是关于人工生体复合材料之发明。详言之，即有关应用于置换或充填之人工生体硬性组织材料、特别是人工骨材料之发明。

人体或其它动物，由于疾病或外伤造成骨损伤以及因恶性肿瘤行手术切除骨骼时，对缺损或切除之部分，一般是用身体其它部位的自身骨进行置换或充填。最近，对于上述之骨损伤及切除部分已能应用人工生体硬性组织材料（以下称人工骨）加以置换或充填。

但是，用人工骨置换或充填时存在着一系列的实际问题。

例如，行胸骨恶性肿瘤手术切除时，须通过外科技术用人工骨置换一部分的胸骨，以前由于对保持胸锁关节功能的问题考虑不周、以及对此缺乏有力的处理对策，以致在术后发生胸锁关节脱臼、离位、瘘管形成、产生疼痛或外观美容上的缺陷等等问题。

在另外的例症上，如膝部周围的骨恶性肿瘤，为了保存患肢，在肿瘤切除之后多数要作成人工膝关节，但是，因同时已将其周围软组织切除，故而产生关节松动的问题。过去用的是铰链型人工膝关节，它虽然能防止关节的松动，但常常会发生膝关节活动时的明显异常、人工关节的破损松弛以及形成瘘管等合并症;而且须要切除大块的正常骨质，手术打击颇大。最近使用的代替铰链型的多中心性人工膝关节，也因须要切除周围之软组织而同样会产生关节性松动、功能不良、使用困难等等问题。

在其它例症方面，当骨肿瘤切除之后，把陶瓷等材料制备的人工骨，以金属丝、丝线或其它缝合材料将其与人体的骨、肌肉、肌腱、韧带或其它组织缝合固定时，也同样存在人工骨的易于破损和固定的人工骨脱臼的问题。

本发明提供之人工生体硬性组织材料（人工骨），具有如下特点：

在用本材料置换体内骨质或用其充填时，只须去除患部、病灶部、损伤部即可，在该部将人工骨插入，使之密接并切实固定，如此则不会发生关节等部位的脱臼、离位;不形成瘘管或产生疼痛;不造成外观美容上的缺陷;由于易于用肌腱将其加固，所以能最大限度地保持关节功能;具有长期使用的稳定性、且不发生摩耗片向外部离脱。

本发明之人工生体复合材料，由包括按所要求的形状及尺寸制成的人工骨部分和以高分子材料为主要构造成分的包覆此人工骨部的包接膜体所组成。

本发明之人工骨还包括人工关节。

本发明材料的人工骨，亦可由主体和包覆主体的被覆层构成。以下简单说明附图。

图1A，为本发明之人工生体复合材料的一种实施形态的纵断面说明图。

图1B，为图1A所示之复合材料沿A-A线的横断面说明图。

图2A，为本发明之人工生体复合材料的另一实施形态的纵断面说明图。

图2B，为图1A所示之复合材料沿A-A线之横断面说明图。

图3，为本发明之人工生体复合材料的又一实施形态说明图。

图4，为本发明之人工生体复合材料的又一其它实施形态之说明图。

以下为实施本发明的最佳形态。

图1A和图1B为本发明之人工生体复合材料图示之一例。

图1A和图1B所示之人工生体复合材料，是由用于置换股骨一部分的人工骨部1和包接膜体2所组成。人工骨部1由中空园盘状芯部1a和包绕该中空部1b以及芯部1a上下伸出的中孔突出部1c组成。此人工骨部1包于管状的包接膜体2之中。

图2A和图2B为本发明之人工生体复合材料图示之另一例。

图2A和图2B亦由用于置换部分股骨的人工骨部1和包接膜体2组成。人工骨部1由主体11和被覆层12构成，主体11由中空园盘状芯部1a和包绕该中空部1b以及芯部1a上下伸出的中空突出部1c组成。

