CN101474428B - 聚酯增强可降解多孔硅酸钙复合支架材料、制备及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚酯增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料的制备方法，包括(1)将硅酸钙粉末与造孔剂和黏结剂均匀混合后成型，再经煅烧得到多孔硅酸钙陶瓷骨架；(2)将多孔硅酸钙陶瓷骨架浸渍在聚酯溶液或聚酯/硅酸钙陶瓷颗粒混合悬浮液中，使其灌注入多孔硅酸钙陶瓷骨架内部；(3)将经浸渍和灌注后的多孔硅酸钙陶瓷骨架取出干燥。本发明制备方法得到可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料的孔隙是高度连通的，力学强度较纯多孔硅酸钙支架提高3-30倍，可用于硬组织缺损修复或作为骨组织工程细胞支架。
Description
技术领域
本发明涉及生物材料领域，尤其涉及一种聚酯增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料、制备方法及其用途。
背景技术
一种良好的硬组织修复和替换材料，必须同时具备良好的生物相容性、生物活性和良好的力学性能，并兼有合适的三维多孔结构(如孔隙率＞50％、大孔孔径＞150微米)。
现有的人体硬组织修复和替换材料有金属材料、陶瓷材料、高分子材料及其复合材料等几种，各有优缺点。如传统的医用金属材料和高分子材料不具生物活性，与组织不易牢固结合，在生理环境中或植入体内后受生理环境的影响，导致金属离子或单体释放，造成对机体的不良影响；生物陶瓷材料具有良好的化学稳定性和相容性、高的强度和耐磨、耐蚀性，但材料的抗弯强度低、脆性大，在生理环境中的疲劳与破坏强度不高。因此，单一材料不能很好地满足临床应用的要求。利用不同性质的材料复合而成的生物医用复合材料，不仅兼具组分材料的性质，而且可以得到单组分材料不具备的新性能，为获得成分和性质类似于人体组织的生物医学材料开辟了一条广阔的途径。
除了材料的组成之外，材料的结构在很大程度上会直接影响到材料的临床应用。研究表明，孔径在50-500微米的多孔块体生物材料最适合作为硬组织修复材料和细胞支架材料。孔径在这个范围的多孔生物材料的优点是有利于细胞迁移、组织长入及材料与活体组织的融合从而更有效地达到修复人体组织缺损和组织重建的目的。组织长入多孔结构中还能增强种植材料的驻扎和稳定性。此外，在近几年迅速发展的组织工程学研究中，可生物降解的多孔生物材料是一个必不可少的部分。以多孔支架作为细胞载体，让细胞在基质材料中生长并构建含有本体细胞基因信息的活体组织，再植入人体中以修复缺损组织和器官。因此，可降解多孔生物材料作为硬组织缺损修复材料和用于体外骨组织培养的细胞支架有着广泛的应用背景。
无机生物医用硬组织修复和替换材料方面主要有钙-磷基生物材料和钙-硅基生物材料。其中钙-磷基生物材料研究已经有很长的历史，过去的研究发现在钙-磷基材料中羟基磷灰石类生物材料具有较好的生物活性，但降解性差，而磷酸三钙类生物材料降解性较好但生物活性低。近年来钙-硅基生物材料如生物活性玻璃和硅酸钙类材料则由于其优良的生物活性和降解性而越来越受到重视。20世纪80年代日本的Kokubo等人(J.Mater.Sci.，1986，21：536)研究出的A-W玻璃是一种在玻璃相中析出磷灰石和硅酸钙两种晶相的玻璃陶瓷。该材料具有较好的机械力学性能和生物活性但降解性很差。西班牙圣地亚哥大学的P.N.de Aza(Biomaterials，1997，18：1285)以磷酸钙和硅酸钙共熔制备出致密的生物陶瓷并研究了该材料的生物活性，研究表明这类材料具有良好的生物活性。近期的研究发现硅酸钙生物材料具有比其它无机生物材料更好的生物活性，并具有良好的生物活性、降解性和骨修复性能(无机材料学报，2005，20：692；Biomaterials，2008，29：2588)。然而，同其他类型生物陶瓷材料一样，硅酸钙陶瓷材料也存在韧性差的缺点，这限制了纯硅酸钙多孔支架材料的应用。同时，纯硅酸钙材料具有较高的降解和溶解速率，其降解和溶解的产物导致周围体液环境产生高pH值环境，而高pH值环境不利于细胞的生长与存活，这极大地限制了纯硅酸钙多孔陶瓷作为骨组织工程支架材料的应用范围。
