一種具有多維通道結構的骨修復材料制備方法及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于生物醫學材料領域，設及臨床應用的骨修復材料，特別設及具有強度 增強的具有多維多孔、且具有緩釋治療作用的骨修復材料的制備方法及其應用。
【背景技術】
[0002] 骨缺損在臨床中是很常見的疾病，但骨缺損修復仍然是骨科臨床中面臨的難題， 盡管多年來科技工作者在臨床骨修復材料的研究制備中做了大量的工作，取得很大進步， 但應然存在諸多問題。
[0003] 自然骨的骨質按照骨板的排列形式和空間結構的疏密不同分為密質骨和松質骨， 密質骨致密堅硬抗壓抗扭曲能力強，分布于骨的表面，密質骨具有有序的各向異性結構，主 要滿足于其機械性能需要。骨組織主要是徑基憐灰石沿著膠原纖維長軸礦化而成的具有多 孔結構的復合材料，其結構和力學性能表現各向異性。自然骨正是運種各向異性的取向結 構，因而具有最佳的力學優勢和生理學功能優勢。
[0004] 在骨組織修復中，組織細胞的長入，新血管的生成，營養和代謝物的交換W及支架 材料的降解都要求修復材料具有高度的孔隙率和連通率。骨修復材料的多孔結構體系是新 骨長入和創傷修復必備條件，沒有運些多孔結構，所植入的材料不能完成細胞的爬行和成 骨替代過程。孔隙率太低，表面積太小，不利于組織的長入，也不利于支架在體內的降解。因 此在保證支架結構的穩定性和力學前提下，修復材料應具有高的孔隙率和連通率。孔的大 小也會影響成骨的活動，過小的孔徑，沒有足夠的空間供細胞的生長，影響細胞分泌基質和 營養物質的滲入。研究表明15~50μm的孔徑可W誘導纖維管組織的長入，50~150μm 的孔徑可刺激骨樣組織的生成，而150~500μm的孔徑可W直接誘發礦化骨的生成。太大 的孔徑會影響材料的力學性能。孔隙不相通會使新骨之間不能相互連接，而缺乏連續性和 整合性。同時會使細胞在材料內部均勻分布有利于支架內部均勻一致的組織形成。 陽005]專利CN1325734A、CN101297980A、CN1325734A、CN1647826A、CN103830775A雖然也W膠原和徑基憐灰石為主要材料制備的骨修復材料，但也加入了部分有機高分子甚至有毒 性的有機溶劑。運些材料存在的普遍的缺點是：（1)膠原纖維材料或礦化膠原材料是無規 律和取向性不規則各向，材料分子之間結合力弱，沒有足夠的機械強度，降解代謝快，不能 滿足成骨需要；（2)材料的孔徑較小，連通率低，普遍存在的問題是新生骨組織只在支架的 外緣形成，使細胞很難滲透到支架內部，妨礙了支架內部體液的交換，并最終導致支架材料 內部細胞的調亡，會使新骨之間不能相互連接，而缺乏連續性和整合性，影響大缺損區域的 重建。（3)存在有毒物質殘留，不利于臨床應用。
[0006] 本發明骨修復材料由多層材料疊加而成，而每層基體材料都具有一定的取向性， 該取向性材料的多孔Ξ維結構能很好的實現骨缺損部位與正常骨組織間的力學傳遞。在植 入骨缺損部位初期，骨修復材料能為缺損部位提供一定的力學支撐。運種網格結構既能保 證孔隙貫通性，有利于細胞粘附生長W及血管和神經的長入，也便于營養物質的傳遞和細 胞代謝物的排除。
[0007] 當支架開始降解時，該結構能與新生骨組織之間形成牢固的生物嵌合，也能在降 解過程中維持良好的結構穩定性。隨著骨細胞W及血管和神經的長入，新骨逐漸恢復自身 的生物力學性能，同時材料也逐漸降解，并且降解產物無毒無副作用，并且隨著機體的自然 生理代謝而排出體外，已完成骨組織的修復和功能重建。

【發明內容】

[0008] 為解決人工骨修復材料的力學性能低，孔徑小及孔通透率差的缺陷，本發明提供 一種具有多維通道結構的骨修復材料制備方法，采用W下技術方案：