将主体11的芯部1a和中空突出部1c的侧面包覆以致形成被覆层12，如此，具有双重结构的人工骨部1便被包于管状的包接膜体2之中。

将图1A～2B所示之人工生体复合材料插入生体股骨干（长管状骨）的切除部或缺损部。首先将其插入接合有人工骨被覆层或没有人工骨被覆层的中空突出部1c的生体骨的上下两断端的骨髓腔内，加以固定，然后使从有人工骨被覆层的或没有人工骨被覆层的芯部1a伸出的包接膜部分包绕在长管状骨管外侧并缝合于长管状骨上，再连同肌肉加以坚固缝合之。

图3为本发明之生体复合材料的另一例示。

该图所示之人工生体复合材料3，是由人工胸骨材料4和包覆它的由合成纤维（如聚酯纤维）、布绸或多孔质聚四氟乙烯薄膜等构成的包接膜体5所组成。

这样的人工生体复合材料也可以，例如以图3所示之人胸骨材料作为主体，在其表面作成一层被覆层。

如此，本发明之人工生体复合材料，通过包接膜体，不仅骨部，连同其周围的肌肉、肌腱以及其它软组织（腹膜、关节囊、骨膜等）亦均能与之缝合固定。

本发明之人工生体复合材料的人工骨部或其主体，为了满足所要求的形状和尺寸，则以陶瓷、碳、金属（包括合金）以及硬质有机合成树脂中的至少一种作为主要构造成分来制成、作为人工骨部或其主体构成用的陶瓷，在氧化铝（Al2O3）即矾土、氧化锆（ZrO2）以及磷酸钙中至少选择一种供用之。作为人工骨部或其主体构成用的金属，在不锈钢、钛、钽、 钛合金、镍-铬合金、镍-铬-钴合金，以及钴-铬-钼合金当中至少选择一种供用之。作为人工骨部或其主体构成用的硬质有机材料，从高密度聚乙烯树脂、聚四氟乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚酯树脂以及硅酮树脂中至少一种供用之。

人工骨部或其主体的构成材料，可用多孔质或非多孔质材料。本发明之人工生体复合材料的人工骨及其主体，其构成材料为多孔质磷酸钙烧结体。

在此用途下的合成磷酸钙，钙和磷的摩尔比应在1.30～1.80范围之内，尤以钙和磷的摩尔比在1.60～1.70范围内的磷酸钙〔Ca3（PO4）2〕为理想，而又以溶胶-凝胶法合成冻结干燥的磷酸钙最为合宜。

多孔质磷酸钙烧结体按下述方法制造之。

举例，以磷酸钙（100份重量）、颗粒经1～600微米的球状有机合成树脂粒（0～70份重量）和直径1～30微米的有机聚合体纤维（1～5份重量）互相混合均匀，将此混合物作成所要求的形状尺寸的成形物，然后把此成形物在200～800℃温度下加热，使有机合成树脂粒子及有机聚合纤维进行热分解而去除，于是便成为多孔质成形物。其次，再把此多孔质成形物在800～1350℃、最好是1000～1350℃的温度下烧烤，最后将此多孔质烧结体切削加工成所要求的形状及尺寸规格。

作为多孔质成形物的有机合成树脂粒子，可用由聚丙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚苯乙烯树脂等制成的粒子。有机聚合体纤维，可用鼍毛，绢丝纤维，纤维素纤维，聚酯纤维，聚烯烃纤维等。

按上述方法制成的多孔质磷酸钙烧结体。有许多1～600微米的球状独立空孔和许多孔径1～30微米的毛细管状空隙通路，球状独立空孔通过毛细管状空隙通路，互相之间以及和外部空间相通。理想的空孔应呈球状或基本球状并在烧结体内分布均匀。骨细胞把这样的空孔作为骨修复的场所和活性化的空间，亦即为骨修复细胞提供了“居住”空间。由于骨细胞 极喜于停留在具有特定曲率的球状空间之中，故其孔径以1～600微米为宜，10～300微米范围内者尤为理想。另外，制成球形或基本球形空孔的多孔质体，其机械强度较高。孔经1～30微米的毛细管空隙通路，能选择性地允许破骨细胞、成骨细胞、体液、白细胞等进入，并能阻止粒经大的胶原纤维和巨噬细胞等进入。因此，能防止胶原纤维的异常增殖以及随之在其周围发生的炎性假关节和癌症。进入空孔内的上述细胞，非常喜于停留在此种大小的空孔之中，并能控制骨的再生速度和骨的再吸收，还能促进新骨形成。