可降解高分子材料如聚L-乳酸(PLLA)、聚DL-乳酸(PDLLA)、共聚的(L-乳酸/DL-乳酸)(PLLA-co-PDLLA)、聚乙醇酸(PGA)、共聚(乳酸/乙醇酸)二元共聚物(PLGA)、共聚(乳酸/己内酯)二元共聚物(PLC)、聚己内酯(PCL)、共聚(乙醇酸/乳酸/己内酯)三元共聚物(PLGC)，以及聚羟基酸(PHA)中的一种或它们间的共混物及共聚物在组织损伤修复和作为组织工程细胞支架材料方面已经有许多研究和应用报道(Biomaterials，1998，19：1405；J.Biomed.Mater.Res.，1996，30：475；J.Biomed.Mater.Res.，1993，27：1135)。然而，这类生物高分子材料均不具有生物活性，且力学性能有待提高，因此在骨组织损伤修复方面的应用受到极大限制。同时，聚酯类生物高分子材料通常亲水性较差，从而影响到细胞和组织的帖附。此外，在降解过程中，由于聚酯类生物高分子材料的降解产物通常是一些小分子的酸，因此会导致支架周围的液体pH值急剧降低，从而引发植入部位的无菌性炎症反应及其他不良反应而导致手术失败。以上的这些不足之处在组织工程和临床应用的研究和使用过程中越来越受到研究者的关注(Mater.Sci.Forum.，1997，250：115；J.Biomed.Mater.Res.，2001，55：141)。虽然聚酯类生物高分子材料具有上述一系列缺点，但这类生物高分子也具有其特有的优点，如具有良好的韧性，由其制备得到的材料及复合材料具有良好的韧性和可加工性。
目前，聚酯/无机多孔复合支架材料已经引起了人们广泛的研究兴趣。如，羟基磷灰石、磷酸三钙、生物玻璃及玻璃陶瓷已经被广泛地作为无机相与生物高分子(如：胶原蛋白/壳聚糖/聚乳酸)复合制备多孔聚酯/无机复合支架材料(Ceram.Eng.Sci.Proc.，2002，23：805；Biomaterials，2002，23：3871；Adv.Eng.Mater.，2002，4：105；Biomaterials 2004，25：2489；Polymer Degradation and Stability，2007，92：14)。然而，这些材料本身所具有的缺点限制了其相应的复合材料的广泛应用。如，具有较好的生物活性的羟基磷灰石类生物材料降解性差，在降解过程中起不到稳定pH值的作用；而磷酸三钙类生物材料降解性较好，但生物活性低。
如前所述，纯硅酸钙材料具有良好的生物活性、降解性和骨修复能力，且降解产物显碱性，但材料呈脆性；而聚酯类生物高分子材料具有良好的韧性，但生物活性差、且降解产物显酸性。结合这两类材料的优缺点，通过它们的复合有望制备出一类性能优越的新型多孔硅酸钙/聚酯复合生物支架材料，克服纯硅酸钙多孔陶瓷或纯聚酯类生物高分子材料的缺陷。
中国发明专利ZL200410016780.5中提出将硅酸钙与聚酯复合制备具有良好生物活性、降解性、良好亲水性以及较好的力学性能，以及降解过程pH值稳定的硬组织损伤修复材料和体外骨组织工程培养用细胞支架材料。但该发明专利中采用溶剂浇铸-粒子析出法和压片成型-热处理-粒子析出法两种工艺方法制备多孔聚酯/硅酸钙复合支架材料，这种制备工艺复杂、周期长，且制备工艺中形成的多孔结构是采用氯化钠做造孔剂，要去除氯化钠造孔剂，必须将样品长时间浸泡在去离子水中，并多次更换去离子水。而硅酸钙的降解性和溶解度大，长时间的去离子水浸泡，将导致硅酸钙组分的降解并严重流失。同时，这种工艺较难精确控制聚酯/硅酸钙的复合比例，并且制备得到的支架材料强度低，抗压强度仅0.16-0.7MPa，从而极大地限制了材料的临床应用范围。Wu等人(Acta Biomaterialia，2008，4：343)采用泡沫浸渍工艺制备得到多孔硅酸钙陶瓷泡沫骨架，再将多孔硅酸钙陶瓷泡沫骨架浸渍于高分子有机溶液中，制备得到多孔有机高分子/硅酸钙复合支架材料。这种工艺制备得到的复合支架材料力学强度也非常低，最高抗压强度仅1.45MPa，且工艺不容易控制、制品结构和性能不稳定，严重限制了材料的临床应用。
此外，目前文献和专利报道的采用多孔无机生物陶瓷或生物玻璃陶瓷支架浸渍生物高分子溶液法制备多孔有机高分子/无机复合支架材料中，都是采用纯的高分子溶液。因此，制备得到的复合支架材料表面完全被一层纯高分子材料包埋。虽然力学性能有所改善，但由于生物高分子材料的亲水性差，因此采用这种工艺制备的复合材料对细胞和组织的早期黏附性能仍然较差。
因此，具有优良的力学性能、亲水性、生物活性、降解性以及降解过程pH值稳定的多孔聚酯/硅酸钙复合支架材料，作为硬组织缺损修复材料和用于骨组织工程细胞支架有着广泛的应用前景，但相应的获得上述优良性能的生物复合材料的制备方法尚需进一步的探索。
发明内容
本发明提供了一种具有优良的力学性能、亲水性(细胞和组织黏附性能)、生物活性、降解性及降解过程pH值稳定的聚酯增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料的制备方法。
一种聚酯增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料的制备方法，包括：
