CN105536048B

CN105536048B - 一种新型可降解骨植入物及其制备方法

Info

Publication number: CN105536048B
Application number: CN201610003199.2A
Authority: CN
Inventors: 吕世文; 毛克亚; 卓清山; 张鹏云
Original assignee: NINGBO HUAKERUN BIOTECHNOLOGY CO Ltd
Current assignee: NINGBO HUAKERUN BIOTECHNOLOGY CO Ltd
Priority date: 2016-01-06
Filing date: 2016-01-06
Publication date: 2019-04-02
Anticipated expiration: 2036-01-06
Also published as: CN105536048A; WO2017118293A1

Abstract

本发明涉及一种新型可降解骨植入物及其制备方法，所述骨植入物由粉剂和液剂混合加压后凝固制成，所述粉剂由以下组分组成：32‑70wt％的磷酸盐、28‑65wt％的金属氧化物和1‑15wt％的含硅化合物，所述液剂与粉剂的液固比为0.1‑0.5ml/g。制备方法，步骤如下：首先，将所述粉剂和液剂按0.1‑0.5ml/g比例混合搅拌后得到糊状物；其次，将糊状物注入模具中，并保持压力≥5atm；再次，待糊状物固化后脱模，得到骨植入物；最后，将骨植入物放置在温度37℃、湿度50‑100％的恒温恒湿柜中≥24h。本发明的骨植入物具有高强度、可降解吸收、降解速率可控、高骨性融合率等优点。

Description

一种新型可降解骨植入物及其制备方法

技术领域

本发明涉及医用骨植入器械领域，尤其涉及一种新型可降解骨植入物及其制备方法。

背景技术

当骨组织出现骨折、疾病等损伤时，需要进行骨植入。骨植入物主要有自体骨植入物、同种异体骨植入物和生物材料骨植入物。前两者因为数量有限，临床应用受到限制。目前，临床上常用生物材料制成的骨植入物，这种生物材料包括不可降解和可降解材料。不可降解材料如不锈钢、钛合金、PEEK等制成的骨植入物，因在体内不可降解而需二次手术取出。另外金属骨植入物容易造成应力遮挡等问题，PEEK材料虽然力学与骨组织差不多，但磨削掉落的颗粒容易造成炎症等并发症。可降解材料如PGA、PLLA、镁合金等制成的骨植入物，其植入后的降解产物均对组织产生不良影响。另外，可降解的生物陶瓷骨植入物，因其脆性大，弯曲强度不足等缺点，在临床应用上受到了一定的限制。

融合器是临床上常见的一种骨植入物，近年来关于可降解融合器的研究非常多，该类融合器主要是用纯镁、镁合金、聚乳酸或其共聚物、生物陶瓷等制成。例如，中国专利201310388513.X公布了一种椎间融合器，由聚-DL-乳酸、聚-L-乳酸/乙醇酸共聚物、羟基磷灰石和磷酸三钙制成，具有高强度、良好的骨诱导活性，能在体内完全降解吸收，但仍存降解速率偏慢、降解产物呈酸性等问题。

中国专利201410073104.5公开了一种降解速率可控的脊柱融合器，其组分及重量百分比为：无机生物陶瓷1％-10％，镁或镁合金10％-80％，其余为可降解高分子聚合物，可降解高分子材料涂覆在表面，使其降解速率可控。

