[发明专利]可成形的生物陶瓷

说明书

发明领域

本发明总地涉及可成形的生物陶瓷，更尤其涉及基于溶胶-凝胶的羟基磷灰石-明胶生物陶瓷(GEMOSOL)，甚至更尤其地涉及基于氨基二氧化硅的羟基磷灰石-明胶生物陶瓷(GEMOSIL)。

现有技术的描述

许多不同的材料已被用于骨置换和骨替换，然而，迄今为止所使用的材料不像天然骨那么好。这些骨代用品尚不理想，因为它们具有悬殊的机械性质并且通常表现出不那么理想的生物相容性。

在骨置换方面的尝试使用各种各样的异质材料，但是引起相关的问题。已被用于置换骨结构的金属，诸如不锈钢和钛，被发现与它们被植入或附着的骨的性质在机械方面不匹配。另外，这些材料由于磨粒和浸出离子诸如镍、钴、铬、铝和钒离子而经常引起过敏性反应和炎症。特氟隆(Teflon)关节植入物已被使用，但是当用在要求反复和力量的应用中，诸如被用作颌植入物时，已知发生碎裂和侵蚀。生物惰性材料诸如氧化铝和氧化锆陶瓷表现出许多与金属植入物有关的相同问题。

其它方法已使用许多与在天然骨中被发现的相同的材料，试图获得更可行的和更耐用的骨置换材料。天然骨是主要由羟基磷灰石晶体和胶原蛋白组成的细胞外基质，羟基磷灰石在体温下在胶原蛋白上充分矿化。羟基磷灰石/胶原蛋白结合的强度以及胶原纤维的质量和成熟度对于骨的机械性质而言是重要的。因此，这些尝试中有许多集中于开发羟基磷灰石和胶原蛋白的混合物用于骨代用品，然而，胶原蛋白是昂贵的材料，并且胶原蛋白与羟基磷灰石的反应很难控制。这种缺乏控制导致材料具有减少的和/或不一致的机械强度。

还制备了使用接合剂(cement)和陶瓷材料诸如磷酸钙的植入物。这些接合剂和陶瓷克服了上述的许多问题，因为它们可以直接接触骨并且不表现出许多其它植入物所共有的反应和炎症。另外，因为这些材料是生物相容的，天然骨材料随着时间而缓慢地生长进入植入物。然而，这些接合剂和陶瓷易碎，通常具有较差的抗挠强度，并且在能量吸收方面较弱。另外，所使用的材料一般很难进行雕刻(sculpt)，产生不规则缺陷的问题，以及颗粒从植入位置移动。因此，这些材料尚未被广泛使用，并且当被使用时，一般限于非承重的适应症。

还使用了天然骨，其为大块或为组合物的形式，其组成采用了受到高度关注的骨粒子的集料。目的是更接近地模拟天然骨和增加植入物的强度。其还保持生物相容性并允许骨向内生长和同化。然而，存在骨组分的收集和可利用性的问题。另外，存在与骨移植物或组合物有关的风险和并发症，诸如感染、病毒传播、疾病、排斥和其它免疫系统反应的风险。

除了骨置换之外，还试图置换其它的体组织。各种尝试已使用动物组织来置换人组织，使用来自体内其它部位的组织，或已试图使用合成材料。这些方法全都具有相关的缺陷和缺点。

因此，仍然需要合成的植入物材料，其重量轻、坚固、成本有效、有弹性，并且提供高度的生物相容性，同时表现出与周围的组织和结构的快速同化(integration)。该材料可用于包括但不限于修复、置换、模板辅助组织工程学和其它工程应用的应用。

概述

本发明总地涉及新型的复合生物陶瓷。更具体地说，本发明涉及基于溶胶-凝胶的羟基磷灰石-明胶可成形的生物陶瓷及其制备和使用方法。

在一个方面，描述了包含磷酸钙/明胶-改性的二氧化硅(GEMOSIL)纳米复合物的可成形的生物陶瓷。

在另一个方面，描述了包含磷酸钙/明胶-改性的溶胶-凝胶(GEMOSOL)纳米复合物的可成形的生物陶瓷。

在另一个方面，描述了用在组织工程学中的制品，其中该制品包含可成形的生物陶瓷，该可成形的生物陶瓷包含磷酸钙/明胶-改性的二氧化硅(GEMOSIL)纳米复合物和/或磷酸钙/明胶改性的溶胶-凝胶(GEMOSOL)纳米复合物。

在又一个方面，描述了用于置换的制品，其中该制品包含可成形的生物陶瓷，该可成形的生物陶瓷包含磷酸钙/明胶-改性的二氧化硅(GEMOSIL)纳米复合物和/或磷酸钙/明胶-改性的溶胶-凝胶(GEMOSOL)纳米复合物。优选地，置换选自骨置换、牙齿置换、关节置换、软骨置换、腱置换、和韧带置换。

在另一个方面，描述了制备可成形的生物陶瓷的方法，所述方法包括：

在含水条件下混合氢氧化钙、磷酸和明胶，产生共沉淀的磷酸钙-明胶材料；和

将至少一种硅烷反应物加入到磷酸钙-明胶材料中，产生磷酸钙/明胶-改性的二氧化硅(GEMOSIL)纳米复合物。

在另一个方面，描述了制备可成形的生物陶瓷的方法，所述方法包括：

在含水条件下混合氢氧化钙、磷酸和明胶，产生共沉淀的磷酸钙-明胶材料；和