和液混合，在室温或者人体温下发生水化反应并能自发凝固的磷酸 钙(Calcium Phosphate，CP)材料。CPC不同于陶瓷材料，其制备成型、临 床试用一体化，可根据骨缺损部位任意塑形，手术操作方便。近几年，随着磷 酸钙骨水泥研究的深入和扩展，磷酸钙水泥的应用逐渐扩展至牙科修复和组织 工程领域。其中，P.Boudeville等人于2002年提出一种用于牙根管填充的组 成为磷酸氢钙(CaHPO₄·2H₂O，DCPD)和氧化钙(CaO)的磷酸钙水泥(P. Boudeville等，J Biomed Mater Res Appl Biomater 2002；67：447-453)， 这种水泥以磷酸盐缓冲溶液为调和液，水化产物主要为羟基磷灰石和少量剩余 的磷酸氢钙。体外试验证明这种材料能够快速凝固，同时具有良好的生物相容 性，并且具有一定的抗菌性能。但是，这种材料在应用上仍然存在着一些缺陷， 这主要体现在以下几个方面：首先，这种磷酸钙骨水泥虽然凝固较快，但凝固 之后强度很低(10MPa左右)，不能满足牙齿组织修复材料的力学要求；其次， 这种材料与磷酸钙类陶瓷相似，诱导类骨磷灰石沉积能力差，从而导致材料与 组织之间结合强度较低；最后，由于成分中的氧化钙成分具有相对较大的溶解 度，因此会导致环境pH值快速升高至10.0以上，使得这种材料的应用局限在 牙髓管填充领域。此外，在治疗过程中很可能出现材料在体液中溃散，从而导 致治疗失败。

硅酸三钙(Ca₃SiO₅，Tricalcium Silicae，C₃S)是波特兰水泥中的主要成分 之一，同时也是目前用于齿科填充材料的Mineral Trioxide Aggregate(MTA) 的主要成分(含量大于60％)，临床证明其具有良好的生物相容性。向硅酸三钙 粉体加入适量的调和液制备的糊状物具有任意塑形、自行固化等特点。当硅酸 三钙粉体与水接触，微粒表层溶解并伴随离子迁移，具有纳米孔结构的钙硅酸 盐水合物凝胶沉积在粉体微粒表面，同时氢氧化钙[Ca(OH)₂]晶粒在水合物凝胶 毛细孔区成核并长大；随着反应的进行，钙硅酸盐水合物凝胶聚合硬化，形成 具有一定微孔和强度的块体材料钙硅水合物(C-S-H)(Barnes著，Structure and performance of cements.London：Applied Science Publishers.1983)。 研究表明，与生物活性玻璃和陶瓷类似，硅酸三钙也具有优良的生物活性(Zhao 等，Mater Lett 2004；58：2350-2353)。硅酸三钙粉体与模拟体液接触，材料 表面首先溶解，Ca²⁺和SiO₄^4-进入溶液；溶液中SiO₄^4-稳定性下降并发生聚合反 应，富集在材料表面，在材料表面形成富硅的Si-O网络凝胶层；随着上述反应 的进行和Ca²⁺持续溶解，材料表面附近溶液中的Ca²⁺、OH^-浓度提高，随后通 过静电吸引Ca²⁺、PO₄^3-、HPO₄^2-与富硅活性表面作用并吸附在表面，沉积形成 钙磷酸盐，它们再与溶液中的HPO₄^2-、CO₃^2-、OH^-相互作用，钙磷酸盐转化形 成碳酸羟基磷灰石晶核，这种晶核不断长大，形成纳米级的类骨磷灰石层。硅 酸三钙粉体表面诱导沉积的碳酸羟基磷灰石具有人体骨中纳米级针状磷灰石晶 体相同的结构，从而保证了与人体骨组织中的胶原键合和外延生长。此外，硅 酸三钙不仅具有优良的生物活性，还具有适度的硅离子释放和降解性能。