基于此，设计开发出一种力学性能良好、可完全降解吸收且降解速率与新骨生长匹配、高骨性融合率的骨植入物，是近年来研究追求的目标之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型可降解骨植入物及其制备方法，采取了加压制备后放置在恒温恒湿柜处理，并在骨植入物中加入可降解金属。本发明的可降解骨植入物还包括可降解高分子涂层，通过调节涂层的厚度来控制骨植入物的降解速率。使骨植入物拥有高骨性融合率，能够完全降解吸收。本发明的可降解骨植入物包括含硅化合物，在降解过程中，骨植入物表面会产生富Si-O-Si的多孔凝胶层。在硅凝胶层表面会产生大量带负电荷的Si-OH，与不同种类的蛋白质通过氢键和离子胺键(-Si-O-H₃N⁺-)结合形成高密度的蛋白吸附，从而促进细胞外响应。此外，硅凝胶层能够与降解形成的金属离子产生螯合作用，降低金属离子在体液中的游离度，减轻这些离子异常增多产生的毒性，从而提高生物相容性，促进骨性融合。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种新型可降解骨植入物，所述骨植入物由粉剂和液剂混合加压后凝固制成，所述粉剂由以下组分组成：32-70wt％的磷酸盐、28-65wt％的金属氧化物和1-15wt％的含硅化合物，所述液剂与粉剂的液固比为0.1-0.5ml/g。

本发明的目的还可以通过以下的技术方案来进一步实现：

优选的，所述磷酸盐包括磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钙、磷酸二氢铵的一种或其混合物。

优选的，所述金属氧化物包括氧化镁、三氧化二铝、氧化铁、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化锌或氧化锆。

优选的，所述的粉剂还包括可降解促粘接材料。

优选的，所述可降解促粘接材料包括蜂蜡、透明质酸钠、骨胶、糖类或其衍生物。

优选的，所述含硅化合物包括二氧化硅和/或硅酸盐。

优选的，所述磷酸盐还包括磷酸钙，所述的磷酸钙包括α-磷酸三钙、β-磷酸三钙的一种或其混合物。

优选的，所述液剂包括去离子水、氯化钠溶液、磷酸溶液的一种或其混合物。

优选的，所述骨植入物还包括可降解的金属框架或金属内支撑，所述可降解的金属包括纯镁或镁合金。

优选的，所述骨植入物还包括可降解高分子材料，所述可降解高分子材料包括聚乙醇酸、聚乳酸或其共聚物。

一种上述的新型可降解骨植入物的制备方法，所述骨植入物由粉剂和液剂混合注射加压后凝固制成，所述粉剂由以下组分组成：32-70wt％的磷酸盐、28-65wt％的金属氧化物和1-15wt％的含硅化合物，所述液剂与粉剂的液固比为0.1-0.5ml/g，所述粉剂还包括可降解促粘接材料，所述可降解促粘接材料包括蜂蜡、透明质酸钠、骨胶、糖类或其衍生物，步骤如下：

a.将所述粉剂和液剂按0.1-0.5ml/g比例混合搅拌后得到糊状物；

b.将糊状物注入模具中，并保持注射压力≥5atm；

c.待糊状物固化后脱模，得到骨植入物；

d.将骨植入物放置在温度37℃、湿度50-100％的恒温恒湿柜中≥24h。

优选的，在所述步骤a之前，先将所述可降解的金属加工成丝、条、框或网状，并放入模具。

优选的，在所述步骤c和d之间还包括以下步骤：

(1)将所述的可降解高分子材料溶于有机溶剂中获得溶液A；

(2)采用喷涂法或者浸涂法将溶液A涂覆于骨植入物表面，骨植入物表面涂层厚度约0.01-2mm。

优选的，在所述步骤a之前，先将可降解高分子材料预先加入粉剂中，并混合均匀。

同现有技术相比，本发明的优点与进步如下：

1.本发明的可降解骨植入物在降解过程中，表面会产生多孔凝胶层，在硅凝胶层表面会形成高密度的蛋白吸附，从而促进细胞外响应。此外，硅凝胶层能够与金属离子产生螯合作用，降低金属离子在体液中的游离度，减轻这些离子异常增多产生的毒性，从而提高生物相容性，促进骨性融合。

