[发明专利]磷酸钙超饱和溶液和利用该溶液的磷酸钙结晶薄膜的制备方法

说明书

本发明的技术背景

本发明涉及超饱和的钙和磷酸根离子溶液的制备方法和利用上述溶液在固体表面上制备磷酸钙结晶薄膜的方法。具体地说，降低温度和/或利用抑制水溶液中磷酸钙成核作用的适宜缓冲体系，因此，可以制备高度超饱和的钙和磷酸根离子的溶液。利用上述的溶液，在固体表面上可以迅速而在高反应性和低结晶度方面高质量的制备磷酸钙结晶的薄膜。

已知磷酸钙结晶具有生物适应性。磷灰石结晶仅是钙化组织中的一种类型的磷酸钙结晶(H.-M.Kim等，J.Bone Miner.Res.10,1589-1601(1995)；USP 5565502；和USP5691397)，已用作骨的基材。通过在金属或用作固体颗粒的生物材料表面生成磷灰石层，也广泛用于提高对组织的生物适应性(R.G.T.Geesink,Clin.Orthop.Relat.Res.261,39-58(1990)；和M.G.Dunn和S.H.Maxian,J.Long Term Effect.Med.Implants,1,193-203(1991))。

迄今，为了利用磷酸钙结晶提高生物适应性，对生成磷酸钙结晶，特别是在钛等之类基材的表面上形成磷灰石层，已经开发出了各种各样的涂覆方法。已经最广泛使用等离子体涂覆法。用等离子体涂覆，生成磷灰石层并在高温下生长，因此由于高结晶度和大的结晶尺寸，它包括具有低生物适应性的羟基磷灰石。已知除磷灰石结晶之外，还生成了磷酸钙的其它相或氢氧化钙之类的副产物(H.-G.Pfaff等．,Properties of HA-Coatings in“Bioceramics”,vol.6,eds.,p.Ducheyne and D.Christiansen,pp.419-424,Buterworth-Heinemann Ltd.(1993))。已经清楚地证实，上述副产物对生物适应性有负作用。因此，需要开发一种方法，该方法生成的磷灰石结晶层与骨磷灰石结晶具有相似的性质，即由于结晶的小尺寸，由于低结晶度和广泛的反应表面积，在基材表面上具有合适的生物适应性。

由钙、磷酸根和羟基离子组成的纯羟基磷灰石结晶是高结晶度的化学计算量的棒状结晶，而把骨组织或钙化的软骨组织隔离开的生物结晶是低结晶度的非化学计算量的磷灰石(Elliott J.C.磷灰石和其它正磷酸钙的结构和化学研究，Studies in Inorganic Chemistry 18,Amsterdam:Elsevier,pp 111-190(1994))。生物结晶是极小的纳米晶体的薄片(骨是27.3×15.8nm，钙化的软骨组织是103×68nm长×宽)纳米晶体的薄片有极大表面积，具有高表面反应性的代谢活性(H.-M.Kim等，J.Bone Miner.Res.10:1589-1601(1995),Posner A.S等．骨骼研究：实验方法，Academic Press:New York,pp167-192(1979))。

为了生成生物晶体的拟态的晶体学性质的结晶层，通过利用钙和磷酸根离子的溶液，已经开发出了在低温下直接在固体表面上生成结晶层的方法。但是，由于超饱和溶液中的自发成核作用，不能保持高的离子浓度，因此，难以保持溶液产物[Ca²⁺]×[HPO^2-₄]的浓度在6mM²之上(H.B.Wen等，J.Biomed.Mater.Res.41,227-236(1998))。此外，在这种低超饱和浓度时，把溶液施加于固体表面形成结晶层对温度和固体表面的条件要求是非常严格的。也就是说，温度必须保持在约37℃且涂布过程要求很长时间，根据表面情况要一个月以上。温度控制了结晶层的晶体学特性。此外，需要如此低的温度是与在表面上温度的敏感性和生物活性材料结晶有关。因此，在温度必须控制或降低的情况下，不能采用上述的方法。在许多情况下，仅能用于基材是带电的表面。

本发明的发明人已经开发出了超饱和的钙和磷酸根离子溶液的制备方法和利用上述溶液在固体表面上制备磷酸钙结晶薄膜的方法。具体地说，降低温度和/或利用抵制水溶液中磷酸钙成核作用的适宜的缓冲体系，能够制备高度超饱和的磷酸钙溶液。和通过利用上述溶液，能够在固体表面上迅速和在高反应性与低结晶度方面都优质的制备磷酸钙结晶薄膜。按照本发明制备的磷酸钙结晶薄膜也具有生物适应性。

发明概述

本发明的目的是提供保持钙和磷酸根离子高浓度的磷酸钙超饱和溶液的制备方法。