CN102416199A

CN102416199A - 纳米珍珠粉改性纳米羟基磷灰石的制备方法

Info

Publication number: CN102416199A
Application number: CN2011103987492A
Authority: CN
Inventors: 申玉田
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2012-04-18

Abstract

本发明公开了一种纳米珍珠粉改性纳米羟基磷灰石的制备方法，属于生物医用材料制备技术领域。该方法的主要特点在于：直接以纳米珍珠粉和n倍的模拟体液为原料，将纳米珍珠粉浸泡在一定pH值的模拟体液中并混合均匀，然后在20～80℃下恒温诱导沉积合成纳米羟基磷灰石，最后过滤得到的沉积产物即为纳米珍珠粉改性的纳米羟基磷灰石。本发明工序操作简单，设备要求低，所合成的纳米珍珠粉改性纳米羟基磷灰石制备成本低，而且具有诱导成骨活性，是一种优秀的骨修复材料。

Description

纳米珍珠粉改性纳米羟基磷灰石的制备方法

技术领域

本发明属于生物医用材料制备技术领域，具体是涉及一种纳米珍珠粉改性纳米羟基磷灰石的制备方法。

背景技术

骨的老化和意外损伤往往不可避免，病变骨骼最终要被替换，骨植入修复是一种仅次于输血的人体组织移植。目前各种人工骨修复替代材料层出不穷，但主要起骨支架作用，不具有骨生长因子所特有的骨诱导活性。刘志强，周东风，周磊等在“广东牙病防治，2004，12(1)：73-75”上的“骨缺损修复的研究及进展”中报导，实际上人们所期望的骨修复过程是：多种生长因子和激活物在待修复部位受控释放，诱导邻近组织间充质细胞分化为成骨细胞或刺激成骨细胞加速增殖，并向待修复部位聚集，从而表现出明显的靶向诱导成骨活性，最终完成特定部位的骨修复。近年来，人们开始逐渐认识到生长因子在骨修复中不可替代的决定性调控作用，于是在骨修复临床中开始引入骨生长因子。但是骨生长因子极为昂贵，售价甚至高达8万元/克。

珍珠、蚌壳、骨同为生物矿化产物，三者在形成本质上极为相近，其生物矿化都是受其所含有的有机组分调控。蚌壳由棱柱层和珍珠层组成，蚌壳珍珠层是软体动物在正常的生理条件下生物矿化的产物，约含有1.2～3.3wt.％的有机组分，其余为碳酸钙，已有的研究表明这些少量的有机质内含有多种与骨生长相关的信号因子。Gerard Atlan和Evelyne Lopez等人在“Sci Paris/Life Sci，1997；320：253-8”.中自信地进行了蚌壳珍珠层粉的人体实验，显示了很强的成骨活性。目前，国内张荣庆等人张荣庆等在专利CN 1476906A“一种含有珍珠质的骨修复材料及其制备方法”中利用蚌壳珍珠层开发了一种含有珍珠质的骨修复材料，也获得了很好的成骨活性和刘金标等人在“珍珠层/聚乳酸组合人工骨体外相容性及降解实验研究.第一军医大学学报，2003，23(2)：130-133”中制备了适于用作骨缺损修复的可降解(蚌壳)珍珠层/聚乳酸复合材料，体外成骨细胞培养试验显示了材料具有很强的骨诱导能力。

与蚌壳珍珠层不同，珍珠是软体动物在抵抗外界损伤的积极生理条件下形成的特殊矿化产物。迄今为止，人们已经发现了24例人体珍珠，因此珍珠与人体内环境是完全相容的。珍珠富含多种生物活性物质，自古以来就是一种具有神奇的美容保健抗衰功效的天然药物。珍珠的主要成分为碳酸钙(含少量的磷酸钙、硅酸钙)、蛋白质、水分和多种微量元素包括：Fe、Al、Mg、Zn、Se、Cu、Mn、Ge、K、Sr等。珍珠中的蛋白质是一种含有20余种氨基酸的壳角蛋白(或称角质蛋白)，含量高达8wt.％，被称为珍珠活性物质，近年来的研究表明珍珠富含：独特的抗衰老因子-卟啉类化合物(PEG)、牛磺酸(2-氨基乙磺酸)、类胡萝卜素、光基欧磷氨基酸、几丁质等等。因此，珍珠可能含有多种骨生长所需要的生长因子、激活物和营养组分，预期具有更强的诱导成骨活性。