本发明的人工生体复合材料，包括由主体和被覆层构成的人工骨部和包接膜体时，这种人工生体复合材料的各种样式列于表1、但本发明之人工生体复合材料之样式，不仅限于表1所列入者。

第1表

样式    人工骨部

包接膜体

No    主体    被覆层

1    羟磷灰石（HAP）    多孔质或非多孔质的HAP    聚四氟乙烯

（PTFE）

多孔质膜

2    陶瓷（矾土或氧化锆）    同上    同上

3    同上    多孔质或非多孔质的陶瓷    同上

（矾土、氧化锆、HAP等）

4    金属（形状记忆合金亦    多孔质或非多孔质的HAP，同上

可）    矾土，氧化锆等

5    金属（同上）    多孔质或非多孔质的金属    同上

6    碳材料（碳纤维成形    同上    同上

材料亦可）

第1表（续）

样式    人工骨部

包接膜体

No    主体    被覆层

7    同上    多孔质或非多孔质的陶瓷    同上

（矾土，氧化锆，HAP

等）

8    同上    多孔质或非多孔质的陶瓷    同上

层和金属层双层

本发明复合材料的内包人工骨部的包接膜体，是把复合材料稳定地固定于生体内的极为有用之物。在此所谓的内包，是指由包接膜体在规定的空间内包绕人工骨的大部分而言，人工骨部的一部分，例如被覆层的一部分亦可露出于外部空间，亦可在包接膜体内面的一部分和人工骨外表面的一部分之间存在稍许之间隔。包接膜体可呈薄片状、管状或袋状。包接膜体可由高分子材料制成的纤维作为主要构造成分，如由纺织品、针织品、毛毡、网状体以及非织品等作成薄片状而构成，或者由有机高分子材料作成胶膜状而构成。此种有机高分子材料，一般用聚酯树脂，如聚对苯二甲酸乙二酯树脂以及含有氟的有机高分子材料，例如聚四氟乙烯树脂。也可把聚四氟乙烯薄膜通过伸展膨胀工程使之成为多孔质的膜状物应用之。

包接膜体的主要构造成分，以具有能向纵横方向自由伸缩的物质为好。根据要求伸缩的条件，选择其组织和构成或处理方法，象延伸加工等及其条件的选择。例如，要求纵横具有同样的伸缩性，或者纵横的任何一方的 伸缩性大于另一方，例如纵向的伸展小于横向的伸展，纵向的收缩大于横向收缩以及须要纵向伸展小，横向收缩大等等情况。

作为包接膜体主要构造成分用的膜体，可用聚四氟乙烯薄片、多孔质的聚四氟乙烯薄片、聚酯薄片、聚酯纤维布、网、非织品等制作。用编织品作包接膜体时，特别是作成管状时，其纵向方向的伸展性小，能缩短及收紧，是理想的材料。把这种包接膜体覆于人工骨部，作为形成人工韧带、人工关节囊、人工肌膜、人工骨膜的材料，效果甚好，特别是人工负重关节的理想材料。

用本发明之包接膜体缠绕在人工骨部（包括人工关节）上，或者把人工骨部包起来，然后将它缝在骨肌肉、肌腱、韧带或其他软组织上，能使人工骨很容易地、牢固地固定在所要求的位置上，同时担负着人工骨所负重的一部分，从而减轻和分散了对人工骨部的负重，另外还能防止生体骨用于负重而引起的破碎和坏死;此外，当生体材料发生破损时，亦能防止碎片、摩耗片从生体内向外部离脱逸出。包接膜体的这种效果，使本发明的生体复合材料作为负重关节加以利用成为可能。

