CN102167843B - 胶原改性的聚己内酯/生物活性玻璃复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种胶原改性的聚己内酯/生物活性玻璃复合材料的制备方法，包括以下步骤：将I型胶原溶解于六氟异丙醇中制备胶原溶液；将聚己内酯溶于六氟异丙醇中制备聚己内酯溶液；将生物活性玻璃和氯化钠加入到上述的胶原溶液中，搅拌均匀，再将其倒入聚己内酯溶液中搅拌，倒入已低温预冻的聚四氟乙烯模具中成型；于-80℃冻存，-30℃冷冻干燥；于去离子水中浸泡，期间每间隔6小时换水，每间隔24小时超声2小时；再次冷冻干燥，得到胶原改性的聚己内酯/生物活性玻璃复合材料。本发明根据胶原和聚己内酯在六氟异丙醇中的粘度差异性制备胶原内衬孔壁的多孔复合材料，材料的亲水性、孔隙率以及在模拟体液中的矿化活性得到提高。

Description

胶原改性的聚己内酯/生物活性玻璃复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料的制备方法，具体地涉及一种胶原改性的聚己内酯/生物活性玻璃复合材料的制备方法。
背景技术
聚己内酯(简称：PCL)和生物活性玻璃(简称：BG)均为生物相容性良好的可降解生物材料，PCL/BG复合材料因其同时具有前者的低成本、优良塑性加工性能及后者良好的骨修复特性而在骨修复材料领域备受关注。胶原为从动物中提取的蛋白质，具有优良的细胞相容性、组织相容性，在生物医学材料领域已获得广泛研究和应用，在临床上具有广阔的应用前景。PCL/BG多孔复合材料在骨修复材料和骨组织工程领域已获得广泛研究，并在动物体实验中获得积极效果；而经胶原蛋白改性的PCL/BG多孔材料将有效改善传统PCL/BG多孔复合材料在骨缺损部位的成骨细胞相容性和成骨活性。因此，经胶原蛋白改性的PCL/BG多孔材料具有广阔的应用前景。
目前所报道的制备PCL/BG多孔材料的方法主要是以PCL，BG为溶质，四氢呋喃为溶剂通过溶液浇注-溶剂挥发法制备[Li，X.，J.Shi，et al，Journal of Biomedical Materials ResearchPart A，2008，84(1)：84-91；Jo，J.H.，E.J.Lee，et al，Journal of Biomedical Materials ResearchPart B-Applied Biomaterials，2009，91B(1)：213-220]。通过这种方法制备的PCL/BG多孔复合材料孔壁的亲水性、矿化活性低、孔壁表面包裹BG颗粒的PCL材料降解慢，限制了材料在骨缺损部位的成骨活性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高亲水性、高孔隙率、优良矿化活性的PCL/BG多孔材料的制备方法。本发明的溶液相中，胶原相粘度远大于聚己内酯相，其更容易粘附在生物玻璃颗粒和氯化钠颗粒的表面，待造孔剂氯化钠溶出后，多孔材料的孔壁主要为胶原相，生物玻璃粉体表面沉积的基相为胶原，两者协同作用，有效地提高了传统聚己内酯/生物活性玻璃复合材料在模拟体液中的矿化活性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
胶原改性的聚己内酯/生物活性玻璃复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将I型胶原蛋白溶解于六氟异丙醇中，配制成浓度为0.04～0.08g/mL的胶原溶液；将聚己内酯溶解于六氟异丙醇中，配制成浓度为0.04～0.10g/mL的聚己内酯溶液；所述I型胶原蛋白与聚己内酯的质量比为(0.1～0.5)∶1；
(2)将生物活性玻璃和氯化钠加入到上述胶原溶液中，搅拌均匀，再倒入聚己内酯溶液中，搅拌12小时，得到混合溶液；
(3)将上述混合溶液倒入已于-80℃预冻的聚四氟乙烯模具中，冻存，冷冻干燥，得到冻干的材料；
