生物植入材料及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及生物植入材料及其制备方法。
背景技术
通常，有几种聚合物被用作用于活体(或身体)中软组织的材料或作为导管等的材料。但是，这些材料受活体的排异。特别是在导管等的情况下，因为活体内外相通，细菌很可能通过皮肤上的开口而进入活体，因而容易引起炎症或感染。所以这些材料不能长期使用。
用造影剂如硫酸钡或氧化钨埋入导管等中构成的造影线会造成导管沿着造影线断裂，所以从强度观点看，这是一个不稳定因素。此外，一种造影剂直接嵌入的材料会由于造影剂的释放而对活体造成伤害。
已知羟基磷灰石具有优异的生物相容性，所以在临床上被用作例如人造骨。但是，因为羟基磷灰石与活体组织相比非常硬，并且缺乏弹性和柔韧性，所以它不适合作为用于软组织的材料(如导管)。
发明的公开
鉴于上述先有技术的情况，本发明的目的是提供一种不会引起炎症并能在活体中长期起作用的生物植入材料，该材料具有柔韧性和弹性，还具有优异的生物相容性和造影性(不需要造影线)。
本发明所提供的生物植入材料包含粒径为2微米或更小的超细羟基磷灰石粉和一种聚合物或低聚物的混合物。
本发明还提供了制备生物植入材料的方法，该方法包括将通过湿合成法得到的羟基磷灰石干燥或热处理制成其超细粉，然后将其与聚合物或低聚物混合。
附图的简要说明
现在参照附图详细说明本发明。
图1和2是表示实施例1的结果的图。图1表示硅橡胶的拉伸强度和撕裂强度随羟基磷灰石(HA)加入量的变化，图2表示试样周围生成的纤维层厚度地变化。
实施本发明的最佳方式
下面将分别详述本发明的生物植入材料的组成、形状或结构和具体应用例。
材料的组成及其制备方法
本发明所用的“羟基磷灰石”不仅包括化学组成用Ca10(PO4)6(OH)2表示的纯产物，而且包括那些还含有1-10％碳酸根(CO3)离子、氟或氯离子等代替OH离子的产物。本发明的羟基磷灰石也包括那些主要含有上述化合物，但为改善烧结性、强度、多孔性等又可含有加入其中或与其混合的各种众所周知的添加剂如Ca3(PO4)2、MgO、Na2O、K2O、CaF2、Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3、MnO2、ZnO、C、SrO、PbO、BaO、TiO2、ZrO2的产物。
具有上述成分的羟基磷灰石是指Ca/P摩尔比为1.67的那些羟基磷灰石。但是磷酸钙类本身如有缺陷磷灰石、磷酸三钙、磷酸四钙和磷酸八钙、或包含两种或更多种这些化合物的复合产物与羟基磷灰石的作用基本相同。
羟基磷灰石细粉可以通过向搅拌的0.5M氢氧化钙悬浮液中滴加磷酸水溶液进行均匀的反应形成无定形羟基磷灰石悬浮液，然后将其过滤并在60℃下干燥，随后用超细研磨设备如喷射磨研磨而成。将得到的羟基磷灰石超细粉干燥，从而消除在与聚合物捏和或在150-350℃模制时因水蒸发而产生的泡沫，得到均匀的复合材料。在此，细粉被转化成低晶的羟基磷灰石，其原生颗粒大小是几百个埃。虽然团聚的次级颗粒的大小为约2微米，但在用捏和机、乳化器、均化器等将它们与聚合物充分捏和的过程中很容易将其破坏。几百个埃大小的颗粒在复合材中的分散具有使复合材料的强度降低尽可能小的作用，它不需要如大颗粒那样添加偶合剂来提高与聚合物基体的结合力或粘合力。即使有颗粒从复合材料释放或溶解到活组织中，由于粒径比细胞的粒径(平均1微米)小得多，所以由颗粒引起的异体反应或细胞吞噬作用较小。此外，该羟基磷灰石的溶解速率比高晶羟基磷灰石高，因而它具有在早期提高生物相容性的作用。
当将羟基磷灰石在800℃或更高的温度下烘烤时，它具有较高的结晶度，同时颗粒外层开始焙解，颗粒也开始生长。因而出现上述问题，复合材料的强度降低，组织响应甚至比不含羟基磷灰石的材料更差。
众所周知羟基磷灰石晶体在约700℃或更高温度下开始生长，当将在700℃或更低温度下进行热处理的羟基磷灰石植入活体后，组织反应很差，例如异体以大分子的形式出现；在800℃至900℃热处理得到的产物具有最佳的生物相容性。但是发明者进行的动物试验结果发现，混有在800℃热处理的羟基磷灰石粉的硅橡胶复合材料与不含羟基磷灰石粉的硅橡胶相比，能诱发炎性细胞的侵入，因而使组织响应恶化。
