[发明专利]骨替代材料及其制备方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种结晶很少的合成羟基磷灰石，它可以用作人或动物的骨替代材料或用作其它用途。本发明还涉及用于在低温下形成结晶很少的羟基磷灰石的无定形磷酸盐化合物的合成方法。

发明背景

磷酸钙是硬组织(骨头、软骨、齿釉和牙质)的主要成分。天然存在的骨材料是由纳米大小的、结晶很少的具有羟基磷灰石结构的磷酸钙形成的。但是，与理想的化学计量的Ca/P原子比为1.67的结晶羟基磷灰石Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂不同的是，骨矿物质的组成明显不同并且可以由下列通式来表示：

        Ca_8.3(PO₄)_4.3(HPO₄，CO₃)_1.7(OH，CO₃)_0.3

骨矿物质非化学计量主要是由于存在二价离子，如CO₃^2-和HPO₄^2-，它们取代了三价PO₄^3-离子。HPO₄^3-和CO₃^2-离子的取代使Ca/P比发生了变化，从而导致Ca/P比根据年龄和骨头的位置而在1.50-1.70之间变化。通常，Ca/P比在骨头的老化过程中逐渐增加，这就说明碳酸盐的量通常对于较老的骨头增加较多。

正是Ca/Po比，它与纳米晶体尺寸及很低的结晶性能一起使骨矿物质产生特殊的溶解性能。而且由于骨组织承受不断的由矿物质吸收细胞(破骨细胞)和矿物质生成细胞(成骨细胞)调节的组织修复，因此矿物质溶解性能在使这些细胞在活动之间保持良好的代谢平衡方面是特别重要的。

与天然骨矿物质非常相似的人造骨移植材料是天然骨头的一种合适替代品。令人满意的人造骨头应当避免自身骨头(病人自己的骨头)的获得和收集问题以及与同种异基因移植骨头(来自尸体的骨头)有关的危险及复杂性，例如病毒转移的危险。因此，人们不断地尝试合成与天然骨头极其相似的陶瓷材料，以用作植入体。羟基磷灰石是优选的选择对象，这是因为尽管它是一种通常具有较大晶体尺寸的化学计量晶体，但它与天然存在的骨矿物质在化学上极其相似。

理想的人造骨移植物至少必需具有下列四种性能：(1)它必需象羟基磷灰石那样在化学上具有生物兼容性；(2)它必需能提供一定的结构完整性，从而将移植物保持在其位置上并且不被接触，直到病人自己的骨头围绕它长出；(3)它必需是可容形式的以便被吸收，从而使病人自己的骨头取代外来的羟基磷灰石；以及(4)由于必需可以将生物分子导入到该人造骨材料中，所说的生物分子是例如可以促进形成骨头的成骨细胞的骨生长蛋白质，要求用来形成该材料的方法在低温下进行。绝大多数骨生长蛋白质(例如骨形态形成蛋白质)是热敏性的并且在超过体温的温度下会失去生物活性。

通过使用一种其参数，如Ca/P比、晶体尺寸、结晶性能、孔隙率、密度、热稳定性和材料纯度可以控制的材料，可以满足这些要求。

现有技术(LeGerosR.Z.，“口腔生物学与药物中的磷酸钙”卡格尔出版公司，纽约1991)指出高度结晶的羟基磷灰石可以通过溶液沉淀而后在高温(800-1200℃)下烧结而制得。高温处理产生高度化学计量的羟基磷灰石，其晶体尺寸在数微米范围内，Ca/P比为1.67。这种高度结晶的羟基磷灰石具有极低的溶解度，从而它基本上不溶于宿主组织中。因此，它不能被活体骨组织替代并在病人体内过分长的时间保持不变。

现有技术进一步指出羟基磷灰石可以通过基本上结晶的磷酸钙试剂的固相酸碱反应来制备。这种方法导致有时是反应较差的不均匀的材料，该材料相当高的结晶羟基磷灰石含量。