当前，国内外均有通过基因工程技术生产的重组人骨形态发生蛋白(rhBMP)，其中rhBMP2的活性最强。然而单纯的BMP植入人体后很快降解，起不到应有的效果，如果有合适的载体使其在体内实现控制释放，就能有效发挥作用，但是载体的筛选不仅难度大，而且载体与生长因子复合后又具有很多不确定性，尤其是几乎不可能找到一种同时适合多种生长因子的全能载体。另一方面，实际上骨的形成是多种生长因子网络协同作用下实现的，已知参与骨形成的生长因子有：骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins，BMP)、转化生长因子、类胰岛素生长因子、碱性成纤维细胞生长因子、血小板衍生因子、血管内皮细胞生长因子等。在任何时候，骨细胞的微环境中都存在不止一种生长因子，因此用单一生长因子刺激骨形成，不一定能获得有意义的结果。

因此，骨修复过程中理想的生长因子运作过程是：生长因子在整个骨修复过程中缓慢控制释放，且多种生长因子协同作用。而珍珠作为多种已知和未知类骨生长因子的天然载体，其本身就是一个相互协调共同作用的有机整体，因此用珍珠内所特有的活性物质替代骨生长因子，进行人骨修复极具潜力。尤其是当前淡水珍珠的规模化养殖使得珍珠代替骨生长因子用于人骨修复在成本上成为可能，且具有优势。

我国珍珠产量占全世界产量的95％，但是珍珠产量的80～85％为不具有装饰价值的低档珍珠，包括不规则珍珠、杂色珍珠和小珍珠等等。当前，规模化养殖已经造成低档珍珠的大量积压，仅浙江诸暨市每年的积压量就高达300吨，价格急剧下跌，其售价仅为100～300元/公斤。目前我国珍珠业正在堕入“高产陷阱”，如何有效地处理和利用这些低档珍珠，提高低档珍珠的附加值，使珠农增收，拯救珍珠业，振兴地方经济，是整个珍珠产业发展面临的难题，业内人士普遍认识到加快低档珍珠的后续产业化开发是摆脱目前困境的唯一出路。

羟基磷灰石是目前骨修复临床中一种较为成熟的骨修复材料，无机的羟基磷灰石具有很好的人体相容性，但是却没有诱导成骨活性，因此赋予羟基磷灰石以骨诱导活性具有重要的实际意义和医疗价值。

参考文献：

1.申请人：清华大学。发明人：申玉田，朱静。内应力自爆辅助粉碎的方法。申请日：2006.10.26。申请号：200610114064.X。公开号：CN 1943865A。

2.申请人：清华大学。发明人：申玉田，朱静，凌涛，阮华君。珍珠粉/PEEK准自然骨复合材料及其制备和应用。申请日：2006.11.9。申请号：200610114415.7。公开号：CN 1943800A。

3.申请人：清华大学。发明人：朱静，申玉田，凌涛，阮华君。骨修复中用珍珠活性物质代替骨生长因子的受控释放方法。申请日：2006.11.9。申请号：200610114414.2。公开号：CN 1943802A。

4.申玉田。蚌壳的生物矿化机制及珍珠的成骨活性与应用研究。清华大学博士后研究报告，北京，2005.11。

5.Shen Yutian，Zhu Jing，Zhang Hongbiao，Zhao Fei.In vitro osteogenetic activity of pearl.Biomaterials，2006，27：281

