納米硅酸鈣纖維/玉米蛋白復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米硅酸鈣纖維/玉米蛋白復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]骨植入支架材料可通過體內(nèi)細(xì)胞的迀移、增殖與分化形成組織并自行長入支架，同時(shí)支架逐漸降解，最終被新生骨組織所取代。它在人體的生理環(huán)境中利用機(jī)體自修復(fù)能力，在體內(nèi)重建新組織。因此，研究生物活性和降解性材料及其支架，具有重要的科學(xué)意義。
[0003]硅作為人體中的一種微量元素，其吸收水平直接影響到骨的質(zhì)量，其調(diào)控著新骨發(fā)育和礦化，吸收足夠的硅才能構(gòu)建正常的骨組織。中科院上海硅酸鹽研究所在硅酸鈣涂層納米粉體合成和硅酸鈣陶瓷制備及性能方面進(jìn)行了研究，結(jié)果表明硅酸鈣涂層或陶瓷在體外、體內(nèi)均具有很好的生物活性和誘導(dǎo)沉積類骨羥基磷灰石層的能力。另有研究表明在模擬體液中，磷灰石晶體在硅酸鈣表面沉積形成的速度大于在其它生物玻璃和陶瓷表面。
[0004]作為骨修復(fù)體，材料的多孔性是非常重要的。具有高孔隙率和較大孔徑的多孔支架材料增大了材料的表面積，進(jìn)而提高材料與人體體液或組織的作用范圍，增強(qiáng)材料與組織的界面結(jié)合強(qiáng)度，這種結(jié)合被稱之為骨長入生物固定，相對(duì)于致密植入體的形態(tài)固定能承受更大、更復(fù)雜的應(yīng)力。多孔支架材料的孔徑大小是影響纖維及血管組織長入的重要因素，一般認(rèn)為，孔徑應(yīng)當(dāng)在100至600微米之間。
[0005]國內(nèi)林開利等以聚乙二醇為造孔劑，通過高溫煅燒法制備了大孔徑、高氣孔率的多孔硅酸鈣生物陶瓷。本發(fā)明人曾通過水熱法制備出棒狀納米硅酸鈣，并與磷酸鈣骨水泥復(fù)合得到可自固化的骨修復(fù)材料。然而，由于硅酸鈣對(duì)磷酸鈣骨水泥體系的水化過程有一定影響，硅酸鈣的質(zhì)量含量被限定于20%以下，并且材料的強(qiáng)度并不令人滿意，因而難以用來制備多孔支架。后續(xù)通過將硅酸鈣分別與PLGA和膠原蛋白復(fù)合，構(gòu)成了多孔支架材料，其中由于引入了高分子材料，從而增加了生物活性。然而，人工高分子材料在生物相容性差，天然高分子中的膠原蛋白等有潛在生物污染威脅，并且，現(xiàn)有的硅酸鈣/高分子復(fù)合材料中的孔徑不均勻，降解速度過慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于克服了現(xiàn)有的硅酸鈣多孔支架的強(qiáng)度低，生物相容性差，有潛在生物污染威脅，孔徑不均勻，降解速度慢等的缺陷，提供一種納米硅酸鈣纖維/玉米蛋白復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的納米硅酸鈣纖維/玉米蛋白復(fù)合材料中的活性組分含量高，生物相容性好、力學(xué)性能接近于松質(zhì)骨。
[0007]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題。
[0008]本發(fā)明提供了一種納米硅酸鈣纖維/玉米蛋白復(fù)合材料的制備方法，其包括下述步驟:將玉米蛋白的醇溶液、納米硅酸鈣纖維和致孔劑混合均勻，得物料；將所述物料通過模壓成型，然后在溶劑中浸泡去除致孔劑，干燥，即得。
[0009]其中，所述玉米蛋白可為本領(lǐng)域常規(guī)使用的玉米蛋白，較佳地為玉米醇溶蛋白。按本領(lǐng)域常識(shí)，所述玉米蛋白的醇溶液是將玉米蛋白于醇中溶解得到的。按本領(lǐng)域常識(shí)，醇的用量一般能完全溶解所述玉米蛋白即可。所述玉米蛋白的醇溶液較佳地為玉米蛋白的乙醇溶液。
[0010] 其中，所述納米硅酸鈣纖維可為本領(lǐng)域常規(guī)的納米硅酸鈣纖維。
[0011 ] 其中，所述玉米蛋白和所述納米硅酸鈣纖維的質(zhì)量比較佳地為9:1-1:1。
[0012]其中，所述致孔劑可為本領(lǐng)域常規(guī)使用的致孔劑，較佳地為NaCl。所述致孔劑的質(zhì)量相對(duì)于所述玉米蛋白和所述納米硅酸鈣纖維總質(zhì)量之比較佳地為6:1-12:1，更佳地為8:1。所述致孔劑的粒徑較佳地為300-500 μ m0
[0013]其中，所述混合的方法和條件可為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件，以混合均勻?yàn)闇?zhǔn)。
[0014]其中，所述模壓成型的方法和條件可為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件。所述模壓成型的壓力較佳地為2.0MPa-3.0MPa,更佳地為2.5MPa。所述模壓成型的保壓時(shí)間較佳地為lmin-3min，更佳地為2min。所述模壓成型較佳地在加熱條件下進(jìn)行，加熱溫度為50-100°C。所述模壓成型的模具一般為不銹鋼模具。
