CN101376038B - 壳聚糖和羟基磷灰石复合骨修复支架材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种壳聚糖和羟基磷灰石复合骨修复支架材料的制备方法，步骤包括：制备羟基磷灰石前驱体溶液；制备壳聚糖和羟基磷灰石混合溶液，静置脱泡；取混合溶液均匀涂覆于模具表面，置于碱性凝固液中室温下凝固成膜，然后将混合溶液注入模具中，再将模具放入碱性凝固液中，凝固，脱模，得到壳聚糖与羟基磷灰石复合的凝胶；用蒸馏水洗涤上述凝胶至中性，预干，再冷冻并真空干燥，即可。本发明得到的支架材料三维有序，机械性能好，孔隙率高，有利于细胞的吸附与生长。羟基磷灰石颗粒以纳米尺寸均匀分散在壳聚糖基体中，可以保持在骨修复过程中羟基磷灰石中钙离子与磷离子持续、平稳、缓慢地从壳聚糖基质中释放出来，避免了爆释现象。

Description

壳聚糖和羟基磷灰石复合骨修复支架材料的制备方法

技术领域

本发明涉及骨修复支架材料，尤其是壳聚糖和羟基磷灰石复合骨修复支架材料的制备方法。

背景技术

壳聚糖(Chitosan，CS)是一种天然的生物可降解多糖，其降解产物为具有弱碱性的氨基葡萄糖，对人体及组织无毒、无害。它除了具有优异的生物相容性外，还具有天然的药物活性、抗肿瘤活性、消炎作用，加快创伤愈合。

羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)的化学结构式为(Ca₁₀(OH)₂(PO₄)₆)，是人体自然骨的主要成分(含60～70％)，具有极好的生物活性和骨组织生长的引导性。已经证明HA种植体能诱导周围骨组织的生长，并与宿主骨形成牢固的化学结合。

把羟基磷灰石加入到壳聚糖基质中可以提高壳聚糖和羟基磷灰石复合材料的骨结合能力，促进骨缺损的修复。

以往的制备壳聚糖和羟基磷灰石复合骨修复支架材料主要有以下两类方法，一类是将壳聚糖与羟基磷灰石直接混合，导致羟基磷灰石在壳聚糖基体中团聚，而在最终形成的支架中分布不均，影响成骨细胞生长；支架的力学性能下降。另一类是在壳聚糖溶液中原位复合羟基磷灰石，但由于制备壳聚糖复合支架多用二次冻干法或粒子粒滤法等，作为基质的壳聚糖支架无法做到三维有序结构，其强度往往随着孔的贯通和孔径的增加而下降，使目前骨组织修复支架材料不能真正应用于临床。

发明内容

本发明的目的是提供制备壳聚糖和羟基磷灰石复合骨修复支架材料的方法，该方法能制成高强度的孔径可调的三维有序复合支架材料。

本发明的壳聚糖和羟基磷灰石复合骨修复支架材料的制备方法，采用的是原位沉析法，步骤如下：

1)将钙盐和磷酸盐按化学计量比加入到体积分数为2％的乙酸溶液中，搅拌均匀，得羟基磷灰石前驱体溶液；

2)向羟基磷灰石前驱体溶液中加入壳聚糖，制成质量浓度为4％的壳聚糖和羟基磷灰石复合溶液，壳聚糖与羟基磷灰石的质量比为100：5～100：20，剧烈搅拌，形成均匀的壳聚糖与羟基磷灰石的混合溶液，静置脱泡；

3)取少量壳聚糖与羟基磷灰石的混合溶液均匀涂覆于模具表面，将模具置于质量分数为5％的碱性凝固液中于室温下凝固成膜，然后将壳聚糖与羟基磷灰石的混合溶液注入模具中，再将模具放入质量分数为5％的碱性凝固液中，凝固2～8h，脱模，得到壳聚糖与羟基磷灰石的凝胶；

