[发明专利]β-硅酸二钙多孔生物陶瓷支架及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明包括一种骨组织工程生物支架材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种生物陶瓷支架及其制备方法和应用。

背景技术

组织工程是应用细胞生物学、生物材料和工程学的原理，研究开发用于修复或改善人体病损组织或器官的结构、功能的生物活性替代物的交叉学科。其研究主要包括三个方面：种子细胞、生物材料支架和生长信号。生物支架材料是组织工程的关键因素，因而开发构建理想的细胞外支架材料是现阶段组织工程的研究重点和热点之一。

骨组织工程是组织工程的一个分支。骨组织工程是指将分离的成骨细胞、骨髓基质干细胞或软骨细胞，经体外扩增培养后种植于具有良好生物相容性的支架材料上；细胞在预制形态的三维支架上生长增殖后，将这种细胞-材料复合体植入骨缺损部位，在生物材料逐步降解的同时，种植的骨细胞不断增殖，逐步形成骨组织并发挥相应的功能作用，从而达到修复骨组织缺损的目的。

支架材料在组织工程研究中的作用为：为组织或器官体外构建提供细胞生长的三维支架，使细胞形成适宜的空间分布和细胞间的信号传导与相互作用；提供特殊的生长和分化信号，维持细胞的定向分化，是组织工程研究及其临床应用的关键。理想的组织工程支架材料应具有以下特点：（1）无毒性且具有良好的生物组织相容性，支架材料本体及其降解产物均不会引起机体的免疫排斥反应；（2）具有高孔隙率的结构来支持和诱导细胞的贴附、增殖以及细胞外基质的产生；（3）具有生物可降解性，且降解速率可控；（4）适宜的可塑性和机械强度，以维持支架材料微环境的稳定。

目前骨组织工程支架材料主要有三类：其一是天然生物衍生材料，具有来源丰富，制作简便，组织相容性良好以及具有一定的生物降解性的优点。 其二是人工合成材料，如钙磷陶瓷、生物活性玻璃等。其三为复合材料，如无机高分子复合材料、金属高分子复合材料等。生物陶瓷以其良好的生物相容性以及骨诱导性，同时兼具良好的机械性能和可塑性，能够满足骨组织工程对支架材料成形、力学性能和骨诱导性等方面的要求，在骨组织工程中受到了较大的关注和应用。

尽管目前已对多种生物支架材料进行了不少研究，但生物支架材料存在的种种技术难题如细胞贴附性、机械强度等依然没有临到很好的解决。尤其在骨组织工程中，支架材料的机械强度往往成为制约其应用的关键因素。目前多孔生物陶瓷支架普遍缺乏足够的强度，羟基磷灰石多孔生物陶瓷支架的抗压强度一般不超过10MPa，磷酸三钙多孔支架的抗压强度一般不超过15MPa，也只能勉强达到松质骨的强度要求。

β-硅酸二钙与活性玻璃同属CaO-SiO₂体系，被认为具有生物活性。已有研究表明成骨细胞能够在硅酸二钙涂层表面正常贴附生长，并增殖分化，表明硅酸二钙涂层具有良好的生物相容性，因而拟用β-硅酸二钙生物陶瓷支架来解决上述难题并将其用于骨组织工程。

发明内容

本发明拟解决的技术问题是克服现有骨组织工程支架材料的不足，提供一种机械强度高、开孔率高、对生物体无毒性、生物相容性良好的β-硅酸二钙多孔生物陶瓷支架，并相应地提供了一种该β-硅酸二钙多孔生物陶瓷支架的制备方法和应用。

为实现上述目标，本发明提出的技术方案为一种β-硅酸二钙多孔生物陶瓷支架，所述β-硅酸二钙多孔生物陶瓷支架按如下的方法制备而成。具体包括以下步骤：

（1）前驱体模板处理：根据产品所需的形状和尺寸，用有机泡沫加工处理得到多孔支架模板。

（2）陶瓷原料制备：将Ca源和Si源按适当的比例配比，同时添加适量水和稳定剂进行球磨，球磨后的粉料烘干过筛备用。

（3）浸渍挂浆：称取步骤（2）所制备粉料，按比例加入粘结剂和蒸馏水搅拌均匀，配成浆料。将步骤（1）制备的海绵前驱体置于浆料中反复挤压浸渍，并挤压出海绵前驱体中多余浆料。

（4）干燥：将步骤（3）中得到的样品进行鼓风干燥。

（5）烧成：干燥后的样品放入烧结炉中高温烧结，并于烧成温度下保温。

（6）冷却：保温结束立即将样品从炉中取出冷却。

为了更好的解决上述技术问题，所述前驱体模板优选为聚氨脂海绵。

所述Ca源和Si源的优选的摩尔比为1:1至3:1，特别优选为摩尔比2:1的比例。

所用稳定剂优选为磷酸钙盐，其优选用量为碳酸钙和二氧化硅混合粉料质量的0.5%~3%。

所述Ca源优选为CaCO₃、CaO或Ca(HCO₃)₂，所述Si源优选为SiO₂、白炭黑或者气溶硅。