本发明所用之人工骨部，其主要构造成分也可以浸渍或被覆有骨诱导蛋白质和胶原诱导物中的至少一种。人工骨部的主要构造成分最好是由多孔质体，例如多孔质磷酸钙烧结体构成并浸渍有上述物质。这样，由于人工骨部含有骨透导蛋白质或胶原诱导物质，将会促进新骨和胶原的形成及产生。

此外，本发明所用之包接膜体，其主要构造成分也可以浸渍或被覆骨诱导蛋白质及胶原诱导物质中的至少一种，同样由于包接膜体含有骨诱导蛋白质及胶原诱导物质，亦能促进新骨的产生和形成。

作为形成本发明之包接膜体的、含有氟的有机高分子材料PTFE树脂，虽然可以使用，但是如果在此材料中，将PTFE粉末和润滑剂一同挤压，成形，最后把此成形物再加以延伸膨胀，此时所得出的多孔质PT FE材料，在微细的纤维之间，成束的纤维结节部之间形成许多微小的空孔。这种材料在市场上用空心纤维板的商标出售。生体的软组织可以从这种多孔质PTFE材料的空孔中或网眼中侵入而直接与人工骨部（如多孔质磷酸钙烧结体制成的人工骨部）或其被覆层相接触。由于由这种材料构成的人工骨部或被覆层和生体组织的亲和性甚佳，故而能极好地发挥接受生体软组织的效果;而且软骨细胞亦能侵入到由多孔质磷酸钙烧结制成的人工骨部或其被覆层的表面而形成软骨。所以，本发明之人工生体复合材料能牢固地固定于生体。

人工骨部由主体和被覆层构成时，由于主体是由高强度的金属（包括合金）或陶瓷烧结体（矾土，氧化锆，HAP等）构成，因此人工骨部也具有相当高的强度。另外，由于人工骨部的被覆层接受了进入的生体的软组织，这又进一步促使骨组织的形成。

以上所述之本发明的效果，由于利用了包接膜体，例如含氟的有机高分子材料或聚酯材料、特别是多孔质PTFE材料（空心纤维板）构成的包接膜体，更有效地发挥了人工生体复合材料与生体固定的稳定性，提高了固定部分的活动性。

由于手术后随着时间的经过胶原纤维组织进入到本发明之人工生体复合材料的微小空孔之中，从而增加了强度，故可以期待获得永久性的人工关节囊的功能。通过调节空孔的大小、包接膜体的伸缩性、膜体（如布帛）的厚度，以及涂以能积极诱导纤维母细胞的涂料或涂料的浸透，更加使之稳定而获得了一个优等的永久性的人工关节。作为本发明一例，使用聚酯纤维布作成的人工关节囊，亦适用于因肿瘤（主要是恶性肿瘤）或某种炎症性疾患而进行手术造成关节周围支持组织缺损的情况。另外，通过人工关节〔不锈钢，钛合金，其它金属，陶瓷，高密度聚乙烯树脂（HDP）〕和生体材料（羟磷灰石，不锈钢，钛合金，其它金属，HDP）之间的搭配组合，能防止脱臼，离脱，保证了关节的稳定性和支持性。

基于本发明之效果，在手术之后能最大限度地满足各个关节的运动（滑动与制动）功能，而不产生任何障碍和疼痛，在外观美容上亦颇为令人满意。

本发明之人工生体复合材料，由于用多孔质PTIFE薄膜或聚酯纤维布把人工骨包裹起来，这对于人工骨来说，则得到了使其稳定的支持力量，同时也使得关节周围切段的韧带、肌肉、肌腱能比较容易地固定于本发明的人工生体材料上，从而使关节的稳定性、支持性和运动性得以显著提高。当人工骨部的材料破损时，又能防止其离散;而且本发明之人工生体材料（人工关节囊）尚能起到类似关节囊分泌润滑液减小摩擦和分解关节腔内新陈代谢废物的作用。其原因是由于具有吞噬功能的纤维母细胞或组织细胞及白细胞的进入，由此而能分泌骨液和分解新陈代谢废物、贮留润滑液，并能防止新陈代谢废物和人工骨部材料摩耗片离散对机体产生的不良影响。

