CN101983728B

CN101983728B - 贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101983728B
Application number: CN2010105365865A
Authority: CN
Inventors: 张其清; 杨云; 姚清清; 蒲曦鸣; 侯振清
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2030-11-09
Also published as: CN101983728A

Abstract

贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料及其制备方法。涉及基骨修复材料，提供贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料及其制备方法。所述贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料包括贝壳多孔羟基磷灰石支架基体和填充于基体内部的多孔壳聚糖。制备方法包括：将贝壳粉末与磷酸氢二铵溶液混合，加热，离心收集沉淀，清洗、烘干得贝壳羟基磷灰石粉末；将贝壳羟基磷灰石粉末与聚乙烯醇和去离子水混合，搅拌得贝壳羟基磷灰石浆料；将贝壳羟基磷灰石浆料均匀涂覆于聚氨酯海绵表面，干燥，烧结，得贝壳羟基磷灰石多孔支架；将贝壳羟基磷灰石多孔支架浸于乙酸配制的壳聚糖溶液中进行凝固，真空冷冻干燥，得贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料。

Description

贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及基骨修复材料，特别涉及贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料及其制备方法。

背景技术

在运动、事故或肿瘤切除造成的骨缺损以及局部矫形中，需要类骨活性物质对骨组织进行填充、修复。为使骨组织尽快康复，要求填充的材料具有适宜的孔隙率。具有适当孔径和孔隙率的多孔支架填充材料，能为骨组织的生长提供有利通道和空间，增大材料与组织液接触的表面积，促进新生骨的生长。

羟基磷灰石是天然骨的主要无机成分，具有良好的生物活性和生物相容性，植入人体后能在短时间内与人体的软硬组织形成紧密结合，广泛应用于生物硬组织的修复和替换材料。中国专利CN 1413738A公开了一种由海螵蛸改性制备软质人工骨的方法，该材料具有良好的生物相容性和生物活性。

目前，采用珊瑚、乌贼骨、海胆等生物材料为原料成功制备羟基磷灰石均见有报道。然而，随海洋污染日益严重，此类材料资源有限，获取成本高，难以满足临床需求。中国专利CN 101306806A公开了一种以牡蛎白垩层为原料合成羟基磷灰石的方法，但该方法制备的羟基磷灰石大小受白垩层尺寸限制，缺少适合成骨细胞生长的多孔结构。因此，开发一种以废弃海洋资源为原料制备多孔羟基磷灰石支架的技术，具有极高的社会经济效益和环保意义，符合低碳发展战略。

壳聚糖是一种天然的生物可降解的碱性多糖，其降解产物对机体无免疫原性，具有良好的生物相容性和可降解性，同时还具有天然的药物活性、抗肿瘤活性和消炎作用，可加快创伤愈合。将羟基磷灰石多孔支架与多孔壳聚糖复合，可提高陶瓷支架的力学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供具有良好生物相容性的贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料及其制备方法。

所述贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料包括贝壳多孔羟基磷灰石支架基体和填充于基体内部的多孔壳聚糖。

所述贝壳羟基磷灰石支架基体为片状晶体且具有相互连通的三维大孔结构，孔径可为200～500μm，所述多孔壳聚糖的孔径可为50～150μm。

所述贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料的制备方法包括以下步骤：

1)将贝壳粉末加入磷酸氢二铵溶液中，得混合液，加热反应后离心收集沉淀，清洗、烘干沉淀即得贝壳羟基磷灰石粉末；

2)将贝壳羟基磷灰石粉末与聚乙烯醇和水以质量比(20～25)∶(7～10)∶(65～73)的比例混合，搅拌后静置，得贝壳羟基磷灰石浆料，将贝壳羟基磷灰石浆料涂覆于聚氨酯海绵表面，干燥，烧结，即得贝壳羟基磷灰石多孔支架；

3)将贝壳羟基磷灰石多孔支架浸入乙酸配制的壳聚糖溶液中，待贝壳羟基磷灰石多孔支架完全沉入壳聚糖溶液后，取出贝壳羟基磷灰石多孔支架放入碱性凝固液中凝固，将凝固后的贝壳羟基磷灰石多孔支架用水洗涤，真空冷冻干燥，即得贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料。

在步骤1)中，所述贝壳粉与磷酸氢二铵溶液的体积比可为1∶(20～60)，所述磷酸氢二铵溶液的质量浓度可为2％～4％；所述加热反应的温度可为120～220℃，所述加热反应的时间可为2～72h。

