CN101081314A - 一种复合羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架的制备方法 - Google Patents
一种复合羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种复合羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架的制备方法，步骤包括：1)制备交联的胶原/壳聚糖支架；2)利用化学沉积的方法将羟基磷灰石复合到步骤1)所得支架中；3)利用矿化的方法获得活性的复合骨支架。本发明制备方法简单、材料来源丰富、生产效率高，本发明以可生物降解的胶原/壳聚糖为主要原料，采用化学沉积和人体生理体液矿化相结合的方法将活性的羟基磷灰石引入到胶原/壳聚糖支架中，得到了具有类骨结构的支架；所得支架具有生物相容性好、综合性能优良和使用方便等优点，可以有效地促进骨细胞的迁移、生长与分化，有利于提高受损骨组织的修复效率，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架的制备方法。具体说是通过对人体骨结构和功能的仿生模拟，采用胶原/壳聚糖和羟基磷灰石模拟骨细胞的细胞外基质，为骨修复提供一种制备复合结构支架的方法。
背景技术
骨损伤是目前常见的疾病。由于风湿、类风湿等各种骨关节疾病或运动创伤所造成的关节骨损伤给许多病人带来痛苦。迄今为止，临床上仍然缺少有效的方法修复大尺寸的骨缺损。应用再生医学的方法和原理来进行骨组织的修复是目前的一个重要手段，且取得了良好的效果。其中，骨修复支架在骨再生中起着十分重要的作用。
骨是一族生物矿物材料的总称，主要发育于脊椎动物中。虽然每一种类型的骨的结构和组成稍有变化，但都有一个共同的特点：它们主要成分都是由I型胶原纤维、碳羟磷灰石和水组成。骨是最复杂的生物矿化系统之一，也是最典型的天然有机-无机复合材料。骨中的碳羟磷灰石晶体都是板形的，平均长度和宽度分别为50nm和25nm；晶体厚度极薄，且非常一致，一般1.5nm至4.0nm。骨的主要有机相为胶原纤维，另外还有少量骨涎酸蛋白、硫酸软骨素、脂类、肽类等。胶原纤维中的原胶原分子具有三重螺旋结构，骨中的矿物相位于原胶原分子间的间隙孔内，排列成层，构成骨的基本结构。
模仿天然骨的成分及结构特征制造的骨替代材料，可为细胞提供与天然骨相类似的微环境。这有助于骨系细胞的粘附、增殖及功能发挥。这种材料不仅可直接作为骨缺损修复材料，也是优异的骨组织工程载体材料，尤其适用于无需承力的骨组织部位。
传统的骨修复材料难以获得细胞活性位点，以促进造骨细胞的正常活性的表达。近年来，人体生理体液矿化的方法由于其优异的生物活性和制备简单等优点而广受关注。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟人体天然骨的化学组成，并为受损的骨组织提供良好的微环境并且能够有效地促进骨细胞的迁移、生长与分化，促进受损骨修复的一种复合羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架的制备方法。
本发明的一种复合羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架的制备方法，其制备过程包括以下步骤：
1)将胶原/壳聚糖溶解在质量浓度为3％的乙酸溶液中，胶原与壳聚糖的质量比为5∶5～9∶1，得质量浓度为0.5％的胶原/壳聚糖溶液，注入到模具中，于-20℃下冷冻2小时，于-20℃下冷冻，在冻干机中冷冻干燥，从模具中取出，然后置于质量浓度为0.3％的乙酸溶液中浸润，再经三蒸水充分洗涤，放入质量浓度为0.25％的戊二醛水溶液中在4℃下交联3～24小时，用三蒸水充分洗涤，得交联的胶原/壳聚糖支架；
2)将交联的胶原/壳聚糖支架在0.05～0.5mol/L的CaCl2水溶液中浸润至少2小时后取出，放入模具中，加入与支架中吸附的CaCl2溶液等体积但摩尔浓度为CaCl2溶液浓度0.6倍的磷酸氢二氨水溶液，调节pH值到11，反应15～60分钟，用三蒸水充分洗涤；