在聚酯纤维布或多孔质PTFE薄膜的包接膜体上涂以或浸渍骨形态形成蛋白质（Bone    morphogenetic    protein，BMP）以谋求积极的骨诱导，将进一步提高由金属或陶瓷等制成的人工骨的稳定性和支撑性。另外，由金属、陶瓷等制成的充填材料和由聚酯纤维布制成的包接膜体的互相搭配组合，还可以在关节以外的部位作为骨缺损部及空隙部的充填之用，把包接膜体固定于周围的支撑组织（骨膜，韧带，肌膜，肌腱）上，以提高人工生体材料的稳定性和支撑性，所以，其应用范围是多方面的。

实施例1

A.人工骨部的制造

向0.5摩尔/l的氢氧化钙液中缓慢滴入0.3摩尔/l的磷酸溶液，边搅拌边滴入，直至此溶液的PH值呈7.5时便可得到钙磷摩尔比为1.66的羟磷灰石，过滤并收集该生成物，待其干燥后便为粉末状的羟磷灰石。100 克的羟磷灰石粉末中加直径50～350微米的球形聚甲基丙烯酸甲酯树脂粒子35克和纤维素纤维（直径5～10微米，长0.5毫米）5克，再加酒精共同混合搅拌，蒸发去除酒精。将此混合物7～10克装入长15厘米直径2厘米的胶皮气球状的管内，在500Kg/cm2压力下静水压压缩（CIP）后成形。

所得之成形物在室温下干燥24小时后，放入电烤炉内，以2℃/分升温速度加热至400℃，通过热分解除去聚甲基丙烯酸甲酯粒子和纤维素纤维，再把温度升高至1150℃，在此温度下经过5小时便烧结为成形物。所得之多孔质磷酸钙烧结体的气孔率为40%，直径40～210微米的空孔分布均匀，这些空孔通过直径4～9微米的毛细管状空隙通道路而连通。

将通过上述操作制作之多孔质成形体用切断机、旋床和钻床制成图1A和图1B所列示之人工骨部。此人工骨部的芯部1a的外径10毫米，中空部1c的直径为3毫米，中空突出部的外径为5毫米。

B.复合材料的形成

在上述人工骨芯部1a的周围，用厚1毫米、宽3厘米的多孔质聚四氟乙烯膜（孔经0.05～5微米，商标：空心纤维板）如图1A和图1B图示那样缠绕，便形成复合材料。

C.动物实验

切除狗的股骨干8毫米，在此切除部插入上述之复合材料。首先，将复合材料中的上下中空突出部1a插入生体骨（长管状骨）两断端部的骨髓腔内，调整安置好人工骨在生体骨两切断部之间的位置，再从包接膜体芯部1a把上下伸出部分和生体骨的两切断部分的周围包绕起来，用丝线把包接膜体系结在生体骨切断处的周围，并把包接膜体牢固地缝在周围的肌肉上，使人工骨部固定不动。

手术后经过26周的连续观察，手术部位未发现任何炎性反应。其后取出手术部的股骨检查在包接膜体周围可见有外骨膜的延续组织覆盖，通过 光学显微镜对该部的薄切片标本进行组织学观察，可见在人工骨和生体骨的交界面处有新骨形成，在此新骨部见有骨的生成，使新骨与人工骨结为一体;包接膜体上亦可见有外骨膜覆盖。

实施例2

重复例1的操作，但将烧结的多孔质磷酸钙成形物如同图3所示那样切削加工成有两个嵌合突起，作为人工胸骨之用。另外用多孔质PTFE膜将人工胸骨用的人工骨部包起，成为图3，所示之复合材料。切除生体的胸骨柄部的孤立性骨髓瘤部，在此切除部插入上述复合材料。如图3所示，使人工骨4上所形成的突起部6与锁骨嵌合，用不锈钢丝通过钢丝孔7，把人工骨和胸骨体、第1肋骨、第2肋骨捆紧固定，同时用丝线把包接膜体5缝合在周围的锁骨韧带、胸锁乳突肌胸骨端、胸骨甲状肌和胸骨舌骨肌上。

