一種明膠/碳酸化羥基磷灰石骨支架的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及人工骨支架材料制備領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種明膠/碳酸化羥基 磷灰石骨支架的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 車(chē)禍、疲勞運(yùn)動(dòng)等過(guò)程中造成的嚴(yán)重骨損傷，或者腫瘤、炎癥及各種畸形造成的骨 缺損、骨不連等，需要通過(guò)骨移植手術(shù)有效地進(jìn)行修復(fù)。
[0003] 隨著科技的發(fā)展，骨移植材料的來(lái)源具有了多種選擇。自體異位骨材料、同種異體 骨材料、異種骨材料和人工合成仿生骨材料均在骨移植方面進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)和臨床研究， 并已在臨床中實(shí)際應(yīng)用。但這些材料在實(shí)際應(yīng)用中均存在諸多缺陷，無(wú)法很好地替代天然 骨使用。
[0004] 目前我們亟待制備一種有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化材料，能夠結(jié)合無(wú)機(jī)材料在力學(xué)強(qiáng)度、彈性 模量方面、高分子材料在韌性方面的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)兩種材料的不足，實(shí)現(xiàn)骨的臨時(shí)替代，并伴 隨著材料降解誘導(dǎo)產(chǎn)生新骨。
[0005] CN200510107942.0公開(kāi)了一種多孔膠原復(fù)合納米羥基磷灰石人工骨的制備方法， 所述的方法為:首先制備納米羥基磷灰石，然后制備膠原溶液，在羥基磷灰石粉體中加入膠 原溶液，最后將羥基磷灰石和膠原的混合膏狀物冷凍干燥成為多孔膠原復(fù)合納米羥基磷灰 石人工骨。
[0006] CN200910250313.1公開(kāi)了一種多孔羥基磷灰石/殼聚糖-明膠復(fù)合材料支架，其由 羥基磷灰石、殼聚糖和明膠按重量比3: 3:4構(gòu)成，所述的材料支架由以下步驟制備而成:a. 將2-20μπι的HA粉體制成水懸浮液;b .在水懸浮液中添加殼聚糖的水溶液和明膠；c .加入 10ml戊二醛交聯(lián)制備得到HA-殼聚糖-明膠網(wǎng)絡(luò)組成物;d.將該組成物于-40°C預(yù)凍后制成 多孔支架;e.用氫氧化鈉中和剩余乙酸，用NaBH 4溶液處理消除殘留的戊二醛，經(jīng)二次凍干 得到孔隙率大于90%，孔徑300-400μπι的多孔羥基磷灰石/殼聚糖-明膠支架。
[0007] CN201310177724.9公開(kāi)了一種納米羥基磷灰石/殼聚糖/魚(yú)皮膠原復(fù)合支架及其 制備方法，其特征在于:應(yīng)用仿生、納米、冷凍干燥相分離技術(shù)構(gòu)建具有類(lèi)似天然骨生物特 性的人工骨支架材料；以殼聚糖/魚(yú)皮膠原為有機(jī)基體，鈣-磷鹽溶液為無(wú)機(jī)相羥基磷灰石 前驅(qū)體，模仿天然骨組織形成過(guò)程中無(wú)機(jī)鈣磷礦物在有機(jī)基質(zhì)生物大分子調(diào)控下的原位析 晶過(guò)程，制備nm羥基磷灰石/殼聚糖/魚(yú)皮膠原骨組織工程支架。
[0008] CN201410160212.6涉及一種3D均勻多孔支架材料及其制備方法，其特征在于由以 下步驟實(shí)現(xiàn)：（1)于碳酸鈉溶液中溶解膠原蛋白，使膠原蛋白的最終質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10-30%; (2)于步驟(1)的混合物中添加納米羥基磷灰石，膠原蛋白與納米羥基磷灰石的質(zhì)量比為1: (3-5)，在漩渦混合儀上震蕩直至混合均勻，得粘稠均勻狀乳濁液；（3)將步驟(2)得到的混 合物分裝于模具中；（4)模具于-80°C下冷凍3-6h，再進(jìn)行真空干燥48h; (5)將步驟(4)的初 次凍干品于交聯(lián)劑溶液中進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，l〇〇ml交聯(lián)劑溶液對(duì)應(yīng)12-15g初次凍干骨支架材 