CN104014003A - 用于引导骨组织再生的复合膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是用于引导骨组织再生的复合膜及其制备方法。该复合膜为双层膜，底层膜为结构致密的L-丙交酯和己内酯的共聚物(L-PLCA)的流延膜，单体组分摩尔比为(50∶50)～(95∶05)；表面层为具有微孔结构的L-PLCA与羟基磷灰石(HA)或磷酸三钙(β-TCP)复合物的电纺膜，其中HA或β-TCP在电纺膜中质量比为10wt％～50wt％，其粒径可以是纳米尺寸可以是微米尺寸。该复合双层膜具有较好的力学性能及诱导类骨磷灰石沉积的能力，同时有很好的柔韧性，且可通过调节L-PLCA摩尔比、HA或β-TCP的组分含量及电纺膜微结构来调节复合膜的性能，是一种新型的可降解的能引导骨组织再生的复合双层膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种能用于引导骨组织再生的复合膜的组分及其制备方法，属于生物医用材料领域。
背景技术
近年来，引导骨组织再生膜技术在牙周病的治疗、牙种植区骨量不足、其它骨缺损的修复、骨折的愈合等方面提供了一个新的有效途径。即将引导骨组织再生膜放置在缺损区，它可作为一种机械屏障膜，选择性地将周围软组织隔开，阻止上皮细胞和成纤维细胞向缺损处生长，同时在膜下产生特殊的再生空间，从而使骨生成细胞优先生长，产生新骨组织进而达到促进骨性愈合的目的。
在引导性骨再生过程中，膜材料的选取是至关重要的。目前应用较多的引导骨组织再生膜材料有不可降解膜如钛膜、硅胶膜及聚四氟乙烯膜，该类膜有一定的机械强度，但需二次手术取出；为减少患者痛苦，一些可吸收膜如天然的胶原膜、壳聚糖膜等，以及合成的聚氨酯及聚乳酸类膜等相继出现，尤其是聚丙交酯-乙交酯(PLGA)具有一定的机械强度及可调的降解性，除广泛应用于骨科材料的研究外，该材料也可用于引导骨组织再生膜。尽管这些聚合物具有易成膜的优点，但单纯的该类聚合物材料不具有骨传导性，不利于新骨生成。而合成的羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)或磷酸三钙(β-TCP)具有良好的生物相容性和骨传导性，是骨科中常用的一种生物活性无机材料，但单独做成膜材料使用困难。因此将PLGA高聚物与HA或β-TCP无机粒子复合有望获得理想的引导骨组织再生膜，尤其是将HA或β-TCP无机粒子以高含量与其复合时有望获得骨传导性能更好的复合膜，更有利于引导骨组织快速再生。但研究发现，添加高含量无机粒子与PLGA成膜时其脆性较大，而聚己内酯(PCL)具有一定的韧性，可与其以高含量复合，但PCL本身机械强度及降解性有待改善。因而，将HA或β-TCP以高含量与PLGA或PCL高聚物的复合膜用作引导骨组织再生膜都不够理想。而高聚物(L-PLCA)是丙交酯(L-LA)和己内酯(CL)以不同摩尔比共聚获得的新型可降解的生物医用高聚物材料，其降解性能可通过改变单体组分而达到可调性，且韧性比PLGA高聚物更好，更有利于无机粒子的高含量添加。基于此，若将HA或β-TCP粒子与L-PLCA复合，则有望获得性能更优异的引导骨组织再生膜材料，有关这方面的研究至今未见专利或文献报道过。
在成膜方法上，将无机粒子与高聚物溶液直接共混后流延法成膜可以获得机械强度较高的复合膜，有较好的机械屏障作用，但其缺少柔韧性，贴附性差，同时膜表面的致密结构不利于类骨磷灰石的沉积及细胞的黏附。Song Ju-Ha等人采用冷冻干燥法制备了磷灰石-胶原膜用作引导骨组织再生膜(J Biomed.Mater.Res.Part B，2007，83B，248-257)，尽管可以获得有利于细胞黏附的多孔结构，满足其生物学性能要求，但单纯的冷冻膜其降解性能有待于进一步提高，且缺少柔韧性不利于操作。