3)将步骤2)所得支架浸入到由每升三蒸水中含有2.5mM CaCl2、5mM的氯化钾、142mM的氯化钠、1.5mM的氯化镁、4.2mM的碳酸氢钠、0.5mM硫酸钠、1mM磷酸氢二氨和50mM三羟甲基氨基甲烷所配制的模拟人体生理体液中，在振荡的条件下，37℃下矿化处理12～48小时，得到复合羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架。
本发明的有益效果在于：制备方法简单、材料来源丰富、生产效率高，本发明以可生物降解的胶原/壳聚糖为主要原料，采用化学沉积和人体生理体液矿化相结合的方法将活性的羟基磷灰石引入到胶原/壳聚糖支架中，得到了具有类骨结构的支架；所得支架具有生物相容性好、综合性能优良和使用方便等优点，可以有效地促进骨细胞的迁移、生长与分化，有利于提高受损骨组织的修复效率，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是交联的胶原/壳聚糖支架的扫描电镜照片；
图2是沉积了羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架的扫描电镜照片(CaCl2水溶液的浓度为0.05mol/L)；
图3是沉积在胶原/壳聚糖支架内的羟基磷灰石粒子的扫描电镜照片(CaCl2水溶液的浓度为0.05mol/L)；
图4是经矿化处理的复合羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架内羟基磷灰石粒子的扫描电镜照片(CaCl2水溶液的浓度为0.05mol/L)；
图5是不同矿化时间的复合羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架的X射线衍射图(CaCl2水溶液的浓度为0.1mol/L)；
图6是经矿化处理的羟基磷灰石复合胶原/壳聚糖支架内羟基磷灰石粒子的扫描电镜照片(CaCl2水溶液的浓度为0.1mol/L)；
图7是不同氯化钙溶液浸润条件下，得到的沉积支架和矿化支架的吸水率的变化。(CaCl2水溶液的浓度为0.05～0.5mol/L)；
图8是不同氯化钙溶液浸润条件下，得到的沉积支架和矿化支架的羟基磷灰石与胶原/壳聚糖质量比的变化(CaCl2水溶液的浓度为0.05～0.5mol/L)。
具体实施方法
以下结合实例进一步说明本发明，但这些实例并不用来限制本发明。
实例1：
1)将胶原/壳聚糖溶解在质量浓度为3％的乙酸溶液中，胶原与壳聚糖的质量比为5∶5，得质量浓度为0.5％的胶原/壳聚糖溶液，注入到模具中，于-20℃下冷冻2小时，于-20℃下冷冻，在冻干机中冷冻干燥24小时，从模具中取出，然后置于质量浓度为0.3％的乙酸溶液中浸润，再经三蒸水充分洗涤，放入质量浓度为0.25％的戊二醛水溶液中在4℃下交联12小时，用三蒸水充分洗涤，得交联的胶原/壳聚糖支架。图1是交联的胶原/壳聚糖支架的扫描电镜照片。
2)配制0.05mol/L的CaCl2水溶液和0.03mol/L的磷酸氢二氨水溶液；将步骤1)所得交联的胶原/壳聚糖支架在0.05mol/L的CaCl2水溶液中浸润2小时后取出，放入模具中，加入与支架中吸附的CaCl2溶液等体积但摩尔浓度为CaCl2溶液浓度0.6倍的磷酸氢二氨水溶液，用1mol/L的氢氧化钠水溶液将pH值调节到11后，反应30分钟，用三蒸水充分洗涤，获得沉积了羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架。图2是沉积了羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架的扫描电镜照片；图3是沉积在胶原/壳聚糖支架内的羟基磷灰石粒子的扫描电镜照片。