4)用蒸馏水洗涤上述凝胶至中性，在60℃～80℃下预干60～120min，再在-70℃下冷冻，并真空干燥，得到壳聚糖和羟基磷灰石复合骨修复支架材料。

本发明中，所说的钙盐可以为氯化钙或硝酸钙，磷酸盐可以是磷酸二氢钠、磷酸二氢钾或磷酸氢二钾，所说的碱性凝固液可采用NaOH或KOH。

通过调整预干燥温度、时间及壳聚糖与羟基磷灰石的质量比，可以调控壳聚糖和羟基磷灰石复合骨修复支架材料的孔隙率、孔径以及抗压强度。

本发明的有益效果在于：

本发明方法以壳聚糖作为赋形剂，原位生成羟基磷灰石既可以使其被任意塑形，又能保证羟基磷灰石以纳米级均匀分散，得到羟基磷灰石与壳聚糖二者界面较强结合的材料，保证优异的力学强度。

此种方法得到的支架材料在横切及纵切方向都是有序的，有利于细胞的吸附与生长。羟基磷灰石颗粒以纳米尺寸(20～100nm)均匀分散在壳聚糖基体中，可以保持在骨修复过程中羟基磷灰石中钙离子与磷离子持续、平稳、缓慢地从壳聚糖基质中释放出来，避免了爆释现象。制备的复合骨修复支架材料孔隙率高，且材料的孔径、强度具有可调性。抗压强度：压缩比为30％时，0.4～0.5Mpa，能满足组织工程支架材料的要求。

附图说明

图1是壳聚糖和羟基磷灰石复合骨修复支架横截面的照片；

图2是壳聚糖和羟基磷灰石复合骨修复支架横截面的电镜照片。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步说明本发明。

实施例1：

1)按化学计量比称取CaCl₂和KH₂PO₄加入到体积分数2％的250ml的乙酸溶液中，搅拌均匀，得羟基磷灰石前驱体溶液；

2)向羟基磷灰石前驱体溶液中加入10g壳聚糖，制成质量浓度为4％的壳聚糖和羟基磷灰石复合溶液，壳聚糖与羟基磷灰石的质量比为100：5，剧烈搅拌，形成均匀的壳聚糖与羟基磷灰石的混合溶液，静置脱泡；

3)取少量壳聚糖与羟基磷灰石的混合溶液均匀涂覆于模具表面，将模具置于质量分数为5％的NaOH凝固液中于室温下凝固成膜，然后将壳聚糖与羟基磷灰石的混合溶液注入模具中，再将模具放入质量分数为5％的NaOH凝固液中，凝固8h，脱模，得到壳聚糖与羟基磷灰石的凝胶；

4)用蒸馏水洗涤上述凝胶至中性，在70℃下预干90min，再在-70℃下冷冻，并真空干燥，得到壳聚糖和羟基磷灰石复合骨修复支架材料。

测得结果：

孔隙率：75.9％

压缩强度：0.62Mpa

孔径：280～400μm。

实施例2：

1)按化学计量比称取Ca(NO₃)₂和NaH₂PO₄加入到体积分数2％的250ml的乙酸溶液中，搅拌均匀，得羟基磷灰石前驱体溶液；

2)向羟基磷灰石前驱体溶液中加入10g壳聚糖，制成质量浓度为4％的壳聚糖和羟基磷灰石复合溶液，壳聚糖与羟基磷灰石的质量比为100：10，剧烈搅拌，形成均匀的壳聚糖与羟基磷灰石的混合溶液，静置脱泡；

3)取少量壳聚糖与羟基磷灰石的混合溶液均匀涂覆于模具表面，将模具置于质量分数为5％的NaOH凝固液中于室温下凝固成膜，然后将壳聚糖与羟基磷灰石的混合溶液注入模具中，再将模具放入质量分数为5％的NaOH凝固液中，凝固4h，脱模，得到壳聚糖与羟基磷灰石的凝胶；

