[发明专利]羟基聚磷酸钙钠及其生产方法

说明书

本发明属医疗材料类，是一种生物医学材料，特别适用于修复人体硬组织缺损和人工假体涂复的生物医学材料。

近十年内，国内外在模拟人体硬组织无机成分的磷钙材料方面，以羟基磷灰石和玻璃陶瓷为代表的替换材料得到了广泛应用，取得了显著进步，但都因其属硬质结晶材料，与人体硬组织的结构性质差异较大，力学相容性欠佳，在体内长期应力作用下容易造成骨吸收而失败。以后人们又从天然骨中提取骨胶原、纤维蛋白等有机成分，力图改善材料的生物相容性，同时还将这类有机物质或降解物质与磷钙材料共混作为替换材料进行骨缺损修复，但植入人体内后，材料中的这些物质还未发挥定向交换功能时，已被人体组织迅速分解吸收，未能达到改善生物相容性的目的。1982年8月，美国专利(U.S.P4346028)公布了用聚磷酸钙钠作为石棉代用品的报道；A，Bertoluzza(1981～1983年)发表了聚磷酸钙钠可作为生物医学材料的报道。由于这些材料本体和表面显酸性，与人体骨组织的pH相差较大，若应用于人体内，将影响碱性磷酸酯酶的活性和成骨作用，因而不具有真正的医学实用价值。

在生物材料的研究领域中，替代人体硬组织的植入材料的研究占有重要地位。目前，无论金属、陶瓷、高分子及其复合材料都没有获得满意效果，其原因是这些材料与人体组织的亲缘性甚远，其成分、结构和性能与人体牙、骨硬组织差异性很大，在人体组织内特殊的生理环境中，不仅难以发挥正常功能作用，而且极易受到破坏，其产物还往往对人体产生不良作用。此外，上述材料基本上均是硬质结晶材料，与骨组织的弹性模量相比不相适应，力学相容性差，缺乏生物反应性等，在各种生物力的作用下更易造成对人体组织的损伤。

本发明的目的是，研制出一种具有无机与有机结合，结晶与非结晶结合，刚性与柔性结合，其化学成份与人体骨成分结构类似，材料表面pH与人体硬组织接近，能与人体组织相互进行物质交换和产生骨性结合的羟基聚磷酸钙钠无机高分子生物医学材料。

本发明的技术内容：合成具有高聚物结晶特征、交换功能和恒定pH的羟基聚磷酸钙钠，其影响因素是很多的。重要的有磷钙比、钠钙比以及金属氧化物与五氧化二磷的摩尔比以及烧结工艺和结晶过程的影响。

合成由磷、氧、钙、钠元素组成的羟基聚磷酸钙钠生物医学材料，其材料各组份重量百分比为：Na₂O 6.5～8.0，CaO 35～40，P₂O₅ 53.5～57.0；其一级结构具有如下组成：式中M＞1，n＞2，X＞1，其m和k具有如下关系：k-n＝2.5m-0.5，且该材料无论在有机或无机钙盐溶液中，其材料本体和表面的pH都保持在7.0～8.5之间。

作为本发明的聚合物的磷源是以磷酸、聚磷酸、五氧化二磷、磷酸铵、聚磷酸铵、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸氢钙、磷酸二氢钙、磷酸钙、焦磷酸氢钙、焦磷酸钙及焦磷酸四钙为磷源，以磷酸氢钠和磷酸二氢钠为钠源，也可为磷源，以磷酸的各种钙盐，碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙为钙源，磷酸的各种钙盐也可为磷源，合成羟基聚磷酸钙钠。

作为本发明的聚合物，无论采用何种原料，其钠、钙与磷酸摩尔比是很重要的。按上述组份的重量百分比合成的羟基聚磷酸钙钠将具有本发明的高聚物的结晶特征、交换功能和恒定的pH范围。如果超出该范围，虽然也可得到无机高聚物，但高聚物本体及其表面的pH不符合人体的需要。

作为生物医学材料，原料杂质的影响也是很重要的，应该尽量使用符合国家药品规格的原料及辅料，否则，合成的材料将不具有医用价值。

本发明的羟基聚磷酸钙钠生物医学材料的生产方法包括如下步骤：第一步聚合反应，将含磷、钠及30～80％的含钙原料加水调成泥浆状，在200℃温度下预聚合，再加热到700℃～900℃聚合3～8小时，然后逐步冷却至600℃～800℃使其结晶，经3～16小时后，得到一结晶聚合物；第二步化合反应，将第一步所得的结晶聚合物与剩余的70～20％的含钙原料进行化合反应，反应温度900℃～1100℃，经3～8小时，然后按第一步反应再结晶，即可得到羟基聚磷酸钙钠生物医学材料。

按照本发明配方的比例，合成的无机高聚物羟基聚磷酸钙钠的方法分两步进行，第一步聚合反应。首先将含磷源、钠源及30～80％钙源的原料加水调成泥浆状，先在200℃下预聚合，再加热到700℃～900℃聚合3～8小时，然后逐步冷却至600～800℃使其结晶，经3～16小时后，得到一结晶高聚物，对该高聚物进行X衍射分析，在衍射角为以下值时出现强反射峰：

衍射角(Angle)       衍射强度(inten)    面间距(D-value)