在步骤2)中，所述贝壳羟基磷灰石粉末与聚乙烯醇和去离子水的质量比最好为25∶7.5∶67.5，所述搅拌的时间可为12～24h，所述静置的时间可为3～6h；所述烧结的温度可为1100～1250℃，烧结的时间可为1～3h。

在步骤3)中，所述乙酸的质量浓度可为2％，所述乙酸配制的壳聚糖溶液中壳聚糖浓度可为1％～5％，所述碱性凝固液可为0.1～0.5mol/L氢氧化钠溶液；所述真空冷冻干燥前，可将贝壳羟基磷灰石多孔支架置于-20～-40℃预冻4～12h。

本发明以废弃贝壳为原料，通过水热反应制备贝壳羟基磷灰石，利用有机模板复制与冷冻干燥相结合的技术制备具有良好生物相容性的贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料。制备工艺简单，所用原料为废弃海洋资源，创造经济效益的同时亦可解决海洋污染问题。贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料具有大量相互贯通的微孔结构，适合细胞生长与组织修复。动物实验表明，无毒性，无副作用，无排斥反应，是一种良好的骨填充材料。贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料的孔径大小由聚氨酯海绵规格决定，孔隙率由壳聚糖溶液的浓度决定，支架外部形貌由聚氨酯海绵模板的尺寸决定。

附图说明

图1为贝壳原始形貌图。在图1中，标尺为2cm。

图2为贝壳羟基磷灰石粉末扫描电镜图片。在图2中，标尺为1μm。

图3为贝壳羟基磷灰石粉末的X射线衍射(XRD)图谱。在图3中，横坐标为衍射角(2θ)，纵坐标为强度(a.u.)。

图4为贝壳羟基磷灰石多孔支架X射线衍射图谱。在图4中，横坐标为衍射角(2θ)，纵坐标为强度(a.u.)。

图5为贝壳羟基磷灰石多孔支架内部扫描电镜图。在图5中，标尺为200μm。

图6贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料内部扫描电镜图。在图6中，标尺为100μm。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

1)牡蛎壳(参见图1)清洗烘干粉碎后，取牡蛎壳粉末20g、磷酸氢二铵20g及去离子水500ml，密封于反应釜中，220℃反应6h，离心，清洗，烘干，即得贝壳羟基磷灰石粉末。由X射线衍射结果(参见图3)表明，所制备的粉末为高度结晶的羟基磷灰石。扫描电镜结果显示(参见图2)，所制备的羟基磷灰石为纳米级片状结构。

2)采用贝壳羟基磷灰石粉末、聚乙烯醇和去离子水以25∶7.5∶67.5比例配制羟基磷灰石浆料，搅拌12h，室温静置3h。将羟基磷灰石浆料均匀涂覆于聚氨酯海绵，经干燥、1200℃下烧结2h后得到羟基磷灰石多孔支架。X射线衍射结果显示支架为高度结晶的羟基磷灰石晶体(参见图4)，贝壳羟基磷灰石支架基体具有相互连通的三维大孔结构，孔径分布为200～500μm(参见图5)。

3)配制1％壳聚糖乙酸溶液，将贝壳羟基磷灰石支架基体浸于壳聚糖乙酸溶液中，待支架完全沉入壳聚糖溶液后，取出支架放入0.5mol/L氢氧化钠溶液凝固液中凝固，用去离子水洗涤至中性，-20℃预冻4h，放入真空冷冻干燥机中冷冻干燥，即得贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料(参见图6)，该复合支架内部为多孔羟基磷灰石支架基体填充壳聚糖结构，壳聚糖呈相互贯通的多孔结构，孔径为50～100μm。

贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料外观呈白色均匀多孔结构。羟基磷灰石具有良好的生物相容性，能与新骨形成骨键合，但羟基磷灰石支架脆性较大。壳聚糖具有良好的生物相容性和可降解性。通过将多孔壳聚糖填充到多孔羟基磷灰石支架内部，将无机物和有机物界面结合在一起，提高了多孔羟基磷灰石支架的稳定性和完整性，同时起到增韧作用，有效提高支架的力学性能。