(4)将上述冻干的材料从模具中取出，于去离子水中浸泡72小时，期间每间隔6小时换一次水，每间隔24小时超声2小时；再次将材料放入聚四氟乙烯模具中，冷冻干燥，得到胶原改性的聚己内酯/生物活性玻璃复合材料。
本发明步骤(2)中，所述生物活性玻璃的平均粒径为5μm，氯化钠的粒径为355～600μm。
本发明步骤(2)中，生物活性玻璃的质量为I型胶原蛋白和聚己内酯总质量的25％，氯化钠的质量为I型胶原蛋白、聚己内酯和生物活性玻璃总质量的9倍。
本发明步骤(3)中，所述冻存的温度为-80℃，时间为24～48小时。
本发明步骤(3)中，所述冷冻干燥的温度为-30℃，时间为48～72小时。
本发明步骤(4)中，所述冷冻干燥的温度为-30℃，时间为48～72小时。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.本发明制备的PCL/BG材料孔壁被胶原内衬，孔壁的亲水性、矿化活性显著提高；
2.材料的孔隙率更高；
3.制备工艺简单，成本低。
附图说明
图1为通过现有技术制备的复合材料和本发明实施例1制备的PCL/BG复合材料的孔壁扫描电镜照片，其中，图1a为通过现有技术制备的复合材料扫描电镜照片，图1b为本发明实施例3制备的复合材料的扫描电镜照片。
图2为传统的未经过胶原改性的PCL/BG复合材料和本发明实施例1制备的PCL/BG复合材料矿化10天后的扫描电镜图，其中，图2a为传统的未经过胶原改性的PCL/BG复合材料矿化10天后的电镜图，图2b为本发明实施例3制备的复合材料矿化10天后的扫描电镜照片。
图3为本发明实施例2制备的PCL/BG复合材料的红外光谱图。
图4为本发明实施例2制备的PCL/BG复合材料的XRD谱图。
图5为本发明实施例3制备的PCL/BG复合材料的吸水倍率测试图。
图6为本发明实施例3制备的PCL/BG复合材料的孔隙率测试图。
图7为本发明实施例3制备的PCL/BG复合材料的BG颗粒表面的原子力显微镜相分散图。
具体实施方式
下面的实施方式是对本发明的进一步说明，不是对本发明的限制。
实施例1：
将0.04g I型胶原蛋白溶解于1mL六氟异丙醇中，配制成浓度为0.04g/mL的胶原溶液；将0.4g聚己内酯溶解于10mL六氟异丙醇中，配制成浓度为0.04g/mL的聚己内酯溶液；将0.11g生物活性玻璃和4.95g氯化钠加入到上述胶原溶液中，搅拌8小时，再将该溶液倒入聚己内酯溶液中，搅拌12小时，得到混合溶液；将上述混合溶液倒入已于-80℃预冻的聚四氟乙烯圆柱形模具中，并迅速将充满溶液的模具在超低温冰箱中于-80℃冻存24小时，得到成型材料；将上述成型材料放入冷冻干燥机中在-30℃冷冻干燥48小时得冻干的柱状材料；将上述冻干的柱状材料从模具中取出，于去离子水中浸泡72小时，期间每间隔6小时换一次水，每间隔24小时超声2小时；将湿润的柱状材料放入聚四氟乙烯模具中冷冻干燥48小时，得胶原改性的聚己内酯/生物活性玻璃多孔材料。
实施例2：
将0.06g I型胶原蛋白溶解于1mL六氟异丙醇中，配制成浓度为0.06g/mL的胶原溶液；将0.2g聚己内酯溶解于2.5mL六氟异丙醇中，配制成浓度为0.08g/mL的聚己内酯溶液；将0.065g生物活性玻璃和2.925g氯化钠加入到上述胶原溶液中，搅拌8小时，再将该溶液倒入聚己内酯溶液中，搅拌12小时，得到混合溶液；将上述混合溶液倒入已于-80℃预冻的聚四氟乙烯圆柱形模具中，并迅速将充满溶液的模具在超低温冰箱中于-80℃冻存36小时，得到成型材料；将上述成型材料放入冷冻干燥机中-30℃冷冻干燥60小时得冻干的柱状材料；将上述冻干的柱状材料从模具中取出，于去离子水中浸泡72小时，期间每间隔6小时换一次水，每间隔24小时超声2小时；将湿润的柱状材料放入聚四氟乙烯模具中冷冻干燥54小时，得胶原改性的聚己内酯/生物活性玻璃多孔材料。
实施例3：
