[发明专利]具有表面纳米结构的硅酸盐骨水泥支架及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及具有表面纳米结构的硅酸盐骨水泥支架及其制备方法和用途，包括硅酸盐骨水泥支架和形成于所述支架表面的羟基磷灰石纳米结构。本发明在硅酸盐骨水泥支架（植入体）表面构建一定的纳米结构能够明显地加强骨整合和促进体内成骨性能。因而，设计和制备具有可控表面纳米结构的硅酸盐骨水泥多孔支架，将从结构上优化材料的整体性能，从而更有利于硅酸盐材料在骨组织修复中的临床应用。

技术领域

本发明涉及具有表面纳米结构的硅酸盐骨水泥支架及其制备方法和用途，属于生物材料领域。

背景技术

人体骨组织常因外伤、肿瘤、老化等原因而导致断裂、缺损、组织坏死和变质。在众多人工合成骨组织修复材料中，硅酸盐骨水泥(硅酸二钙、硅酸三钙及其复合骨水泥)良好的力学强度、降解速率和体外体内成骨活性，因而受到了广泛关注。在骨组织修复中，为了更有利于营养物质的交换和新组织的长入，常常需要把材料制备成多孔支架的形式。传统的支架制备方法，如泡沫法和造孔剂法，要么需要高温烧结而不适用于骨水泥支架的成型，要么很难控制支架的孔结构和三维联通性，因而大大限制了骨水泥材料在骨修复中应用。

另一方面，目前的支架材料表面普遍缺少类似细胞外基质的天然纳米形态结构，植入体内后很难达到真正的“生物性融合”，从而制约了骨组织修复材料在临床上的推广应用。

发明内容

面对现有技术存在的上述问题，本发明旨在改进硅酸盐骨水泥，提供一种有望在骨修复中广泛应用的硅酸盐骨水泥及其制备方法。

一方面，本发明提供了一种具有表面纳米结构的硅酸盐骨水泥支架，包括硅酸盐骨水泥支架和形成于所述支架表面的羟基磷灰石纳米结构。

本发明在硅酸盐骨水泥支架(植入体)表面构建一定的纳米结构能够明显地加强骨整合和促进体内成骨性能。因而，设计和制备具有可控表面纳米结构的硅酸盐骨水泥多孔支架，将从结构上优化材料的整体性能，从而更有利于硅酸盐材料在骨组织修复中的临床应用。

较佳地，所述纳米结构包括纳米针结构或纳米片结构。其中羟基磷灰石纳米针的直径可为10～50nm、长度可为100～500nm，优选直径约20nm、长度约300nm。羟基磷灰石纳米片的厚度可为5～20nm、长可为100～500nm、宽可为300～800nm，优选厚度约8nm、长约300nm、宽约500nm。

较佳地所述硅酸盐骨水泥支架以硅酸盐骨水泥粉体为原料通过3D打印制备，且具有有序的大孔结构，所述大孔的孔径为100～600μm。即、将硅酸盐骨水泥粉体、粘结剂和水混合后，利用计算机辅助设计软件构造硅酸盐骨水泥支架的结构模型，然后3D打印得到所述硅酸盐骨水泥支架。本发明将3D打印技术与硅酸盐骨水泥结合则可以在低温下制备出孔径规则，三维连通的硅酸盐骨水泥多孔支架。

又，较佳地，所述硅酸盐骨水泥粉体为硅酸钙、硅酸三钙和硅酸二钙中的至少一种。

较佳地，所述羟基磷灰石纳米结构是由硅酸盐骨水泥多孔支架浸泡在磷酸盐溶液中于25～60℃下反应1～3天而原位形成在所述硅酸盐骨水泥支架表面。

另一方面，本发明还提供了一种具有表面纳米结构的硅酸盐骨水泥支架的制备方法，将硅酸盐骨水泥支架浸入浓度为2～6mg/L的磷酸盐水溶液中，在25～60℃下反应1～3天。

较佳地，所述磷酸盐为磷酸三钠、磷酸三钾、磷酸铵、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸氢二铵中的至少一种。

较佳地，所述磷酸盐水溶液的体积和硅酸盐骨水泥支架的质量的用量比为(20～200)ml/g，优选为(50～200)ml/g。

较佳地，将制备所得具有表面纳米结构的硅酸盐骨水泥支架置于去离子水中，在25～60℃下浸泡；其中在去离子水中浸泡的时间和在磷酸盐水溶液中反应的时间之和为3～7天。

又，较佳地，所述硅酸盐骨水泥粉体为硅酸钙、硅酸三钙和硅酸二钙中的至少一种。