(1)将硅酸钙粉末、造孔剂、黏结剂混合均匀，然后在2-20MPa的压力下成型，再在1050℃-1300℃煅烧1-5小时得到多孔硅酸钙陶瓷骨架；
其中硅酸钙粉末、造孔剂和黏结剂混合时，按如下重量份数比：
硅酸钙粉末 100；
造孔剂 45-100；
黏结剂 1-8；
所述的硅酸钙粉末的颗粒尺寸为1-300微米；
所述的造孔剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、石蜡、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；造孔剂的颗粒尺寸为150-600微米；
由于多孔硅酸钙陶瓷骨架是经过煅烧后形成的，而煅烧时造孔剂和黏结剂成分会完全除去。其中，黏结剂可以是现有通用的各类黏结剂，如聚乙烯醇，甲基纤维素，聚丙烯酸等，黏结剂优选采用质量百分比浓度为1-10％的聚乙烯醇水溶液。
煅烧时可以先在400～600℃加热保温1～3小时去除造孔剂，之后再在1050-1300℃加热保温1～5小时获得多孔硅酸钙陶瓷骨架。
得到的多孔硅酸钙陶瓷骨架为β-硅酸钙物相或α-硅酸钙物相，孔隙率为35-85％、孔尺寸为20-600微米。
(2)将步骤(1)得到的多孔硅酸钙陶瓷骨架浸渍在聚酯溶液中，使聚酯溶液灌注入多孔硅酸钙陶瓷骨架内部，并在多孔陶瓷骨架的表面形成一层聚酯高分子膜；
所述的聚酯溶液由聚酯溶解在有机溶剂中形成，每毫升有机溶剂中溶解聚酯0.025～0.35g；
所述的聚酯溶液中的有机溶剂为在室温下易挥发的溶剂，可选用丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基亚砜、N，N-二甲基乙酰胺、1，4-二氧环六烷中的至少一种。聚酯溶液的用量至少应将多孔硅酸钙陶瓷骨架浸润。
所述的聚酯溶液中的聚酯为聚L-乳酸(PLLA)、聚DL-乳酸(PDLLA)、共聚的(L-乳酸/DL-乳酸)(PLLA-co-PDLLA)、聚乙醇酸(PGA)、共聚(乳酸/乙醇酸)二元共聚物(PLGA)、共聚(乳酸/己内酯)二元共聚物(PLC)、聚己内酯(PCL)、共聚(乙醇酸/乳酸/己内酯)三元共聚物(PLGC)、聚羟基酸(PHA)中的一种或多种的共混物或多种的共聚物。
作为优选，所述的聚酯溶液中可添加硅酸钙微粉，这样可以显著提高聚酯膜的亲水性和生物活性。硅酸钙微粉为β-硅酸钙物相或α-硅酸钙物相，硅酸钙微粉的质量为聚酯溶液中聚酯质量的1-100％，进一步优选的方案是，在聚酯溶液中添加的硅酸钙微粉的质量为聚酯溶液中聚酯质量的5-50％。如添加的硅酸钙微粉用量过低，较难提高复合膜亲水性和稳定聚酯的酸性降解产物引起的pH值降低效果；如硅酸钙微粉用量过高，将导致复合材料的通孔性能显著降低。采用本发明的硅酸钙微粉用量，获得的复合材料在保持良好通孔性能的同时亦具有高亲水性，并且能稳定降解过程中的pH值。
当聚酯溶液中添加硅酸钙微粉时形成悬浮液体系，为聚酯/硅酸钙陶瓷颗粒混合悬浮液。聚酯溶液中添加的硅酸钙微粉的颗粒尺寸为0.1-100微米。
本发明中优选在聚酯溶液中添加硅酸钙微粉，添加亚微米及微米尺度的硅酸钙微粉到聚酯溶液中，可使得硅酸钙微粉均匀分散在聚酯溶液中，当多孔硅酸钙陶瓷骨架浸渍在含硅酸钙的聚酯悬浮液中时，材料表面覆盖一层含硅酸钙的聚酯复合膜。聚酯/硅酸钙复合膜的存在，有效地改善了复合材料的表面性能，如：亲水性，聚酯/硅酸钙复合膜中均匀分散的硅酸钙颗粒亲水性极好，因此该复合膜也具有很好的亲水性，从而有利于细胞和组织的黏附；再如：降解过程中pH值稳定性，聚酯/硅酸钙复合膜中的硅酸钙在体液环境作用下，会降解和溶解并释放出一些钙、硅离子，这些离子与体液中的水分子结合后呈现碱性状态存在，对于复合膜中聚酯的酸性降解产物引起的pH值降低还会起到稳定作用，从而维持体液环境的pH值稳定，使得细胞容易存活和生长。
为了使聚酯溶液(或者聚酯/硅酸钙陶瓷颗粒混合悬浮液)灌注入多孔硅酸钙陶瓷骨架内部并均匀分散，可采用外加压力或抽真空辅助的方法。
采用外加压力辅助灌注的方法时：
将多孔硅酸钙陶瓷骨架和聚酯溶液(或者聚酯/硅酸钙陶瓷颗粒混合悬浮液)放在密闭容器中，施加20-150MPa的压力，将聚酯溶液(或者聚酯/硅酸钙陶瓷颗粒混合悬浮液)灌注入多孔硅酸钙陶瓷骨架内，并保持压力3-15分钟。
采用抽真空辅助灌注的方法时：
将装有多孔硅酸钙陶瓷骨架和聚酯溶液(或者聚酯/硅酸钙陶瓷颗粒混合悬浮液)的容器放在抽真空的装置中，用水泵或油泵抽真空并达到负压，从而辅助聚酯溶液(或者聚酯/硅酸钙陶瓷颗粒混合悬浮液)灌注入多孔硅酸钙陶瓷骨架内，并保持负压状态2-15分钟。