料，交聯(lián)體系的pH為8-11，反應(yīng)溫度為37-50°C，反應(yīng)時(shí)間為24-36h; (6)將步驟(5)交聯(lián)后的 樣品再于交聯(lián)劑溶液中進(jìn)行二次交聯(lián)反應(yīng)，l〇〇ml交聯(lián)劑溶液對(duì)應(yīng)12-15g初次凍干骨支架 材料，交聯(lián)體系的pH為3-6，反應(yīng)溫度為37-50°C，反應(yīng)時(shí)間為24-36h; (7)將步驟(6)得到的 樣品于乙醇溶液中洗滌12h，每一小時(shí)換一次乙醇溶液，之后于去離子水中洗滌2h; (8)將步 驟(7)得到的樣品真空冷凍干燥48h后，滅菌，包裝。
[0009] CN201410161018.X涉及一種增強(qiáng)生物相容性的人工骨支架材料的制備方法，其特 征在于按照下列步驟進(jìn)行：（1)將膠原蛋白溶解于去離子水中，制備得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20-40%的膠原蛋白溶液；（2)調(diào)節(jié)膠原蛋白溶液的pH值至5-7; (3)按照谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶與膠原 蛋白的比例為2-15U/g的比例添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶；（4)按照膠原蛋白與納米羥基磷灰石的 質(zhì)量比為1:(2-4)比例添加納米羥基磷灰石，得到粘稠狀乳濁液；（5)將步驟四的粘稠狀乳 濁液轉(zhuǎn)移至模具中，于30-55Γ下反應(yīng)24-36h，放置冷卻；（6)90°C下進(jìn)行酶滅活5min，放置 冷卻；（7)超低溫冰箱-80°C下預(yù)凍3h，之后真空冷凍干燥48h。
[0010]目前公開(kāi)的專利，有的采用簡(jiǎn)單共混的方法制備仿生陶瓷材料，雖然結(jié)構(gòu)在一定 程度上接近天然骨，但是通常質(zhì)地較脆，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械支撐的力學(xué)要求;有的為了保證羥基 磷灰石材料在結(jié)構(gòu)、生物性能和力學(xué)性能方面均接近天然骨，進(jìn)行了各種改善，雖然在一定 程度上取得了有益的效果，但是或需要添加的物質(zhì)較多，或是步驟比較繁瑣，難以符合產(chǎn)業(yè) 化生產(chǎn)的要求。
[0011] 有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的在于提供一種明膠/碳酸化羥基磷灰石骨支架的制備方法。
[0013] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，實(shí)施了以下的技術(shù)方案：
[0014] -種明膠/碳酸化羥基磷灰石骨支架材料的制備方法，包括：
[0015] (1)將羥基磷灰石分散于蒸餾水中，加熱，再加入明膠，使其充分溶解，制備明膠/ 羥基磷灰石懸浮液；
[0016] (2)將懸浮液倒入所需的模具內(nèi)，并置于冰箱內(nèi)冷卻，制備物理交聯(lián)的明膠/羥基 磷灰石水凝膠；
[0017] (3)將物理交聯(lián)的明膠/羥基磷灰石水凝膠放入交聯(lián)劑溶液中進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)；
[0018] (4)將化學(xué)交聯(lián)的明膠/羥基磷灰石水凝膠至于改性模擬體液中，并置于恒溫箱內(nèi) 培養(yǎng)，然后進(jìn)行冷凍干燥，得到所述的明膠/碳酸化羥基磷灰石骨支架。
[0019] 明膠是一種骨膠原部分水解得到的衍生天然可降解生物高分子產(chǎn)物。已被廣泛用 于食品、醫(yī)藥和工業(yè)領(lǐng)域。與骨膠原相比，明膠具有和骨膠原類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，并且也由18種氨 基酸組成，可以發(fā)揮骨膠原在骨中相似的作用，但它不具有抗原性，不傳播病原體。