2.本发明的可降解骨植入物在注入模具过程中采取了加压措施，并将脱模后的骨植入物放置在恒温恒湿柜处理，使得所获得的可降解骨植入物具有良好的力学性能。

3.本发明的可降解骨植入物还包括可降解金属，可降解金属被加工成丝、条、框或网状均匀分布于骨植入物中，可进一步提升可降解骨植入物的力学性能。

4.本发明的可降解骨植入物在降解过程中，会产生适量的镁离子，可以促进骨组织生长。此外，本发明的可降解骨植入物还可通过控制高分子涂层的含量或厚度，控制骨植入物的降解速率，以匹配骨组织生长。

附图说明

图1为本发明的φ3x3可降解骨填充颗粒示意图。

图2为本发明的含镁合金框架的可降解融合器的结构示意图。

图3为本发明的含纯镁条的可降解融合器的结构示意图。

图4为本发明的含聚乳酸涂层的可降解融合器的结构示意图。

图5为本发明的含聚乙醇酸填料的可降解骨棒的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例对本发明进行详细说明。

本发明的粉剂和液剂示例性配方如下：

配方①：

按以下重量百分比(wt％)配制粉剂：

液剂为去离子水，粉剂和液剂的液固比为0.2ml/g。

配方②：

按以下重量百分比(wt％)配制粉剂：

液剂为生理盐水，粉剂和液剂的液固比为0.22ml/g。

配方③：

按以下重量百分比(wt％)配制粉剂：

液剂为磷酸溶液，粉剂和液剂的液固比为0.25ml/g。

配方④：

按以下重量百分比(wt％)配制粉剂：

液剂为去离子水，粉剂和液剂的液固比为0.16ml/g。

配方⑤：

按以下重量百分比(wt％)配制粉剂：

液剂为生理盐水，粉剂和液剂的液固比为0.32ml/g。

以上示例性配方为本发明的一些优选配方比例，并不用于限制本发明。

实施例1

图1为本发明制备的可降解骨填充颗粒示意图，具体制备步骤如下：

a.按配方①将所述粉剂和液剂混合搅拌后得到糊状物；

b.将糊状物注入φ3x3的模具中，并保持注射压力8atm；

c.待糊状物固化后脱模，得到骨填充颗粒；

d.将骨填充颗粒放置在温度37℃、湿度60％的恒温恒湿柜中28h。

所制备的可降解骨填充颗粒可用于骨缺损部位填充。

实施例2

图2为本发明制备的含镁合金的金属框架2的可降解融合器1的结构示意图，具体制备步骤如下：

a.将镁合金加工成框架，并放入模具。

b.按配方②将所述粉剂和液剂混合搅拌后得到糊状物；

c.将糊状物注入带有镁合金框架的模具中，并保持注射压力15atm；

d.待糊状物固化后脱模，得到可降解融合器；

e.将可降解融合器放置在温度37℃、湿度80％的恒温恒湿柜中48h。

所制备的可将降解融合器可用于各种融合手术。

实施例3

图3为本发明制备的含纯镁条的金属内支撑3的可降解融合器1的结构示意图，具体制备步骤如下：

a.将纯镁加工成条状，并放入模具。

b.按配方③将所述粉剂和液剂混合搅拌后得到糊状物；

c.将糊状物注入带有纯镁条架的模具中，并保持注射压力12atm；

d.待糊状物固化后脱模，得到可降解融合器；

e.将可降解融合器放置在温度37℃、湿度90％的恒温恒湿柜中36h。

所制备的可将降解融合器可用于各种融合手术。

实施例4

图4为本发明制备的含聚乳酸涂层4的可降解融合器1的结构示意图，具体制备步骤如下：

a.按配方④将所述粉剂和液剂混合搅拌后得到糊状物；

b.将糊状物注入融合器模具中，并保持注射压力10atm；

c.待糊状物固化后脱模，得到可降解融合器；

d.将聚乳酸溶于丙酮中形成0.1g/ml的溶液A；