3)将2.5mM CaCl2、5mM的氯化钾、142mM的氯化钠、1.5mM的氯化镁、4.2mM的碳酸氢钠、0.5mM硫酸钠、1mM磷酸氢二氨和50mM三羟甲基氨基甲烷溶解于1L三蒸水中，配制成模拟的人体生理体液；将步骤2)所得沉积了羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架浸入到该模拟的人体生理体液中，在振荡的条件下，37℃下矿化处理24小时，得到复合羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架。
图4是经矿化处理的复合羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架内的羟基磷灰石粒子扫描电镜照片；图5是不同矿化时间的复合羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架的X射线衍射图。
实例2：
步骤1)同实例1的步骤1)，但胶原与壳聚糖的质量比为9∶1；
步骤2)同实例1的步骤2)，制备了沉积羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架，但CaCl2水溶液的浓度为0.1mol/L，对应的磷酸氢二氨水溶液的浓度为0.06mol/L；
步骤3)同实例1的步骤3)，但矿化时间为12小时；图6是经矿化处理的复合羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架内羟基磷灰石粒子的扫描电镜照片。
实例3：
步骤1)同实例1的步骤1)，但胶原/壳聚糖的质量比为8∶2；
步骤2)～3)同实例1的步骤2)～3)；图7是不同氯化钙溶液浸润条件下，得到的沉积支架和矿化支架的吸水率的变化。
实例4：
步骤1)同实例1的步骤1)，但胶原/壳聚糖的质量比为7∶3；
步骤2)～3)同实例1的步骤2)～3)。
实例5：
步骤1)同实例2的步骤1)；
步骤2)同实例1的步骤2)，制备了沉积羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架，但CaCl2水溶液的浓度分别为0.05、0.1、0.25、0.5mol/L，对应的磷酸氢二氨水溶液的浓度为0.03、0.06、0.15、0.3mol/L；
步骤3)同实例1的步骤3)；图8是不同浓度的氯化钙溶液浸润条件下，得到的沉积支架和矿化支架的羟基磷灰石与胶原/壳聚糖质量比的变化。
实例6：
步骤1)同实例1的步骤1)；
步骤2)同实例1的步骤2)，制备了沉积羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架，但反应时间为60分钟，其余步骤同实例1。
实例7：
步骤1)～2)同实例1的步骤1)～2)；
步骤3)同实例1的步骤3)，但矿化时间为48小时。
Claims (1)
1.一种复合羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架的制备方法，其制备过程包括以下步骤：
1)将胶原/壳聚糖溶解在质量浓度为3％的乙酸溶液中，胶原与壳聚糖的质量比为5∶5～9∶1，得质量浓度为0.5％的胶原/壳聚糖溶液，注入到模具中，于-20℃下冷冻2小时，于-20℃下冷冻，在冻干机中冷冻干燥，从模具中取出，然后置于质量浓度为0.3％的乙酸溶液中浸润，再经三蒸水充分洗涤，放入质量浓度为0.25％的戊二醛水溶液中在4℃下交联3～24小时，用三蒸水充分洗涤，得交联的胶原/壳聚糖支架；
2)将交联的胶原/壳聚糖支架在0.05～0.5mol/L的CaCl2水溶液中浸润至少2小时后取出，放入模具中，加入与支架中吸附的CaCl2溶液等体积但摩尔浓度为CaCl2溶液浓度0.6倍的磷酸氢二氨水溶液，调节pH值到11，反应15～60分钟，用三蒸水充分洗涤；
3)将步骤2)所得支架浸入到由每升三蒸水中含有2.5mM CaCl2、5mM的氯化钾、142mM的氯化钠、1.5mM的氯化镁、4.2mM的碳酸氢钠、0.5mM硫酸钠、1mM磷酸氢二氨和50mM三羟甲基氨基甲烷所配制的模拟人体生理体液中，在振荡的条件下，37℃下矿化处理12～48小时，得到复合羟基磷灰石的胶原/壳聚糖支架。
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