[发明专利]一种人工骨材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料，尤其涉及一种人工骨材料及其制备方法。 

背景技术

骨组织是由有机成分和无机成分组成，成人骨中有机成分约占1/3，无机成分约占2/3。在有机成分中胶原占95％左右，无机成分则主要是羟基磷灰石。因此可以说，天然骨是由低结晶度的羟基磷灰石和胶原组成。 

人工合成的羟基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性，它是一种优良的硬组织替代材料，而且由于羟基磷灰石的晶粒具有表面效应和体积效应，在植入人体后能通过氢键与人体组织键合达到完美亲和，无免疫排异现象并且具有一定的骨传导性能，在力学和生物学方面具有很大的优越性和应用潜力，是一种理想的组织植入材料。美中不足的是，羟基磷灰石的脆性大且韧性低，不能用于负重部位骨缺损的修复，并且在体内难降解，限制了它在骨修复中的应用。胶原对骨细胞具有良好的相容性、低免疫原性，基于胶原的医学材料移植物，在促进组织修复和再生方面显示出良好效果。但从目前生产工艺和产品来看，所制备的羟基磷灰石/胶原复合材料仍然存在机械强度不够、孔隙率低、孔隙交通性能差等缺点。 

因此，希望能够提供一种力学强度较高的人工骨材料。 

发明内容

为此，本发明提出了一种可以解决上述问题的至少一部分的新型人工骨材料及其制备方法。 

根据本发明的一个方面，提供了一种人工骨材料的制备方法，该制备方法包括：提供原料，所述原料包括羟基磷灰石、胶原和纳米纤维素。 

现有技术中的人工骨材料由羟基磷灰石和胶原复合而成。尽管羟基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性，是一种优良的硬组织替代材料，而且由于羟基磷灰石的晶粒具有表面效应和体积效应，在植入人体 后能通过氢键与人体组织键合达到完美亲和，无免疫排异现象并且具有一定的骨传导性能，在力学和生物学方面具有很大的优越性和应用潜力，是一种理想的组织植入材料。同时，胶原对骨细胞具有良好的相容性、低免疫原性，基于胶原的医学材料移植物，在促进组织修复和再生方面显示出良好效果。但是，羟基磷灰石的脆性大且韧性低，不能用于负重部位骨缺损的修复，并且在体内难降解，限制了它在骨修复中的应用。胶原对骨细胞具有良好的相容性、低免疫原性，基于胶原的医学材料移植物，在促进组织修复和再生方面显示出良好效果。因此，从目前生产工艺和产品来看，所制备的羟基磷灰石/胶原复合材料仍然存在机械强度不够、孔隙率低、孔隙交通性能差等缺点。 

为了解决以上问题，本发明将纳米纤维素添加到羟基磷灰石和胶原形成的复合材料中，应用于人工骨材料。 

纳米纤维素是将纤维素在一定条件下用强酸水解，所得到的尺寸在纳米级别的纤维素。纳米纤维素与普通纤维素相比具有优越性质，能够提高材料的生物相容性，同时由于纳米纤维具有高强度，其杨氏模量可以达到100-143Gpa，将纳米纤维素添加到羟基磷灰石和胶原形成的复合材料中，用于人工骨材料，能够显著提高人工骨材料的机械性能。 

除此之外，由于纳米纤维素是通过纤维素水解得到，而纤维素是自然界中植物通过光合作用合成的材料，取之不尽用之不竭，因此将纳米纤维素作为人工骨材料的成分，还能够降低其制造成本，满足医疗界和患者对人工骨的需求。 

可选地，根据本发明的制备方法，其中，提供的所述羟基磷灰石占原料总重的40-60％，所述胶原占原料总重的30-50％，所述纳米纤维素占原料总重的0.1-10％。当纳米纤维素占原料总重的0.1-10％时，制备所得材料的机械性能最优。 

可选地，根据本发明的制备方法，其中，包括步骤： 

步骤S1100制备胶原PO₄^3-溶液：将所述胶原配制成质量百分比浓度为0.1-1％的胶原水溶液；之后将0.05-0.5mol/l的含PO₄^3-溶液滴入胶原水溶液，搅拌均匀； 

步骤S1200制备胶原/纳米纤维素复合溶液：将所述纳米纤维素配制 成质量百分比浓度为0.5-10％的纳米纤维素水溶液，将其与步骤S1100制备的胶原PO₄^3-溶液混合后搅拌、均质； 

步骤S1300制备胶原/羟基磷灰石/纳米纤维素复合材料：将0.2-0.8mol/l的含Ca²⁺溶液滴入步骤S1200制备的胶原/纳米纤维素复合溶液中，Ca/P的摩尔比设置为1.67，搅拌均匀，用碱性溶液调节pH值并沉淀，将沉淀物冷冻干燥，制得人工骨材料。优选地，沉淀前先静置陈化24h，使用离心沉淀，如此沉淀速度更快，生产效率更高。