e.采用浸涂法将溶液A涂覆于可降解融合器表面，表面涂层厚度约0.05mm。

f.将可降解融合器放置在温度37℃、湿度90％的恒温恒湿柜中36h。

所制备的可将降解融合器可用于各种融合手术。

实施例5

图5为本发明制备的含聚乙醇酸填料6的可降解骨棒5的结构示意图，具体制备步骤如下：

a.将聚乙醇酸粉末加入配方⑤所述的粉剂，其质量比为0.1∶1，并混合均匀；

b.将粉剂和液剂混合搅拌后得到糊状物；

c.将糊状物注入融合器模具中，并保持注射压力6atm；

d.待糊状物固化后脱模，得到可降解骨棒；

e.将可降解骨棒放置在温度37℃、湿度100％的恒温恒湿柜中24h。

所制备的可将降骨棒可用于钉孔的填充等。

最后应当说明的是，以上所述仅为本发明的较佳的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种新型可降解骨植入物，其特征在于，所述骨植入物由粉剂和液剂混合注射加压后凝固制成，注射压力≥5atm，所述粉剂由以下组分组成：32-70wt％的磷酸盐、28-65wt％的金属氧化物和1-15wt％的含硅化合物，所述液剂与粉剂的液固比为0.1-0.5ml/g，所述粉剂还包括可降解促粘接材料，所述可降解促粘接材料包括蜂蜡、透明质酸钠、骨胶、糖类或其衍生物。

2.根据权利要求1所述的一种新型可降解骨植入物，其特征在于，所述磷酸盐包括磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钙、磷酸二氢铵的一种或其混合物。

3.根据权利要求1所述的一种新型可降解骨植入物，其特征在于，所述金属氧化物包括氧化镁、三氧化二铝、氧化铁、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化锌或氧化锆。

4.根据权利要求1所述的一种新型可降解骨植入物，其特征在于，所述含硅化合物包括二氧化硅和/或硅酸盐。

5.根据权利要求1所述的一种新型可降解骨植入物，其特征在于，所述磷酸盐还包括磷酸钙，所述的磷酸钙包括α-磷酸三钙、β-磷酸三钙的一种或其混合物。

6.根据权利要求1所述的一种新型可降解骨植入物，其特征在于，所述骨植入物还包括可降解的金属框架或金属内支撑，所述可降解的金属包括纯镁或镁合金。

7.根据权利要求1所述的一种新型可降解骨植入物，其特征在于，所述骨植入物还包括可降解高分子材料，所述可降解高分子材料包括聚乙醇酸、聚乳酸或其共聚物。

8.一种如权利要求1至7中任一项所述的新型可降解骨植入物的制备方法，其特征在于，所述骨植入物由粉剂和液剂混合注射加压后凝固制成，所述粉剂由以下组分组成：32-70wt％的磷酸盐、28-65wt％的金属氧化物和1-15wt％的含硅化合物，所述液剂与粉剂的液固比为0.1-0.5ml/g，所述粉剂还包括可降解促粘接材料，所述可降解促粘接材料包括蜂蜡、透明质酸钠、骨胶、糖类或其衍生物，步骤如下：

a.将所述粉剂和液剂按0.1-0.5ml/g比例混合搅拌后得到糊状物；

b.将糊状物注入模具中，并保持注射压力≥5atm；

c.待糊状物固化后脱模，得到骨植入物；

9.根据权利要求8所述的一种新型可降解骨植入物的制备方法，其特征在于，在所述步骤a之前，先将所述可降解的金属加工成丝、条、框或网状，并放入模具。

10.根据权利要求8所述的一种新型可降解骨植入物及其制备方法，其特征在于，在所述步骤c和d之间还包括以下步骤：

(1)将所述的可降解高分子材料溶于有机溶剂中获得溶液A；

(2)采用喷涂法或者浸涂法将溶液A涂覆于骨植入物表面，骨植入物表面涂层厚度为0.01-2mm。