6.石志才，李家顺，等。碳纤维增强的聚醚醚酮复合材料椎体间植入的实验研究。第二军医大学学报，2001，22(4)：340

7.刘金标，陈建庭，等。珍珠层/聚乳酸组合人工骨体外相容性及降解实验研究。第一军医大学学报，2003，23(2)：130

发明内容

本发明的目的是利用纳米珍珠粉既可能含有多种类骨生长因子，同时又是它们的天然载体的独特优势，用纳米珍珠粉诱导沉积纳米羟基磷灰石，实现羟基磷灰石的改性，赋予纳米羟基磷灰石以诱导成骨活性，克服其成骨诱导能力不足的缺点。其优点是该方法在制备过程中既保证了纳米珍珠粉的生物活性，又同步实现了纳米羟基磷灰石的低成本合成与改性，而且设备要求低、制备工艺简单。

本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的。本发明所述的纳米珍珠粉改性纳米羟基磷灰石的制备方法，其特征在于，直接以纳米珍珠粉和n倍的模拟体液为原料，通过浸泡培养诱导沉积纳米珍珠粉改性的纳米羟基磷灰石。具体制备步骤如下：

1)用纯物理方法(CN 1943865A)制备天然纳米珍珠粉，确保珍珠活性不被破坏，纳米珍珠粉粒径小于100nm；

2)配制一定pH值的n倍模拟体液，将纳米珍珠粉和模拟体液按质量比1∶20～500混合均匀；

3)将混合物在20～80℃下恒温培养0.5～15天，诱导沉积合成纳米羟基磷灰石；

4)过滤得到的沉积产物，经脱水干燥即可获得纳米珍珠粉改性的纳米羟基磷灰石。

所述的纳米珍珠粉是利用纯物理方法(CN 1943865A)制备的天然纳米珍珠粉或天然纳米珍珠层粉，也可以是其它用纯物理方法制备的纳米珍珠粉产品，以确保天然珍珠或蚌壳珍珠层所特有的生物活性物质的活性不被破坏。

所述的一定pH值是用(CH₂OH)₃CNH₂和1M盐酸调节pH值为6～9。

所述的n倍模拟体液是其离子浓度为标准模拟体液的n倍，n的取值范围是1～10。标准模拟体液(Kokubo T，et al.J Biomed Mater Res，1990，24：331～343)的配方为质量比：KCl∶NaCl∶Na₂SO₄∶NaHCO₃∶K₂HPO₄·3H₂O∶CaCl₂∶MgCl₂·6H₂O＝0.223∶7.995∶0.071∶0.353∶0.228∶0.555∶0.305。

所述的诱导沉积合成是可以在诱导沉积过程中定期检测模拟体液中各种离子的浓度，然后据此定期补充模拟体液中各种离子组分的消耗。

所述的脱水干燥是将趁机产物在80℃以下的温度烘干1～24h。

所述的纳米珍珠粉改性的纳米羟基磷灰石是纳米珍珠粉和纳米羟基磷灰石的混合物。

本发明的优点和积极效果：

本发明所述的纳米珍珠粉改性纳米羟基磷灰石的制备方法，具有如下优点和积极效果：

(1)本发明所述的一种纳米珍珠粉改性纳米羟基磷灰石的制备方法，是利用纳米珍珠粉既可能含有多种类骨生长因子，同时又是它们的天然载体的独特优势，用纳米珍珠粉诱导沉积纳米羟基磷灰石，实现羟基磷灰石的改性，赋予纳米羟基磷灰石以诱导成骨活性，克服其成骨诱导能力不足的缺点。

