[发明专利]生物源性氟化羟基磷灰石骨替代材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氟化羟基磷灰石骨替代材料的制备方法，尤其涉及一种生物源性氟化羟基磷灰石骨替代材料的制备方法。

背景技术

羟基磷灰石（Hydroxyapatite，下文简称HA）是生物体骨组织最基本的无机成分，有着很多优良特性，例如HA与骨矿物质成分的相似性，可促进干细胞的成骨分化，形成强有力的骨-CaP生物材料结合界面及引导临近天然骨的血管神经长入等特性。在医学领域中，以磷酸盐、钙盐等物质进行人为化学加工合成的纯HA以往曾有着较广泛的应用，如少量骨缺损修复、骨囊肿骨腔的填塞、种植体表面涂层等。然而，纯HA用于硬组织置换存在一些不足，例如物理机械性能不理想、脆性大等，尤其是与后来出现的生物源性HA相比，成骨性能较弱，从而大大限制了其应用，目前临床上已经基本为生物源性HA所取代。

与人工合成HA不同的是，生物来源HA是以生物骨为合成原料，通过物理或化学方法去除其中会导致人体免疫排斥反应的有机物后得到的骨替代材料，其主要成分为HA，三维立体结构与天然骨极为相似，并且含有天然骨中特有的Ca、Mg、Zn、Cl等微量无机成分。当骨缺损处植入生物来源HA骨替代材料后，其基本成分HA可以作为新骨形成过程中的原材料以及空间支持结构，三围多孔网状结构更利于人体成骨细胞的附着以及临近骨组织血管、神经的长入，其与天然骨极为相似的组成成分更利于新骨的形成以及植骨材料的改建。因此生物来源HA在成骨速度、成骨量和新生骨质量与人工合成HA相比都具有绝对优势，已经成为当今临床上最为常用的植骨材料。但是，生物来源HA的制备质量往往难以控制，制备的温度太低，生物骨中的有机成分不能除尽；制备的温度太高，则会出现碳酸根离子缺失，晶相发生改变，HA分解生产其他物质。

HA的分子式是Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，其中Ca^2＋、PO^3－、OH^-位均可被多种离子替代，因此学者开始探索在HA中掺杂一些无机元素，从而改善材料的物理机械性能和整体生物活性。虽然有研究证实，摄入氟过量会导致中毒反应。但是，氟是人体必需的微量元素，在骨、牙齿的生长发育过程中发挥着重要的作用，可促进骨细胞的分化和繁殖，促进HA晶体的形成和生长，并对硬组织的矿化起促进作用，有文献报道一定程度上增加氟离子摄入量能改善骨质从而治疗骨质疏松病，因此其在预防骨质疏松病等方面备受关注。在细胞培养实验中，发现氟离子可以刺激成骨细胞的增殖和碱性磷酸酶活性。氟化水饲养的大鼠中同样发现成骨细胞成骨性能的提高。同时，氟也具有抗菌抑菌的作用。目前饮用水加氟已被美国疾病预防控制中心列为20世纪十大公共卫生成就之一，并获得世界卫生组织和其他一些全球和地区性健康和牙科组织的肯定，广东省政府也已经提出关于自来水加氟的项目计划。

现有研究证实，生物来源HA中的OH基团在晶体中存在基团缺失，错位排列等缺陷。其中，缺失的部位可由氟占领，而错位排列的OH则更容易被氟替代，这些缺陷的存在增加了氟替代的可能性，F替代HA中的OH基团，可使磷灰石的溶解度降低，机械性能得到了改善，同时具有释放氟离子的能力，使其具有更强的骨引导、诱导能力以及抗菌性能，获得良好的生物学性能，特别在仅含低浓度氟的体液中更有意义，也是生物来源HA合成FPHA的优点之一。生物来源HA合成法具有来源丰富，价格低廉，简单有效，避免免疫原性，且FPHA保留了HA的生物架构，留存着动物体内的一些有利的微量元素，合成的FPHA将更有利于骨细胞的长入，具有更强的骨诱导性，是未来制备FPHA的一个发展方向。

然而，目前制备生物来源HA的技术主要掌握在外国公司手里，且只有纯生物源HA投入临床使用，中国国内尚没有国产植骨骨替代材料，故国内的临床上多采用进口的生物来源HA，例如瑞士公司生产的Bio-oss，所用生物骨原材料为牛骨。但是，进口产品的价格非常昂贵，例如瑞士公司生产的Bio-oss的购入价为每克2000元，国内患者要支付昂贵的费用才能使用该产品进行治疗。因而，目前我国亟需一种可以替代Bio-oss的生物来源HA，以降低患者的治疗成本。

另外，尽管现有研究已证明生物来源HA中的OH基团在晶体中的缺失部位可以由氟替代的原理，含氟骨替代材料理论上在许多方面相比普通生物源HA都具有优势，但实际制备氟离子植入生物来源HA时仍存在很多不明确的技术盲点，如材料处理细节不明确，详细制备过程如烧结骨块部位、大小、形态、温度、升温速率等难以得知最佳数据，学术界对氟植入浓度等尚无明确结论，因此，尚未见有氟化生物源HA骨替代材料的技术报道。