实施例2

1)牡蛎清洗烘干粉碎后，取贝壳粉末15g、磷酸氢二铵15g及去离子水500mL，密封于反应釜中，120℃反应72h。离心清洗烘干后得到贝壳羟基磷灰石粉末。

2)采用贝壳羟基磷灰石粉末、聚乙烯醇和去离子水以20∶10∶70比例配制贝壳羟基磷灰石浆料，搅拌24h，室温静置6h。将羟基磷灰石浆料均匀涂覆于聚氨酯海绵，经干燥、1250℃下烧结1h后得到羟基磷灰石多孔支架。

3)配制3％壳聚糖乙酸溶液，将贝壳羟基磷灰石支架基体浸于壳聚糖乙酸溶液中，待支架完全沉入壳聚糖溶液后，取出支架放入0.1mol/L氢氧化钠溶液凝固液中凝固，用去离子水洗涤至中性，-20℃预冻12h，放入真空冷冻干燥机中冷冻干燥，得到贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料。

实施例3

1)文蛤贝壳清洗烘干粉碎后，取贝壳粉末10g、磷酸氢二铵10g及去离子水500mL，密封于反应釜中，180℃反应48h。离心清洗烘干后得到贝壳羟基磷灰石粉末。

2)采用贝壳羟基磷灰石粉末、聚乙烯醇和去离子水以25∶7∶68比例配制贝壳羟基磷灰石浆料，搅拌18h，室温静置5h。将羟基磷灰石浆料均匀涂覆于聚氨酯海绵，经干燥、1100℃下烧结3h后得到羟基磷灰石多孔支架。

3)配制5％壳聚糖乙酸溶液，将贝壳羟基磷灰石支架基体浸于壳聚糖乙酸溶液中，待支架完全沉入壳聚糖溶液后，取出支架放入0.3mol/L氢氧化钠溶液凝固液中凝固，用去离子水洗涤至中性，-20℃预冻8h，放入真空冷冻干燥机中冷冻干燥，得到贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料。

Claims

1.贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料的制备方法，其特征在于所述贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料包括贝壳多孔羟基磷灰石支架基体和填充于基体内部的多孔壳聚糖，所述贝壳多孔羟基磷灰石支架基体为片状晶体且具有相互连通的三维大孔结构，孔径为200～500μm；所述多孔壳聚糖的孔径为50～150μm；

所述制备方法包括以下步骤：

1）将贝壳粉末加入磷酸氢二铵溶液中，得混合液，加热反应后离心收集沉淀，清洗、烘干沉淀即得贝壳羟基磷灰石粉末；所述贝壳粉末与磷酸氢二铵溶液的体积比为1∶20～60；所述磷酸氢二铵溶液的质量浓度为2%～4%；

2）将贝壳羟基磷灰石粉末与聚乙烯醇和水以质量比（20～25）∶（7～10）∶（65～73）的比例混合，搅拌后静置，得贝壳羟基磷灰石浆料，将贝壳羟基磷灰石浆料涂覆于聚氨酯海绵表面，干燥，烧结，即得贝壳羟基磷灰石多孔支架；所述贝壳羟基磷灰石粉末与聚乙烯醇和水的质量比为25∶7.5∶67.5；

3）将贝壳羟基磷灰石多孔支架浸入乙酸配制的壳聚糖溶液中，待贝壳羟基磷灰石多孔支架完全沉入壳聚糖溶液后，取出贝壳羟基磷灰石多孔支架放入碱性凝固液中凝固，将凝固后的贝壳羟基磷灰石多孔支架用水洗涤，真空冷冻干燥，即得贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料；所述乙酸的质量浓度为2%，所述乙酸配制的壳聚糖溶液中壳聚糖浓度为1%～5%，所述碱性凝固液为0.1～0.5mol/L氢氧化钠溶液。

2.如权利要求1所述的贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料的制备方法，其特征在于在步骤1）中，所述加热反应的温度为120～220℃，所述加热反应的时间为2～72h。

3.如权利要求1所述的贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料的制备方法，其特征在于在步骤2）中，所述搅拌的时间为12～24h，所述静置的时间为3～6h。

4.如权利要求1所述的贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料的制备方法，其特征在于在步骤2）中，所述烧结的温度为1100～1250℃，烧结的时间为1～3h。

5.如权利要求1所述的贝壳多孔羟基磷灰石基骨修复材料的制备方法，其特征在于在步骤3）中，所述真空冷冻干燥前，是将贝壳羟基磷灰石多孔支架置于-20～-40℃预冻4～12h。