CN101721750B - 一种抗菌可降解活性纳米复合仿生骨组织修复材料的制备方法 - Google Patents
一种抗菌可降解活性纳米复合仿生骨组织修复材料的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种抗菌可降解活性纳米复合仿生骨组织修复材料的制备方法。其包括以下操作步骤：A、将以氯化钙和磷酸二氢钠等制备钙磷溶液，将钙磷溶液、米诺环素溶液和明胶水溶液混合；B、将混合溶液在硅油反应浴中反应；C、室温静止、陈化；D、将陈化物离心，得沉淀物；将沉淀物冷冻干燥，获得仿生纳米复合仿生骨修复材料。本发明采用分子仿生合成技术，模拟骨矿化过程，在生理条件下以具有良好生物相容性的明胶做为调控磷灰石(骨组织的主要无机成分)生长的有机分子模板，仿生合成有机-无机复合骨组织修复材料。同时，在磷灰石晶体生长的过程中装载抗菌药物——米诺环素。合成一种新型具有抗菌作用的仿生纳米复合骨组织修复材料。
Description
技术领域
本发明属于生物医学工程技术，涉及用于矫形、脑外、口腔临床中涉及的骨缺损修复材料的制备方法。
背景技术
炎症、外伤、肿瘤以及社会的老龄化所致的人体硬组织缺损修复是目前口腔医学、临床医学丞待解决的难题。据资料报道，目前全世界生物材料年营业额达120亿美元，其中人体硬织织替换材料约为23亿美元.且以每年7％-12％的速度增长。据民政部门报道，目前我国残疾患者约有800万，全国每年骨缺损患者合300万，牙缺损患者达总人数的20-33％。所以人体硬组织缺损修复材料有着广泛的市场需求和应用前景，是目前世界各国生物材料研究的热点。
第一代生物医用材料的发展始于20世纪60-70年代。其特征是“生物惰性(inertness)”设计原则是达到最小的异物免疫反应和最小的毒性。这些材料包括：金属类(Ti、Co-Cr、不锈钢)、有机高分子(硅胶、聚乙烯、聚四氟乙烯等)、生物惰性陶瓷(氧化铝陶瓷等)。20世纪80年代中期第二代生物材料开始应用于临床。其特征已从“生物惰性”转向“生物活性”，在生理环境中产生可控的反应性。其代表为：生物活性陶瓷，主要包括生物玻璃(生物玻璃陶瓷)和磷酸钙类(主要为磷灰石)两类。第二代生物材料发展的另一表现是可吸收性高分子材料在临床中的应用。其表现为相对可控的降解和吸收，最终被再生的组织所代替。其典型代表为聚乳酸(polylactic acid，PLA)和聚乙二酸(polyglycolic acid，PGA)。第一代：“生物惰性材料”，“第二代生物反应性材料”虽在临床应用中取得了较好的效果。但是，目前多数生物材料对骨组织的愈合都有一定的干扰作用，其生物活性有待于提高。调查发现骨骼修复体在10-25年内有1/3-1/2失败，病人需要再次手术。近20多年的研究对于降低失败率也只取得了很小的效果。继续进行“trial-and-error”实验需要太多的动物试验和临床试验，这需要几乎是不可能的昂贵费用。基于上述问题，用生物材料替代生命组织恢复度功能的医学观念受到了巨大的挑战。新一代生物材料的设计把“可吸收性”和“生物活性”的完美结合，从替代生物组织转向主动诱导、激发组织器官再生，实现人体缺损组织器官的完全再生和重现。依据生物矿化过程的“有机基质调控”理论，生物大分子的自组装和纳米合成技术的联合应用，形成一门新的分支学科——分子仿生材料合成技术。目前认为分子仿生材料合成技术是实现 新一代生物材料的理想途径。
发明内容
针对目前临床上骨缺损修复难题，本发明提供一种抗菌可降解活性纳米复合仿生骨组织修复材料的制备方法。
具体的技术解决方案如下：
一种抗菌可降解活性纳米复合仿生骨组织修复材料的制备方法包括以下操作步骤：
A、将4.5-10克氯化钙(CaCl2)和磷酸二氢钙(NaH2PO4)、磷酸氢铵((NH4)2HPO4)、磷酸氢二钠(Na2HPO4)或
氢氧化钙(Ca(OH)2)和磷酸二氢钠(NaH2PO4)、磷酸氢铵(NH4)2HPO4)、磷酸氢二钠(Na2HPO4)或
硝酸钙(Ca(NO3)2)和磷酸二氢钠(NaH2PO4)、磷酸氢铵((NH4)2HPO4)、磷酸氢二钠(Na2HPO4)或
常规羟基磷灰石(HA)溶于20ml的1-5M盐酸(HCl)溶液，得钙磷溶液，
将0.2g的米诺环素溶于10ml的0.1M盐酸溶液，得米诺环素溶液，