采用上述的外加压力或抽真空方法辅助灌注，可使得聚酯溶液(或者聚酯/硅酸钙陶瓷颗粒混合悬浮液)浸透到骨架块体内部，并均匀、充分地涂覆在骨架的上面，从而起到从内到外加强骨架的作用。而采用一般浸渍方法，聚酯溶液(或者聚酯/硅酸钙陶瓷颗粒混合悬浮液)浸透的深度有限，骨架中心部分的表面较难被涂覆上，从而显著降低了复合效果及复合支架的强度，特别是对于大尺寸的骨架材料。
(3)将灌注聚酯溶液(或者聚酯/硅酸钙陶瓷颗粒混合悬浮液)后的多孔硅酸钙陶瓷骨架取出干燥，得到聚酯增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料。
干燥时可以先在室温干燥24-48小时后再真空干燥12-72小时，使可挥发组分挥发彻底。
本发明中的步骤(1)中的硅酸钙粉末以及步骤(2)中的硅酸钙微粉均可以采用化学方法制备得到，其制备工艺过程是：以分析纯硝酸钙Ca(NO3)2·4H2O、硅酸钠Na2SiO3·9H2O、氨水、去离子水为原料，配制成0.1～1.0mol/L的Ca(NO3)2溶液和0.1～1.0mol/L的Na2SiO3溶液，将Na2SiO3溶液加入到Ca(NO3)2溶液中以等摩尔比物料反应，加毕后继续搅拌8-24小时，过滤并用去离子水洗涤，烘干后于800-1200℃煅烧1-5小时，过筛后根据不同的粒径需求得到硅酸钙粉末以及硅酸钙微粉。
本发明的聚酯增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料孔隙率为50-85％，孔径在20-600微米范围内。
性能测试
多孔材料的力学强度
对本发明得到的系列样品在日本岛津公司的AG-I精密万能实验机上测试抗压强度。样品的测试速度为0.5mm/min，测试结果表明：本发明得到的复合支架材料的抗压强度可控制在1.3-12MPa。
多孔材料的孔隙率
对本发明得到的部分样品应用阿基米德法测试孔隙率，应用扫描电镜观察孔形态与孔分布。测试结果表明：本发明得到的多孔复合支架材料的孔隙率可控制在50-85％范围内。
生物活性评价
将本发明得到的聚酯加强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料经去离子洗涤、晾干后进行体外溶液生物活性测试。所用的溶液为人体模拟体液(Simulated Body Fluid，SBF)，SBF含有与人体血浆(Blood plasma)相同的离子和离子团浓度(Biomaterials，2006，27：2907.)，其组成为：
测试结果表明：本发明的聚酯增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料浸泡在模拟体液中3天后表面即有类骨羟基磷灰石颗粒沉积，表明制备得到的复合支架材料具有良好的生物活性。
生物降解性评价
将本发明的聚酯加强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料经去离子水洗涤、烘干后进行生物可降解性实验测试。
将该类复合支架材料的样品浸泡在三羟甲基胺基甲烷-盐酸(Tris-HCl)缓冲溶液(GB/T 1688)中，浸泡不同的系列时间后通过测试样品的失重率来评价材料的降解速度及生物可降解性。
测试结果表明：本发明的聚酯增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料在Tris-HCl缓冲溶液中浸泡7天后，材料的降解率达5-40％，可见本发明的复合支架材料具有很好的生物降解性。
该支架在降解过程中能够保持周围的液体pH值在6～9之间。
亲水性能测试
该复合支架材料具有良好的亲水性，其水接触角约35-50°，明显低于纯的聚酯生物高分子材料，纯的生物高分子材料的水接触角一般高于65°，表明本发明的聚酯增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料具有良好的亲水性。
以上的性能测试表明：本发明制备方法得到的聚酯增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料具有良好的亲水性、生物活性和降解性，该复合支架材料的力学强度较纯多孔硅酸钙支架提高3-30倍。同时，该复合支架材料的孔隙是高度连通的。
本发明制得的聚酯增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料，兼有可降解聚酯的良好韧性和多孔硅酸钙陶瓷支架的良好生物活性、亲水性、降解性；特别是，由于支架材料中表面覆盖有聚酯/硅酸钙复合膜，其中硅酸钙在体液环境下降解释放出碱性粒子可以中和聚酯高分子降解释放的酸性分子，从而起到稳定降解过程中的体液环境的pH值的作用。因此，制备的复合支架材料不仅克服了硅酸钙陶瓷材料的脆性和聚酯材料的强度低的问题，最重要的是这种复合支架除了具有优良的力学性能外(抗压强度达1.3-12MPa，较纯硅酸钙陶瓷支架提高了3-30倍)，同时还具有良好的亲水性、生物活性和降解性，以及降解过程中pH值较稳定的特点，解决了聚酯材料的酸性降解产物引发的问题给组织修复带来的难题。