将0.08g I型胶原蛋白溶解于1mL六氟异丙醇中，配制成浓度为0.08g/mL的胶原溶液；将0.16g聚己内酯溶解于1.6mL六氟异丙醇中，配制成浓度为0.10g/mL的聚己内酯溶液；将0.06g生物活性玻璃和2.7g氯化钠加入到上述胶原溶液中，搅拌8小时，再将该溶液倒入聚己内酯溶液中，搅拌12小时，得到混合溶液；将上述混合溶液倒入已于-80℃预冻的聚四氟乙烯圆柱形模具中，并迅速将充满溶液的模具在超低温冰箱中于-80℃冻存48小时，得到成型材料；将上述成型材料放入冷冻干燥机中-30℃下冷冻干燥72小时得冻干的柱状材料；将上述冻干的柱状材料从模具中取出，于去离子水中浸泡72小时，期间每间隔6小时换一次水，每间隔24小时超声2小时；将湿润的柱状材料放入聚四氟乙烯模具中冷冻干燥60小时，得胶原改性的聚己内酯/生物活性玻璃多孔材料。
参见附图，分别将通过现有技术和本发明制备的PCL/BG多孔复合材料利用傅里叶变换红外光谱仪(Nexus，美国Nicolet)，环境扫描电子显微镜(Quanta 200，荷兰FEI)，X射线衍射仪(D/max-IIIA，日本理学)，原子力显微镜(美国Asylum Research)等仪器进行分析。
由图1和图7可以看出，通过本发明制备的PCL/BG复合材料的孔壁粘附了雪花状的胶原，BG颗粒表面的白色雪花点为包裹的胶原，说明胶原成功地内衬到孔壁。
由图2以看出，与现有技术相比，通过本发明制备的PCL/BG复合材料在模拟体液中的表面矿化活性得到明显改善。
由图3以看出，通过本发明制备的PCL/BG复合材料矿化后的红外光谱中有明显的PO42-的特征峰。
由图4以看出，通过本发明制备的PCL/BG复合材料矿化产生的羟基磷灰石的XRD衍射特征峰更强，活性更高。
由图5可以看出，与现有技术相比，通过本发明制备的PCL/BG复合材料的吸水倍率具有显著提高，显著性差异p＜0.001，n＝4，材料亲水性能显著提高。
由图6可以看出，与现有技术相比，通过本发明制备的PCL/BG复合材料的高孔隙率保持完好，显著性差异p＝0.599，n＝4。

Claims (5)

1.胶原改性的聚己内酯/生物活性玻璃复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将I型胶原蛋白溶解于六氟异丙醇中，配制成浓度为0.04～0.08g/mL的胶原溶液；将聚己内酯溶解于六氟异丙醇中，配制成浓度为0.04～0.10g/mL的聚己内酯溶液；所述I型胶原蛋白与聚己内酯的质量比为(0.1～0.5)∶1；
(2)将生物活性玻璃和氯化钠加入到上述胶原溶液中，搅拌均匀，再倒入聚己内酯溶液中，搅拌12小时，得到混合溶液，所述生物活性玻璃的质量为I型胶原蛋白和聚己内酯总质量的25％，氯化钠的质量为I型胶原蛋白、聚己内酯和生物活性玻璃总质量的9倍；
(3)将上述混合溶液倒入已于-80℃预冻的聚四氟乙烯模具中，冻存，冷冻干燥，得到冻干的材料；
(4)将上述冻干的材料从模具中取出，于去离子水中浸泡72小时，期间每间隔6小时换一次水，每间隔24小时超声2小时；再次将材料放入聚四氟乙烯模具中，冷冻干燥，得到胶原改性的聚己内酯/生物活性玻璃复合材料。
2.根据权利要求1所述胶原改性的聚己内酯/生物活性玻璃复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述生物活性玻璃的平均粒径为5μm，氯化钠的粒径为355～600μm。
3.根据权利要求1所述胶原改性的聚己内酯/生物活性玻璃复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述冻存的温度为-80℃，时间为24～48小时。
4.根据权利要求1所述胶原改性的聚己内酯/生物活性玻璃复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述冷冻干燥的温度为-30℃，时间为48～72小时。
5.根据权利要求1所述胶原改性的聚己内酯/生物活性玻璃复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述冷冻干燥的温度为-30℃，时间为48～60小时。
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