[0015]其中，所述溶劑可按致孔劑的類型進(jìn)行選擇，只要能溶解所述致孔劑，同時(shí)不溶解玉米蛋白和納米硅酸鈣纖維即可。所述溶劑較佳地為水。
[0016]其中，所述浸泡去除致孔劑的方法和條件可為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件。所述浸泡的時(shí)間較佳地為48小時(shí)-72小時(shí)，更佳地為48小時(shí)。按本領(lǐng)域常識(shí)，在所述的浸泡去除致孔劑的過程中，每間隔一段時(shí)間更換一下溶劑，間隔時(shí)間較佳地為6小時(shí)-8小時(shí)，更佳地為8小時(shí)。
[0017]其中，所述干燥的方法和條件可為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件，一般在烘箱內(nèi)進(jìn)行即可。
[0018]本發(fā)明還提供了一種由上述制備方法制得的納米硅酸鈣纖維/玉米蛋白復(fù)合材料。
[0019]本發(fā)明還提供了一種所述納米硅酸鈣纖維/玉米蛋白復(fù)合材料在骨植入支架材料中的應(yīng)用。
[0020]其中，所述的骨植入支架材料較佳地為松質(zhì)骨植入支架材料。
[0021]在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。
[0022]本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。
[0023]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:
[0024]本發(fā)明的納米硅酸鈣纖維/玉米蛋白復(fù)合材料中的活性組分含量高，生物相容性好，力學(xué)性能接近于松質(zhì)骨，能夠?qū)崿F(xiàn)骨長入生物固定，并且具有良好的生物降解性能。本發(fā)明的制備方法操作簡單，具有良好的工業(yè)化生產(chǎn)前景。
【附圖說明】
[0025]圖1為實(shí)施例1-7的納米硅酸鈣纖維/玉米蛋白復(fù)合材料的照片。
[0026]圖2為實(shí)施例3的納米硅酸鈣纖維/玉米蛋白復(fù)合材料的同步輻射3D重構(gòu)圖。
[0027]圖3為實(shí)施例3的納米硅酸鈣纖維/玉米蛋白復(fù)合材料的掃描電鏡照片。
[0028]圖4為實(shí)施例3的納米硅酸鈣纖維/玉米蛋白復(fù)合材料和對(duì)比實(shí)施例1的玉米蛋白支架在磷酸緩沖溶液中降解的失重曲線。
[0029]圖5為實(shí)施例3的納米硅酸鈣纖維/玉米蛋白復(fù)合材料對(duì)比實(shí)施例1的玉米蛋白支架在磷酸緩沖溶液中浸泡后的PH值曲線。
[0030]圖6為實(shí)施例3的納米硅酸鈣纖維/玉米蛋白復(fù)合材料以及玉米蛋白支架在植入兔股骨缺損部位后的同步輻射電子切片。
[0031]圖7為實(shí)施例3的納米硅酸鈣纖維/玉米蛋白復(fù)合材料和對(duì)比實(shí)施例1的玉米蛋白支架植入兔股骨缺損部位4、8和12周時(shí)，形成新骨面積的比較圖。
[0032]圖8為實(shí)施例3的該納米硅酸鈣纖維/玉米蛋白復(fù)合材料和玉米蛋白支架植入兔股骨缺損部位后所得的組織學(xué)切片。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面通過實(shí)施例的方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，按照常規(guī)方法和條件，或按照商品說明書選擇。
[0034]下述實(shí)施例中，所用的納米硅酸鈣纖維購自于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，所用的玉米醇溶蛋白購自于東京化成株式會(huì)社，所用的NaCl顆粒的粒徑為300-500 μ m。
[0035]實(shí)施例1
[0036]—種納米硅酸鈣纖維/玉米蛋白復(fù)合材料的制備方法，其包括下述步驟:將玉米醇溶蛋白的乙醇溶液、納米硅酸鈣纖維和NaCl顆?；旌暇鶆?，得物料；室溫下，將物料在
2.0MPa的壓力下，于不銹鋼模具中進(jìn)行模壓成型，保壓時(shí)間為3min ;成型后的物料在去離子水中浸泡48小時(shí)，每隔8小時(shí)間隔換一次去離子水以去除NaCl，干燥，即得；
[0037]其中，納米硅酸鈣纖維和玉米醇溶蛋白的質(zhì)量比為9:1，NaCl顆粒的質(zhì)量為6倍的納米硅酸鈣纖維和玉米醇溶蛋白的總質(zhì)量。
[0038]實(shí)施例2
[0039]—種納米硅酸鈣纖維/玉米蛋白復(fù)合材料的制備方法，其包括下述步驟:將玉米醇溶蛋白的乙醇溶液、納米硅酸鈣纖維和NaCl顆?；旌暇鶆?