[0020] 羥基磷灰石是人體和動(dòng)物骨骼中的主要無(wú)機(jī)成分，并且可以與骨組織很好的鍵接 在一起。大量的生物相容性試驗(yàn)證明它無(wú)毒、無(wú)刺激、不致過(guò)敏反應(yīng)、不致畸、不致突變、不 致溶血、不破壞生物組織，具有非常好的細(xì)胞活性和骨傳導(dǎo)性，并能與骨形成牢固的化學(xué)結(jié) 合，是一種很有應(yīng)用前景的人工骨材料。
[0021] 本發(fā)明采用明膠和羥基磷灰石為原料，通過(guò)物理交聯(lián)，化學(xué)交聯(lián)和改性模擬體液 培養(yǎng)的方法，在形成機(jī)理上盡可能的模擬天然骨的形成，方法簡(jiǎn)單，制備條件溫和，具有低 毒性，并且制備獲得的骨支架材料與天然骨極其接近，符合生物性能和力學(xué)性能的要求。所 述的骨支架材料利于誘導(dǎo)骨細(xì)胞的生長(zhǎng)，尤其，所述的骨支架材料的制備工藝簡(jiǎn)約，制備成 本較低，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，可以大大降低使用成本，具有替代天然骨的潛質(zhì)，有良好的 醫(yī)療應(yīng)用前景。
[0022] 所述方法制備的骨支架具有以下的優(yōu)點(diǎn)：
[0023] 1)本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，便于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，具有廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域 的前景；
[0024] 2)本發(fā)明采用羥基磷灰石和明膠為主要原料，在增強(qiáng)支架生物活性與力學(xué)性能的 同時(shí)，增強(qiáng)了生物相容性，能更好地與有機(jī)體結(jié)合，便于誘導(dǎo)新骨的生長(zhǎng)；
[0025]優(yōu)選地，所述明膠在蒸餾水中的質(zhì)量濃度為15 %~40 %。在該濃度范圍的明膠，制 備的骨支架的微觀結(jié)構(gòu)能更接近天然骨。
[0026]優(yōu)選地，所述羥基磷灰石的長(zhǎng)度為100~300nm優(yōu)選地，所述羥基磷灰石的直徑為 20~1 OOnm。選擇所述的納米羥基磷灰石，能夠和明膠更好的鍵合，形成的骨支架的微觀結(jié) 構(gòu)比較均一。
[0027] 優(yōu)選地，羥基磷灰石在明膠水溶液中的質(zhì)量濃度為5%~10%，選擇所述的質(zhì)量濃 度范圍內(nèi)制備的骨支架，在改性模擬體液中培養(yǎng)時(shí)，碳酸化羥基磷灰石的成核和生長(zhǎng)效果 更好，便于達(dá)到更好的力學(xué)增強(qiáng)效果。
[0028] 優(yōu)選地，所述步驟(1)明膠/羥基磷灰石懸浮液通過(guò)如下方式配制：
[0029] (la)將羥基磷灰石分散到蒸餾水中，濃度為5%~10%，超聲使納米羥基磷灰石粒 子充分分散；
[0030] (lb)將分散好的羥基磷灰石/蒸餾水加熱至40~55°C并攪拌，加入明膠繼續(xù)攪拌 使明膠溶解，明膠濃度為15 %~40 %。
[0031] 優(yōu)選地，所述步驟（lb)中，加熱水的溫度為40~55°C，明膠在水中分散的更加均 勻，可以和已經(jīng)分散在水中的羥基磷灰石粒子更好的作用，形成穩(wěn)固的鍵合作用，對(duì)于在后 續(xù)的制備中形成結(jié)構(gòu)良好的骨支架有關(guān)鍵的作用。
[0032] 優(yōu)選地，所述步驟(3)中，物理交聯(lián)的明膠/羥基磷灰石水凝膠進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)的方 法為：
[0033] (3a)將物理交聯(lián)的明膠/羥基磷灰石水凝膠在1~5°C下從模具中取出；
[0034] (3b)在相同溫度下將水凝膠放入相同溫度的濃度為10%~45%的交聯(lián)劑溶液中 進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)24~48小時(shí)；
[0035] (3c)將化學(xué)交聯(lián)好的明膠/羥基磷灰石水凝膠用蒸餾水進(jìn)行沖洗，并置于相同溫 度的蒸餾水中浸泡，除去殘余的交聯(lián)劑。
[0036]優(yōu)選地，所述步驟(4)具體為：
[0037] (4a)配制改性模擬體液；
[0038] (4b)