4)用蒸馏水洗涤上述凝胶至中性，在80℃下预干60min，再在-70℃下冷冻，并真空干燥，得到壳聚糖和羟基磷灰石复合骨修复支架材料。

测得结果：

孔隙率：86.4％

压缩强度：0.65Mpa

孔径：230～400μm。

实施例3：

1)按化学计量比称取CaCl₂和K₂HPO₄加入到体积分数2％的250ml的乙酸溶液中，搅拌均匀，得羟基磷灰石前驱体溶液；

2)向羟基磷灰石前驱体溶液中加入10g壳聚糖，制成质量浓度为4％的壳聚糖和羟基磷灰石复合溶液，壳聚糖与羟基磷灰石的质量比为100：15，剧烈搅拌，形成均匀的壳聚糖与羟基磷灰石的混合溶液，静置脱泡；

3)取少量壳聚糖与羟基磷灰石的混合溶液均匀涂覆于模具表面，将模具置于质量分数为5％的NaOH凝固液中于室温下凝固成膜，然后将壳聚糖与羟基磷灰石的混合溶液注入模具中，再将模具放入质量分数为5％的NaOH凝固液中，凝固8h，脱模，得到壳聚糖与羟基磷灰石的凝胶；

4)用蒸馏水洗涤上述凝胶至中性，在60℃下预干120min，再在-70℃下冷冻，并真空干燥。测得结果：

孔隙率：75.49％

压缩强度：0.72Mpa

孔径：280～350μm。

实施例4：

1)按化学计量比称取Ca(NO₃)₂和NaH₂PO₄加入到体积分数2％的250ml的乙酸溶液中，搅拌均匀，得羟基磷灰石前驱体溶液；

2)向羟基磷灰石前驱体溶液中加入10g壳聚糖，制成质量浓度为4％的壳聚糖和羟基磷灰石复合溶液，壳聚糖与羟基磷灰石的质量比为100：20，剧烈搅拌，形成均匀的壳聚糖与羟基磷灰石的混合溶液，静置脱泡；

3)取少量壳聚糖与羟基磷灰石的混合溶液均匀涂覆于模具表面，将模具置于质量分数为5％的NaOH凝固液中于室温下凝固成膜，然后将壳聚糖与羟基磷灰石的混合溶液注入模具中，再将模具放入质量分数为5％的NaOH凝固液中，凝固6h，脱模，得到壳聚糖与羟基磷灰石的凝胶；

4)用蒸馏水洗涤上述凝胶至中性，在60℃下预干90min，再在-70℃下冷冻，并真空干燥

5)将步骤4)的凝胶棒在-70℃下冷冻，并真空干燥。测得结果：

孔隙率：85.78％

压缩强度：0.60Mpa

孔径：250～300μm。

Claims (1)

1.壳聚糖和羟基磷灰石复合骨修复支架材料的制备方法，步骤如下：

1)将钙盐和磷酸盐按化学计量比加入到体积分数为2％的乙酸溶液中，搅拌均匀，得羟基磷灰石前驱体溶液；所说的钙盐为氯化钙或硝酸钙，所说的磷酸盐是磷酸二氢钠、磷酸二氢钾或磷酸氢二钾；

2)向羟基磷灰石前驱体溶液中加入壳聚糖，制成质量浓度为4％的壳聚糖和羟基磷灰石复合溶液，壳聚糖与羟基磷灰石的质量比为100∶5～100∶20，剧烈搅拌，形成均匀的壳聚糖与羟基磷灰石的混合溶液，静置脱泡；

3)取少量壳聚糖与羟基磷灰石的混合溶液均匀涂覆于模具表面，将模具置于质量分数为5％的碱性凝固液中于室温下凝固成膜，然后将壳聚糖与羟基磷灰石的混合溶液注入模具中，再将模具放入质量分数为5％的碱性凝固液中，凝固2～8h，脱模，得到壳聚糖与羟基磷灰石的凝胶；所说的碱性凝固液为NaOH或KOH；

4)用蒸馏水洗涤上述凝胶至中性，在60℃～80℃下预干60～120min，再在-70℃下冷冻，并真空干燥，得到壳聚糖和羟基磷灰石复合骨修复支架材料。

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