在30-40℃温度，将钙磷溶液、米诺环素溶液加入2％的100ml明胶水溶液中，获得混合溶液；
B、将获得的混合溶液，保持在40℃硅油反应浴中，持续搅拌条件下，用1M的氢氧化钠(NaOH)调整pH值到7-8之间，反应2小时；
C、用0.1M的盐酸(HCl)和氢氧化钠(NaOH)逐滴调整B步骤反应体系的pH值到7并保持稳定，室温静止、陈化24h，获得陈化物；
D、将陈化物离心，弃去上清液，将沉淀物用去离子水洗涤、离心，重复操作，至pH值接近中性；将沉淀物冷冻干燥，获得仿生纳米复合仿生骨修复材料。
本发明采用分子仿生合成技术，模拟骨矿化过程，在生理条件下以具有良好生物相容性的明胶(骨组织的主要有机成分胶原的降解)做为调控磷灰石(骨组织的主要无机成分)生长的有机分子模板，仿生合成有机-无机复合骨组织修复材料。同时，在磷灰石晶体生长的过程中装载抗菌药物——米诺环素。合成一种新型具有抗菌作用的仿生纳米复合骨组织修复材料。
本发明的有益技术效果体现在以下几个方面：
1、本发明的制备方法操作简单，控制性好，环境有好，产量高。
2、本发明制备方法获得的抗菌可降解活性纳米复合仿生骨组织修复材料不是简单的混合，是一种不同分子之间的有序自组装。纳米的磷灰石晶体以明胶分子为模板生长，米 诺环素与羟基磷灰石晶体有极强的亲和力。
3、本发明获得的纳米复合骨修复材料具有持续的抗菌作用。
4、本发明获得的新材料具有可降解吸收特性。
5、本发明获得的新材料具有类骨的结构。
附图说明
图1为显示透射电子显微镜观察本发明材料的结构形貌图，
图2为扫描电子显微镜观察显示本发明材料的结构形貌，
图3为免疫荧光显微镜观察大鼠骨髓基质细胞在材料表面生长1天情况图，
图4为免疫荧光显微镜观察大鼠骨髓基质细胞在材料表面生长3天情况图，
图5为免疫荧光显微镜观察大鼠骨髓基质细胞在材料表面生长5天情况图，
图6为本发明人工骨粉修复兔胫骨临界性骨缺损植入1天的x-线观察图，
图7为本发明人工骨粉修复兔胫骨临界性骨缺损植入4周x-线观察图，
图8为胫骨临界性骨缺损未植入骨粉4周x-线观察图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地描述。
实施例1：
抗菌可降解活性纳米复合仿生骨组织修复材料的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：
A、将8g常规羟基磷灰石(HA)溶于20ml的5M盐酸溶液，与10ml 2％的米诺环素的0.1M盐酸溶液分别混合到100ml 2％的明胶水溶液中。
B、将获得的上述混合溶液，保持在40℃硅油反应浴中，持续的搅拌条件下。用1M的NaOH调整反应体系的pH值到7-8之间，反应2小时。
C、待反应完全后，用0.1M的盐酸和氢氧化钠逐滴调整反应体系的pH值到7并保持稳定。然后室温静止、陈化24h。
D、最后反应产物离心，弃去上清液；沉淀物再用去离子水洗涤、离心，重复操作，至溶液的pH值接近中性。沉淀物冷冻干燥，获得约10g的仿生纳米复合仿生骨修复材料，其结构为大量的纳米磷灰石晶体均匀分布在有机基质中(见图1、图2)。
下面举例说明获得的仿生纳米复合仿生骨修复材料的应用，本发明的应用范围不限于此。
举例1：
将上述发明的骨修复材料涂布在玻璃片上，与大鼠来源的骨髓基质细胞共同培养一 周。结果发现：细胞在材料表面生长良好，新材料可以促进成骨细胞的生长和分化。(见图3、图4、图5)
举例2：
将发明的材料植入兔的临界性骨缺损骨腔。4周后通过x-光观察，结果表明新材料看可以促进骨缺损的修复(见图6-8)。
实施例2：
A、将9.9721g的氯化钙(CaCl2)和5.7309g的磷酸二氢钠(NaH2PO4)溶于20ml的1M盐酸溶液中。将0.2g的米诺环素溶于10ml的0.1M盐酸溶液中；然后将配制的钙/磷溶液、米诺环素溶液分别混合到100ml 2％的明胶水溶液中。
B、将获得的上述混合溶液，保持在40℃硅油反应浴中，持续的搅拌条件下。用1M的NaOH调整反应体系的pH值到7-8之间，反应2小时。
C、待反应完全后，用0.1M的盐酸和氢氧化钠逐滴调整反应体系的pH值到7并保持稳定。然后室温静止、陈化24h。
D、最后反应产物离心，弃去上清液；沉淀物再用去离子水洗涤、离心，重复操作，至溶液的pH值接近中性。沉淀物冷冻干燥，获得约10g的仿生纳米复合仿生骨修复材料。
实施例3：