此外，硅氧烷低聚物已被用作整容外科的组织填充物，例如人工乳房。硅氧烷型低聚物可引起强烈的炎性组织反应，造成周围软组织严重增厚而引起各种问题如钝痛。
可用于本发明的羟基磷灰石优选为超细颗粒的形式。在制备本发明的羟基磷灰石过程中的高温热生长中，因为颗粒通过其结晶作用而生长，所以将颗粒在尽可能低的温度下短时间干燥，随后用超细研磨设备等研磨以抑制团聚作用。因而可以得到一种基体强度降低被抑制并具有羟基磷灰石的生物相容性的理想复合材料。此外，通过采用这种低温可以减少设备投资。
至于干燥条件，需在200℃或更低温度下干燥以抑制颗粒的生长和团聚。应用诸如冷冻干燥或真空干燥等干燥方法更有效。
为了加速上述的干燥过程，可在约400℃下进行热处理，但是在此温度下，颗粒的生长和团聚不可避免。这种情况下，通过使热处理前粒径为5微米或更小，可以得到相当满意的复合材料。
利用通过加入占基体重量的5-30％的上述颗粒直径为2微米或更小的超细羟基磷灰石粉，随后均匀、充分地混合而得到的复合材料，组织反应可以明显减弱，同时又充分保留了聚合物或低聚物基体的特性。
上述聚合物可选自例如聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、聚碳酸酯、聚砜、环氧树脂、硅氧烷树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂和糠醇树脂。这些树脂还可含有增强剂如C、SiC、SiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2、W、Mo、不锈钢、金属钛和其它填料。
低聚物的典型实例是聚硅氧烷，但是低聚物也可是上述其它高分子材料的低聚物。
实施例
本发明将通过下面的实施例(但并不限于此)进一步详细地描述。
实施例1
将用湿合成法制得的粒径为5微米或更小的羟基磷灰石超细粉在400℃下干燥过夜，将得到的干燥粉末分别以5、15和30％(重量)的量与加成型硅橡胶化合物混合。将混合料充分捏和，然后模制成厚2毫米的片材。其后，再进行二次硫化。
物理性能试验
将产物切成预定的形状。然后根据JIS(日本工业标准)标准硫化胶物理性能试验法K6301进行测试。
当羟基磷灰石加入量分别为0、5、15和30％(重量)时，相应的拉伸强度值为86、83、58和35kgf/cm2。这就是说，拉伸强度随羟基磷灰石加入量的增加而降低。相反，硬度值为69、71、75、80，即硬度随加入量的增加而增加。
撕裂强度值分别为14、24、26和21kgf/cm2。由此可见，撕裂强度随羟基磷灰石加入量的增加而增加，并且在加入量为约15％(重量)时达到最大值(图1)。
动物试验
将大小为15毫米×15毫米、并分别含有0、5、15、30％(重量)羟基磷灰石的各种材料试样皮下植入狗中。在植入后的两周、以及1、3和6个月，将植入的材料与周围的组织一起取出，并制成病理组织标本，通过光学显微镜观察。
观察结果表明，含羟基磷灰石的复合材料周围形成的纤维层比不含羟基磷灰石的硅橡胶周围的纤维层要薄，并且组织反应一般较轻。
在植入六个月后，复合材料周围纤维层的厚度约为365、290、25和150微米(分别相应于羟基磷灰石含量为0、5、15和30％(重量)的试样)。在羟基磷灰石含量为15％(重量)时，周围纤维层的厚度最小(图2)。
实施例2
将用湿合成法得到的羟基磷灰石试样分别在60℃、400℃或800℃下热处理2小时，然后用BETT型比表面积仪测定处理后产物的比表面积。
结果发现，在60℃热处理的产物的比表面积为约95m2/g，在400℃热处理时为约50m2/g，在800℃热处理时为约15m2/g。由此可见，低温干燥可以增加比表面积，即可以抑制伴随颗粒的结晶和团聚的颗粒生长。
实施例3
将用湿合成法得到的羟基磷灰石试样分别在60℃、400℃或800℃热处理2小时，得到羟基磷灰石超细粉。将每种羟基磷灰石超细粉按15％(重量)的量与硅橡胶化合物混合，然后对所得各混合物进行拉伸强度试验。
拉伸强度测定的结果分别为65、58和48kgf/cm2。由此可见，拉伸强度随加热温度的提高而下降。
工业适用性
如上所述，本发明的产物可作为长期使用的组织替代物，并有防止活体产生炎症的作用；本发明产物柔韧而有弹性，还具有优异的生物相容性和X射线造影性(不需造影线)。