(2)本发明所述方法在制备过程中既保证了纳米珍珠粉的生物活性，又同步实现了纳米羟基磷灰石的低成本合成与改性。

(3)本发明所述方法设备要求低、制备工艺简单，适合规模化低成本制备。

附图说明

图1是本发明的第一个实施例所述纳米珍珠粉改性纳米羟基磷灰石的扫描电镜照片。

图2是本发明的第一个实施例所述纳米珍珠粉改性纳米羟基磷灰石的能谱成分分析图谱。

具体实施方式

下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。

实施例1：

用纯物理方法(CN 1943865A)制备天然纳米珍珠粉，粒径小于100nm；配制pH值7.5的标准模拟体液，将10克纳米珍珠粉和2000克模拟体液均匀混合；将混合物在37℃下恒温培养，诱导沉积合成7天后过滤得到沉积产物，沉积产物经60℃脱水干燥12h后，即可获得纳米珍珠粉改性的纳米羟基磷灰石成品。扫描电镜观察表明羟基磷灰石为纳米级，呈针状(如图1所示)，图2是对应沉积产物的能谱成分分析图谱。

实施例2：

用纯物理方法(CN 1943865A)制备天然纳米珍珠粉，粒径小于100nm；配制pH值8的2倍模拟体液，将15克纳米珍珠粉和3000克模拟体液均匀混合；将混合物在50℃下恒温培养，诱导沉积合成7天后过滤得到沉积产物，沉积产物经60℃脱水干燥12h后，即可获得纳米珍珠粉改性的纳米羟基磷灰石成品。

实施例3：

用纯物理方法(CN 1943865A)制备天然纳米珍珠粉，粒径小于100nm；配制pH值7的2倍模拟体液，将10克纳米珍珠粉和3000克模拟体液均匀混合；将混合物在37℃下恒温培养，诱导沉积合成7天后过滤得到沉积产物，沉积产物经60℃脱水干燥12h后，即可获得纳米珍珠粉改性的纳米羟基磷灰石成品。

实施例4：

购买用纯物理方法制备的天然纳米珍珠粉，粒径小于100nm；配制pH值6.5的2倍模拟体液，将10克纳米珍珠粉和2000克模拟体液均匀混合；将混合物在37℃下恒温培养，诱导沉积合成12天后过滤得到沉积产物，沉积产物经60℃脱水干燥6h后，即可获得纳米珍珠粉改性的纳米羟基磷灰石成品。

Claims

1.一种纳米珍珠粉改性纳米羟基磷灰石的制备方法，其特征在于，直接以纳米珍珠粉和n倍的模拟体液为原料，通过浸泡培养诱导沉积纳米珍珠粉改性的纳米羟基磷灰石。

具体制备步骤如下：

2.根据权利要求1所述的纳米珍珠粉改性纳米羟基磷灰石的制备方法，其特征在于，所述的纳米珍珠粉是利用纯物理方法(CN 1943865A)制备的天然纳米珍珠粉或天然纳米珍珠层粉，以确保天然珍珠或蚌壳珍珠层所特有的生物活性物质的活性不被破坏。

3.根据权利要求1所述的纳米珍珠粉改性纳米羟基磷灰石的制备方法，其特征在于，所述的一定pH值是用(CH₂OH)₃CNH₂和1M盐酸调节pH值为6～9。

4.根据权利要求1所述的纳米珍珠粉改性纳米羟基磷灰石的制备方法，其特征在于，所述的n倍模拟体液是其离子浓度为标准模拟体液的n倍，n的取值范围是1～10。标准模拟体液(Kokubo T，et al.J Biomed Mater Res，1990，24：331～343)的配方为质量比：KCl∶NaCl∶Na₂SO₄∶NaHCO₃∶K₂HPO₄·3H₂O∶CaCl₂∶MgCl₂·6H₂O＝0.223∶7.995∶0.071∶0.353∶0.228∶0.555∶0.305。

5.根据权利要求1所述的纳米珍珠粉改性纳米羟基磷灰石的制备方法，其特征在于，所述的脱水干燥是将趁机产物在80℃以下的温度烘干1～24h。

6.根据权利要求1所述的纳米珍珠粉改性纳米羟基磷灰石的制备方法，其特征在于，所述的纳米珍珠粉改性的纳米羟基磷灰石是纳米珍珠粉和纳米羟基磷灰石的混合物。