本发明制得的聚酯增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料可用于硬组织缺损修复或作为骨组织工程细胞支架材料。
本发明的方法不仅可以制备具有良好的力学强度、生物活性、亲水性和降解性能的聚酯增强多孔硅酸钙复合支架材料，而且，还可以通过改变多孔硅酸钙生物陶瓷骨架的孔隙率和孔尺寸，聚酯的种类、浓度和分子量，聚酯膜中的硅酸钙陶瓷微粉的含量等参数有效调控复合支架的力学强度、降解性和生物活性。本发明的制备方法简单可靠，工艺可控。
本发明中，先利用硅酸钙粉末与造孔剂混合烧制得到多孔硅酸钙陶瓷骨架，再将硅酸钙多孔陶瓷骨架浸渍于(硅酸钙/)聚酯溶液中获得聚酯增强多孔硅酸钙复合支架材料。纯硅酸钙多孔陶瓷骨架具有连通的孔洞结构，其表面经浸渍涂覆上(复合)聚酯膜后，复合支架材料仍然保持骨架材料良好的三维多孔结构，这种结构可以有利于材料作为骨植入修复和作为骨组织工程支架材料用；同时，复合支架材料仍具有骨架材料的生物活性、亲水性和降解性。因此，本发明的方法对骨架材料无损伤，有效保持了骨架材料的优势。进一步地，本发明的方法还通过将聚酯与纯硅酸钙骨架的复合来改进骨架材料的性能，显著提高了材料的力学性能，复合材料的抗压强度达1.3-12MPa，较纯硅酸钙陶瓷支架提高了3-30倍。特别是由于本发明中采取借助外加压力或抽真空方法辅助灌注，使得聚酯溶液可浸透到骨架内部，这样，聚酯不但可均匀、充分地涂覆在骨架的表面，而且骨架的中心部分亦可充分涂覆，从而骨架的中心部分的强度也增加。更进一步地，本发明的方法还可通过在聚酯溶液中添加硅酸钙微粉并改变微粉的量来改善和调控材料的性能。引入硅酸钙陶瓷微粉到聚酯溶液中并在复合支架材料表面形成聚酯复合膜，使得硅酸钙微粉均匀分散在支架材料表面的复合膜中，这样可全面改善支架材料表面的亲水性能，从而提高材料对细胞和组织的黏附性能；同时，支架材料表面的复合膜中的硅酸钙在体液环境下降解释放的碱性粒子还可以对聚酯的酸性降解产物引起的pH值降低起到稳定作用，利于细胞生长和存活。由于复合膜中聚酯与硅酸钙微粉分散均匀，因此，在任一小区域内都可维持降解过程中的pH值稳定。
综合而言，相对于现有技术，本发明中的方法主要有如下优点：(1)方法简单可靠、工艺易于控制；(2)这种方法对纯硅酸钙多孔陶瓷骨架材料本身无损坏；(3)这种方法可全面增强支架材料，大大提高支架材料的力学性能；(4)这种方法使得聚酯与硅酸钙微粉在支架材料表面的复合膜中分布均匀，可全面改善复合支架材料的亲水性，并稳定降解过程中的pH值；(5)这种方法获得的材料的结构与性能均十分稳定。
具体实施方式
下面，通过实施例来详细说明本发明的内容，但本发明并不限定于此。
实施例1：
(1)取0.5mol的Ca(NO3)2·4H2O溶于1000mL去离子水中形成溶液，将0.5mol的Na2SiO3·9H2O溶于1000mL去离子水中形成溶液。按2mL/min的速度将上述的Na2SiO3溶液加入到Ca(NO3)2溶液中，加毕继续搅拌24小时，抽滤并分别用去离子水充分洗涤三次，得湿粉体，将湿粉体在100℃烘干12小时得到干粉体，并在1120℃煅烧3小时，得到α-CaSiO4粉体，过筛分离得到150-300微米的α-CaSiO4粉末。
(2)按重量比50∶50，将得到的α-CaSiO4粉末与300-450微米的聚乙二醇颗粒均匀混合，再加入质量百分比浓度为6％的聚乙烯醇水溶液作黏结剂，黏结剂的用量为硅酸钙粉末重量的6％，调均匀后，于6MPa干压成型，脱模得多孔材料的素坯。素坯的煅烧制度如下：2℃/min的升温速率升至400℃，保温2小时，之后仍以2℃/min的升温速率升至1130℃，并保温3小时，随炉冷却，制得多孔硅酸钙陶瓷骨架材料，其抗压强度为0.40MPa，孔隙率约73％。
(3)将1克黏度为5.64的PDLLA溶解于15毫升二氯甲烷中，搅拌1h后获得PDLLA溶液。将步骤(2)的多孔硅酸钙陶瓷骨架浸渍于该PDLLA溶液中，并负压抽真空3min，负压处理后取出样品，在空气中干燥24小时后再真空干燥12小时获得PDLLA增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料。该复合支架的孔隙率约61％，抗压强度约2.60MPa，力学性能较纯多孔硅酸钙陶瓷骨架提高了5.5倍。