A、将4.51481g的氢氧化钙(Ca(OH)2)和5.7309g的磷酸二氢钠(NaH2PO4)溶于20ml的1M盐酸溶液中。将0.2g的米诺环素溶于10ml的0.1M盐酸溶液中；然后将配制的钙/磷溶液、米诺环素溶液分别混合到100ml 2％的明胶水溶液中。
B、将获得的上述混合溶液，保持在40℃硅油反应浴中，持续的搅拌条件下。用1M的NaOH调整反应体系的pH值到7-8之间，反应2小时。
C、待反应完全后，用0.1M的盐酸和氢氧化钠逐滴调整反应体系的pH值到7并保持稳定。然后室温静止、陈化24小时。
D、最后反应产物离心，弃去上清液；沉淀物再用去离子水洗涤、离心，重复操作，至溶液的pH值接近中性。沉淀物冷冻干燥，获得约10g的仿生纳米复合仿生骨修复材料。
实施例4：
A、将12.9900g的硝酸钙(Ca(NO3)2)和5.7309g的磷酸二氢钠(NaH2PO4)溶于20ml的1M盐酸溶液中。将0.2g的米诺环素溶于10ml的0.1M盐酸溶液中；然后将配制的钙/磷溶液、米诺环素溶液分别混合到100ml 2％的明胶水溶液中。
B、将获得的上述混合溶液，保持在40℃硅油反应浴中，持续的搅拌条件下。用1M的NaOH调整反应体系的pH值到7-8之间，反应2小时。
C、待反应完全后，用0.1M的盐酸和氢氧化钠逐滴调整反应体系的pH值到7并保持稳定。然后室温静止、陈化24小时。
D、最后反应产物离心，弃去上清液；沉淀物再用去离子水洗涤、离心，重复操作，至溶液的pH值接近中性。沉淀物冷冻干燥，获得约10g的仿生纳米复合仿生骨修复材料。
实施例5：
将9.9721g的氯化钙(CaCl2)和8.5069g磷酸氢铵((NH4)2HPO4)，溶于20ml的1M盐酸溶液中，得钙磷溶液。
其它操作步骤同实施例2。
实施例6：
将9.9721g的氯化钙(CaCl2)和6.7960的磷酸氢二钠(Na2HPO4)，溶于20ml的1M盐酸溶液中，得钙磷溶液。
其它操作步骤同实施例2。
实施例7：
将4.51481g的氢氧化钙(Ca(OH)2)和8.5069g磷酸氢铵((NH4)2HPO4)，溶于20ml的1M盐酸溶液中，得钙磷溶液。
其它操作步骤同实施例3。
实施例8：
将4.51481g的氢氧化钙(Ca(OH)2)和6.7960的磷酸氢二钠(Na2HPO4)，溶于20ml的1M盐酸溶液中，得钙磷溶液。
其它操作步骤同实施例3。
实施例9：
将4.51481g的氢氧化钙(Ca(OH)2)和8.5069g磷酸氢铵((NH4)2HPO4)，溶于20ml的1M盐酸溶液中，得钙磷溶液。
其它操作步骤同实施例4。
实施例10：
将4.51481g的氢氧化钙(Ca(OH)2)和6.7960的磷酸氢二钠(Na2HPO4)，溶于20ml的1M盐酸溶液中，得钙磷溶液。
其它操作步骤同实施例4。
Claims (1)
1.一种抗菌可降解活性纳米复合仿生骨组织修复材料的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：
A、将一种钙盐和一种磷酸盐共同溶解于20ml的1M盐酸溶液，得钙磷溶液；
所述一种钙盐和一种磷酸盐有下列七种组合：（1）、9.9721g氯化钙和5.7309g磷酸二氢钠，（2）、4.51481g氢氧化钙和5.7309g磷酸二氢钠，（3）、12.9900g硝酸钙和5.7309g磷酸二氢钠，（4）、9.9721g氯化钙和8.5069g磷酸氢铵，（5）、9.9721g氯化钙和6.7960g磷酸氢二钠，（6）、4.51481g氢氧化钙和8.5069g磷酸氢铵，（7）、4.51481g氢氧化钙和6.7960g磷酸氢二钠，将0.2g的米诺环素溶于10ml的0.1M盐酸溶液，得米诺环素溶液；
在30-40℃温度，将钙磷溶液和米诺环素溶液加入2%的100ml明胶水溶液中，获得混合溶液；
B、将获得的混合溶液，保持在40℃硅油反应浴中，持续搅拌条件下，用1M的氢氧化钠调整pH值到7-8之间，反应2小时；
C、用0.1M的盐酸和氢氧化钠逐滴调整B步骤反应体系的pH值到7并保持稳定，室温静止、陈化24h，获得陈化物；
D、将陈化物离心，弃去上清液，将沉淀物用去离子水洗涤、离心，重复操作，至pH值接近中性；将沉淀物冷冻干燥，获得仿生纳米复合仿生骨修复材料。
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