[0009] 所述骨修復材料由至少兩個層狀的基體結構層疊構成；優選垂直層疊；
[0010] 所述基體結構具有通孔和凹槽；
[0011] 步驟一：配制基體材料
[0012] 將礦化膠原與陶瓷粉混合，攬拌，調節抑值、電導率，離屯、取沉淀物；加入金黃色 葡萄球菌發酵液濾液濃縮液和膠原蛋白，攬拌，調節調節抑值、電導率，真空脫氣；調節電 導率，得基體材料； 陽〇1引步驟二：預制基體
[0014] 將步驟一制備的基體材料沿同一方向壓入模具中，然后在30~40°C、相對濕度為 90%W上的條件下，陳化8~12h，得預制基體；
[0015] 步驟Ξ:制備填充物
[0016] 將膠原纖維與金黃色葡萄球菌液混合，攬拌，真空脫氣，得填充物；
[0017] 步驟四：填充、層疊
[0018] 向步驟二制備的預制基體的上下表面的凹槽、通孔中填充步驟Ξ制備的填充物， 然后層疊基體結構材料至少兩層W上，得層疊體；優選層疊四層W上。 9] 步驟五：定型
[0020] 將步驟四制備的層疊體移入液氮中凍結成型，真空冷凍干燥，冷等靜壓縮； 陽OW 步驟六：熱加工
[0022] 氮氣保護條件下105~125°C熱處理8~12h，制得樣品。
[0023] 本發明所述攬拌采用同向攬拌，一致為順時針攬拌或一致為逆時針攬拌。
[0024] 作為優選的技術方案，所述步驟一中，礦化膠原、膠原蛋白、陶瓷粉的重量比為 10~13:1. 5~4. 5:1~3 ;所述金黃色葡萄球菌發酵液濾液的加入量W基體結構中金黃色 葡萄球菌發酵濾液凝固酶活性1600~3200μg/g為計。
[00巧]作為優選的技術方案，所述步驟一中，離屯、前，調節抑值7. 2~8.0 ;真空脫氣前， 調節抑值為7. 2~7. 4 ;調節抑值采用憐酸、氨氧化鋼、碳酸鋼或碳酸氨鋼；所述步驟一中， 離屯、前，調節電導率不大于1. 5ms/cm;真空脫氣前，調節電導率不大于3.Oms/cm;脫氣之后 電導率調節到5. 0~8.Oms/cm，調節電導率采用憐酸、氨氧化鋼或碳酸鋼。
[00%] 作為優選的技術方案，所述步驟Ξ中，膠原纖維與金黃色葡萄球菌液發酵濾液凝 固酶活性的重量比為5. 0~15:0. 12~0. 4。
[0027] 作為優選的技術方案，所述步驟五中，采用200~400MPa冷等靜壓縮。
[0028] 本發明還提供上述制備方法所得具有多維通道結構的骨修復材料，所述基體結構 的一個表面設有若干列凸臺I，另一表面設有若干列凸臺II;所述凸臺I與凸臺II相間排 列；相鄰的凸臺I之間、相鄰的凸臺II之間構成凹槽；垂直于所述凸臺I表面設有若干個 通孔；所述材料由至少兩層所述的基體結構層疊構成；相鄰兩層基體結構的凹槽取向基本 垂直；逐層基體結構的通孔相應地連通，便于形成縱向通道；所述通孔的孔壁臨近凹槽處 具有裂隙，所述通孔經裂隙與相鄰的凹槽連通，通孔的取向與所述基體結構的夾角為75~ 90度。本發明所述通道包括主通道和非主通道：主通道由凹槽、通孔構成；非主通道是指除 了凹槽、通孔W外的基體結構所具有的孔隙所構成的通道。
[0029] 本發明提供的上述制備方法所得具有多維通道結構的骨修復材料的Ξ點彎曲強 度大于40.OMpa，壓縮強度大于51. 8Mpa。
[0030] 作為優選的技術方案，所述基體結構的厚度為600~1500μm;所述通孔的直徑為 180~590μm;所述凹槽的寬度為180~590μm，深度為180~590μm。
[0031] 作為優選的技術方案，所述每列凸臺I中，通孔的間距為180~590μm。
[0032] 作為優選的技術方案，所述步驟二制備的預制基體的厚度為8~12mm;凹槽寬度 為2~4mm，凹槽深度為2~4mm;凸臺I與凸臺II寬度為2~4mm;通孔直徑為3~5mm，每 列凸臺I中通孔