实施例2：
(1)取0.5mol的Ca(NO3)2·4H2O溶于1000mL去离子水中形成溶液，将0.5mol的Na2SiO3·9H2O溶于1000mL去离子水中形成溶液。按2mL/min的速度将上述的Na2SiO3溶液加入到Ca(NO3)2溶液中，加毕继续搅拌24小时，抽滤并分别用去离子水充分洗涤三次，得湿粉体，将湿粉体在100℃烘干12小时得到干粉体，并在1050℃煅烧5小时，得到β-CaSiO4粉体，过筛分离得到150-300微米的β-CaSiO4粉末。
(2)按重量比50∶50，将得到的β-CaSiO4粉末与300-450微米的聚乙二醇颗粒均匀混合，再加入质量百分比浓度为6％的聚乙烯醇水溶液作黏结剂，黏结剂的用量为硅酸钙粉末重量的6％，调均匀后，于6MPa干压成型，脱模得多孔材料的素坯。素坯的煅烧制度如下：2℃/min的升温速率升至400℃，保温2小时，之后仍以2℃/min的升温速率升至1100℃，并保温5小时，随炉冷却，制得多孔硅酸钙陶瓷骨架材料，其抗压强度为0.38MPa，孔隙率约73％。
(3)将1克黏度为5.64的PDLLA溶解于25毫升丙酮中，搅拌1h后获得PDLLA溶液。将上述多孔硅酸钙陶瓷骨架浸渍于该PDLLA溶液中，并施加50MPa的外加压力，保持施压3min后取出样品，在空气中干燥24小时后再真空干燥12小时获得PDLLA增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料。该复合支架的孔隙率约71％，抗压强度约2.51MPa，力学性能较纯多孔硅酸钙陶瓷骨架提高了5.6倍。
实施例3：
将1克黏度为1.61的PDLLA溶解于18毫升丙酮中，搅拌1h后获得PDLLA溶液。将实施例1制备的多孔硅酸钙陶瓷骨架浸渍于该PDLLA溶液中，并负压抽真空5min，负压处理后取出样品，在空气中干燥24小时后再真空干燥12小时获得PDLLA增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料。该复合支架的孔隙率约64％，抗压强度约4.26MPa，力学性能较纯多孔硅酸钙陶瓷骨架提高了近10倍。
实施例4：
将1克黏度为2.3的PLGA溶解于18毫升丙酮中，搅拌1h后获得PLGA溶液。将实施例1制备的多孔硅酸钙陶瓷骨架浸渍于该PLGA溶液中，并负压抽真空3min，负压处理后取出样品，在空气中干燥24小时后再真空干燥12小时获得PLGA增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料。该复合支架的孔隙率约64％，抗压强度约5.43MPa，力学性能较纯多孔硅酸钙陶瓷骨架提高了近13倍。
实施例5：
将1.5克黏度为1.61的PDLLA溶解于10毫升丙酮中，搅拌1h后获得PDLLA溶液，再加入1.5克粒径小于50微米的α-硅酸钙微粉(可采用实施例1中方法制备并过筛得到)，充分搅拌均匀，得到复合有硅酸钙微粉的PDLLA悬浮液。将实施例1制备的多孔硅酸钙陶瓷骨架浸渍于该复合有硅酸钙微粉的PDLLA悬浮液中，并负压抽真空5min，负压处理后取出样品，在空气中干燥24小时后再真空干燥12小时获得PDLLA/硅酸钙复合膜增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料。该复合支架的孔隙率约62％，抗压强度约10.60MPa，力学性能较纯多孔硅酸钙陶瓷骨架提高了25.5倍。
实施例6：
将1克黏度为0.498的PLGA溶解于18毫升丙酮中，搅拌1h后获得PLGA溶液。将实施例1制备的多孔硅酸钙陶瓷骨架浸渍于该PLGA溶液中，并负压抽真空3min，负压处理后取出样品，在空气中干燥24小时后再真空干燥12小时获得PLGA增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料。该复合支架的孔隙率约66％，抗压强度约2.84MPa，力学性能较纯多孔硅酸钙陶瓷骨架提高了6.1倍。
实施例7：
将1克黏度为1.61的PDLLA溶解于12毫升丙酮中，搅拌1h后获得PDLLA溶液，再加入0.5克粒径小于50微米的α-硅酸钙微粉(可采用实施例1中方法制备并过筛得到)，充分搅拌均匀，得到复合有硅酸钙微粉的PDLLA悬浮液。将实施例1制备的多孔硅酸钙陶瓷骨架浸渍于该复合有硅酸钙微粉的PDLLA悬浮液中，并负压抽真空5min，负压处理后取出样品，在空气中干燥24小时后再真空干燥12小时获得PDLLA/硅酸钙复合膜增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料。该复合支架的孔隙率约64％，抗压强度约7.8MPa，力学性能较纯多孔硅酸钙陶瓷骨架提高了18.5倍。