术后，人工骨能很好地随着胸骨关节所作的复杂活动而活动，不引起脱臼，稳定固着。另外也不产生炎症和疼痛;手术部位在外观美容上亦不产生明显的缺陷。

实施例3

图1A和图1B所示那种构造的复合材料，是用钛金属作成的人工骨和由聚酯（聚对苯二甲酸乙二酯）纤维纺织品制成的包接膜体制造而成。

这种复合材料用于股骨的置换手术。

此症例为生体右股骨远端骨肉瘤块状切除之后，膝关节用髓内钉和骨粉固定，当时作了股骨再建术，术后3年由于身体的成长，两腿间出现约7厘米的长度差，同时发生髓内钉弯曲和骨变形。为此行股骨延长术并取出髓内钉和骨粉，插入上述之复合材料。

包接膜体缝合固定在生体骨切断部及周围肌肉、肌腱和其它软组织上。术后经过良好，未发生膝关节脱臼，且能屈曲约40°角，未产生炎症和疼痛，稳定性极为良好。

实施例4

由陶瓷及高密度聚乙烯制备的人工膝关节和包覆它的聚酯纤维布制备的包接膜体调制而成的人工生体复合材料。

此材料用于右膝关节的置换手术。在生体的右胫骨近端骨肉瘤切除之后，插入此复合材料，将人工关节接合于胫骨与股骨之间。包接膜体缝合固定于膝韧带、其它附属韧带、股骨屈肌群、肌腱等处。

术后经过良好，未产生关节脱臼，相当稳定，亦未发生炎症和疼痛。

实施例5

图4所示之人工生体复合材料41按下述方法制作。

在用多结晶型矾土烧结体制成所要求那样形状及大小的非多孔质主体的表面上，作成厚度约200微米的被覆层，此被覆层是用等离子喷镀法将例1所述方法制成的羟磷灰石粉末（粒经88微米以下）喷在主体表面上而形成。把经过如此操作所得到的人工骨部42，用多孔质PTFE膜（厚约1毫米，孔经0.05～5微米）作成的包接膜体43包接起来。

人工骨部42由本体部44及从其一端伸出的突出部45所形成，本体部44有直径3毫米的中空部，本体部44的中心部分的外径为10毫米，突出部的外径为5毫米。

此人工生体复合材料，通过例1所述之同样方法，如图4所示那样，供动物股骨置换手术之用。即切除股骨46的一部分，在此切除部插入人工生体复合材料41的人工骨部42，把其突出部45插入股骨46的残存部;将包接膜体43缝合于切除部分周围的肌肉及膝韧带以及其它附属韧带上。

术后经过良好，未发生关节脱臼手术部位的炎症和疼痛，关节接合稳定。

实施例6

重复例2的操作。但在此例中所有的人工骨1是由矾土烧结体构成的主体和表面用等离子喷镀法形成的羟磷灰石制成的被覆层（厚约200微米）所形成。

术后经过良好。由于人工骨与生体的亲和性好，所以新骨形成良好，获得例2同样的效果。

实施例7

施行与例3同样之操作。但此例所用之人工骨部，是由钛金属制成的主体和在其表面用等离子喷镀法形成的羟磷灰石的被覆层（厚约200微米）所构成。

获得例3同样之效果。

实施例8

施行例4同样之操作。但此例所用之人工骨部，是用高密度聚乙烯树脂形成的主体及其表面上由矾土形成的被覆层所构成。

获得例4同样之效果。

本发明提供的是工业生产出来的人工生体复合材料。这种人工生体复合材料，通过特定的人工骨和包覆人工骨的包接膜体的搭配组合，置换或充填在生体之内的人工骨，其固定的稳定性很高，用于关节部分时，亦可进行不引起脱臼和离脱等事故的置换或充填手术。