实施例8：
将1.5克黏度为1.61的PDLLA溶解于10毫升丙酮中，搅拌1h后获得PDLLA溶液，再加入0.6克粒径小于50微米的β-硅酸钙微粉(可采用实施例2中方法制备并过筛得到)，充分搅拌均匀，得到复合有硅酸钙微粉的PDLLA悬浮液。将实施例2制备的多孔硅酸钙陶瓷骨架浸渍于该复合有硅酸钙微粉的PDLLA悬浮液中，并负压抽真空5min，负压处理后取出样品，在空气中干燥24小时后再真空干燥12小时获得PDLLA/硅酸钙复合膜增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料。该复合支架的孔隙率约63％，抗压强度约7MPa，力学性能较纯多孔硅酸钙陶瓷骨架提高了近18倍。
实施例9：
将0.5克黏度为2.3的PLGA溶解于9毫升丙酮中，搅拌1h后获得PLGA溶液，再加入0.25克粒径小于50微米的β-硅酸钙微粉(可采用实施例2中方法制备并过筛得到)，充分搅拌均匀，得到复合有硅酸钙微粉的PLGA悬浮液。将实施例2制备的多孔硅酸钙陶瓷骨架浸渍于该复合有硅酸钙微粉的PLGA悬浮液中，并负压抽真空5min，负压处理后取出样品，在空气中干燥24小时后再真空干燥12小时获得PLGA/硅酸钙复合膜增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料。该复合支架的孔隙率约65％，抗压强度约6.25MPa，力学性能较纯多孔硅酸钙陶瓷骨架提高了近16倍。
实施例10：
(1)取实施例1制备得到的α-CaSiO4粉体，过筛分离得到1-100微米的α-CaSiO4粉末。
(2)按重量比100∶70，将得到的α-CaSiO4粉末与450-600微米的聚乙二醇颗粒均匀混合，再加入质量百分比浓度为8％的聚乙烯醇水溶液作黏结剂，黏结剂的用量为硅酸钙粉末重量的8％，调均匀后，于10MPa干压成型，脱模得多孔材料的素坯。素坯的煅烧制度如下：2℃/min的升温速率升至400℃，保温2小时，之后仍以2℃/min的升温速率升至1250℃，并保温4小时，随炉冷却，制得多孔硅酸钙陶瓷骨架材料，其抗压强度为0.65MPa、孔隙率约70％。
将0.5克黏度为2.3的PLGA溶解于9毫升丙酮中，搅拌1h后获得PLGA溶液。将多孔硅酸钙陶瓷骨架浸渍于该PLGA溶液中，并负压抽真空5min，负压处理后取出样品，在空气中干燥24小时后再真空干燥12小时获得PLGA增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料。该复合支架的孔隙率约68％，抗压强度约4.18MPa，力学性能较纯多孔硅酸钙陶瓷骨架提高了5.4倍。
实施例11：
(1)取实施例1制备得到的α-CaSiO4粉体，过筛分离得到75-150微米的α-CaSiO4粉末。
(2)按重量比100∶80，将得到的α-CaSiO4粉末与300-450微米的聚乙二醇颗粒均匀混合，再加入质量百分比浓度为8％的聚乙烯醇水溶液作黏结剂，黏结剂的用量为硅酸钙粉末重量的8％，调均匀后，于6MPa干压成型，脱模得多孔材料的素坯。素坯的煅烧制度如下：2℃/min的升温速率升至400℃，保温2小时，之后仍以2℃/min的升温速率升至1230℃，并保温3小时，随炉冷却，制得多孔硅酸钙陶瓷骨架材料，其抗压强度为0.59MPa、孔隙率约68％。
将1克黏度为5.64的PDLLA溶解于25毫升丙酮中，搅拌1h后获得PDLLA溶液。将多孔硅酸钙陶瓷骨架浸渍于该PDLLA溶液中，并负压抽真空5min，负压处理后取出样品，在空气中干燥24小时后再真空干燥12小时获得PDLLA增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料。该复合支架的孔隙率约66％，抗压强度约2.73MPa，力学性能较纯多孔硅酸钙陶瓷骨架提高了3.6倍。
实施例12：
(1)取实施例1制备得到的α-CaSiO4粉体，过筛分离得到150-300微米的α-CaSiO4粉末。
(2)按重量比100∶80，将得到的α-CaSiO4粉末与450-600微米的聚乙二醇颗粒均匀混合，再加入质量百分比浓度为8％的聚乙烯醇水溶液作黏结剂，黏结剂的用量为硅酸钙粉末重量的8％，调均匀后，于6MPa干压成型，脱模得多孔材料的素坯。素坯的煅烧制度如下：2℃/min的升温速率升至400℃，保温2小时，之后仍以2℃/min的升温速率升至1250℃，并保温3小时，随炉冷却，制得多孔硅酸钙陶瓷骨架材料，其抗压强度为0.28MPa、孔隙率约70％。
将1克黏度为2.3的PLGA溶解于20毫升丙酮中，搅拌1h后获得PLGA溶液。将多孔硅酸钙陶瓷骨架浸渍于该PLGA溶液中，并负压抽真空5min，负压处理后取出样品，在空气中干燥24小时后再真空干燥12小时获得PLGA增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料。该复合支架的孔隙率约68％，抗压强度约1.89MPa，力学性能较纯多孔硅酸钙陶瓷骨架提高了5.8倍。
实施例13：
将0.5克黏度为2.3的PLGA溶解于9毫升丙酮中，搅拌1h后获得PLGA溶液，再加入0.25克粒径小于50微米的β-硅酸钙微粉(可采用实施例2中方法制备并过筛得到)，充分搅拌均匀，得到复合有硅酸钙微粉的PLGA悬浮液。将实施例12制备的多孔硅酸钙陶瓷骨架浸渍于该复合有硅酸钙微粉的PLGA悬浮液中，并负压抽真空5min，负压处理后取出样品，在空气中干燥24小时后再真空干燥12小时获得PLGA/硅酸钙复合膜增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料。该复合支架的孔隙率约66％，抗压强度约1.75MPa，力学性能较纯多孔硅酸钙陶瓷骨架提高了近5.3倍。
Claims (11)
1.一种聚酯增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料的制备方法，包括：
(1)将硅酸钙粉末、造孔剂、黏结剂以重量份数比为100∶45-100∶1-8混合均匀，然后在2-20MPa的压力下成型，再在1050℃-1300℃煅烧1-5小时得到多孔硅酸钙陶瓷骨架；
所述的造孔剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、石蜡、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；
(2)将多孔硅酸钙陶瓷骨架浸渍在聚酯溶液中，使聚酯溶液灌注入多孔硅酸钙陶瓷骨架内部；
所述的聚酯溶液由聚酯、硅酸钙微粉和有机溶剂组成，其中每毫升有机溶剂中溶解有聚酯0.025～0.35g，硅酸钙微粉的质量为聚酯溶液中聚酯质量的1-100％；
所述的聚酯溶液中的硅酸钙微粉的颗粒尺寸为0.1-100微米；
(3)将灌注聚酯溶液后的多孔硅酸钙陶瓷骨架取出干燥。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的聚酯为聚L-乳酸、聚DL-乳酸、共聚的L-乳酸/DL-乳酸、聚乙醇酸、共聚乳酸/乙醇酸、共聚乳酸/己内酯、聚己内酯、共聚乙醇酸/乳酸/己内酯、聚羟基酸中的一种或多种的共混物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂为丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基亚砜、N，N-二甲基乙酰胺、1，4-二氧环六烷中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的硅酸钙粉末的颗粒尺寸为1-300微米。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中造孔剂的颗粒尺寸为150-600微米。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中黏结剂为质量百分比浓度为1-10％的聚乙烯醇水溶液。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中使聚酯溶液灌注入多孔硅酸钙陶瓷骨架内部时，采用外加压力或抽真空辅助灌注的方法。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的聚酯溶液中硅酸钙微粉的质量为聚酯溶液中聚酯质量的5-50％。
9.根据权利要求1～8中任一所述的制备方法得到的聚酯增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料。
10.根据权利要求9所述的聚酯增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料，其特征在于：所述的聚酯增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料的孔隙率为50-85％，孔径为20-600微米。
11.根据权利要求9或10所述的聚酯增强可降解生物活性多孔硅酸钙复合支架材料，用于硬组织缺损修复或作为骨组织工程细胞支架。
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