随着静电纺丝技术的发展，Yang Fang等采用静电纺丝技术制备了n-HA/PCL膜(Acta Biomaterialia，2009，5，3295-3304)，尽管体外实验表明有利于类骨磷灰石的沉积及细胞黏附，且贴附性好，但单纯的静电纺丝膜其力学性能较差，且PCL本身力学性能及降解性能也都不够理想。中国专利CN101391113A公开了流延法制备的聚氨酯和纳米磷灰石的复合膜，尽管可以获得一面为致密面，一面为疏松面的膜，可用作引导骨组织再生膜，但该法只限于聚氨酯基聚合物的制备，对其它高聚物有一定的局限性。因而，若将流延膜和电纺膜相结合，则有望制备出兼具屏障作用和引导骨组织再生功能的更优异的引导骨组织再生膜。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的在于提供一种能用于引导骨组织再生的复合膜组合物。
本发明的另一个目的在于提供一种引导骨组织再生的复合膜的制备方法。
本发明的复合膜的组合物其底层为L-丙交酯和己内酯的共聚高聚物(L-PLCA)的流延膜，其表面具有光滑致密结构，其表层为L-PLCA与HA或β-TCP粒子的复合物的电纺膜。
本发明的复合膜的组合物其底层高聚物(L-PLCA)其摩尔比为(50∶50)～(95∶05)，分子量为5～50万；
本发明的复合膜的组合物其底层高聚物(L-PLCA)其分子量更优选范围为10～40万。
本发明的复合膜的组合物的表层为L-PLCA与HA或β-TCP的复合物中，其中HA或β-TCP粒子含量占复合物的10wt％～50wt％，其粒子粒径范围为20nm～2um；
本发明的复合膜的组合物的表层L-PLCA与HA或β-TCP的复合物中，其HA或β-TCP粒子，更优选的粒径范围为60～800nm。
本发明的复合膜的组合物的表层的L-PLCA与HA或β-TCP的复合物中，其L-PLCA可以与底层的一致，也可以不一致。
本发明的复合膜的组合物的表层的L-PLCA与HA或β-TCP的复合物中，其HA或β-TCP粒子可以是表面改性的，也可以是不改性的。
本发明制备的引导骨组织再生的复合膜中高聚物L-PLCA及HA或β-TCP粒子均可为实验室自制，也可从市面上购买。
本发明的复合膜的组合物其底层高聚物(L-PLCA)的流延膜的制备方法是指将L-PLCA用二氯甲烷、氯仿、丙酮、N，N二甲基甲酰胺中的任一种按3～12g/100ml的浓度溶解流延成光滑致密的流延膜。
本发明的复合膜的表层L-PLCA与HA或β-TCP的复合物的制备方法参照本实验室的中国专利公开号CN102085397A进行，其双层膜的构建过程参照本实验室的中国专利公开号CN103007363A进行。
与现有的引导骨组织再生膜相比，本发明的引导骨组织再生膜具有以下优势：
(1)在膜的选材上，本发明的引导骨组织再生膜选用可吸收的生物医用L-PLCA高聚物，其降解速度可调，同时与PLGA高聚物相比，具有一定韧性，可与更高含量的无机粒子进行有效的复合；且与纯的PCL弹性体相比，又具有一定的结晶性，因而选用L-PLCA为基体，其降解性和机械强度均有一定改善；另外在无机粒子的选择中，本发明选用HA或β-TCP粒子，具有较好的骨传导性和降解性，有利于引导骨组织再生。
(2)在膜的结构设计上，本发明采用双层复合膜，其底层为纯的高聚物流延膜，未加无机粒子，使其结构致密，具有较好的力学性能，以发挥较好的物理屏障作用，以致能保持较长的空间维持能力；表层为L-PLCA与HA或β-TCP的复合物电纺膜，具有贯通的微孔隙结构及较大的比表面积，有利于诱导类骨磷灰石的沉积及促进具有成骨潜能的细胞粘附，以保持较好的组织修复能力；同时该双层复合膜具有较好的贴附性及柔韧性，有利于手术操作及不损伤周围组织。
(3)本发明的引导骨组织再生膜的组合物原料易得，都被FDA认可，且双层复合膜制备方法简单，实验条件温和，且能通过改变组分配比，或电纺膜微结构获得满足不同部位骨缺损修复要求的各种膜材料，同时还可添加不同药物或其他生长因子得到性能更好的引导骨组织再生膜。
附图说明
图1为n-HA纳米粒子及复合膜在模拟体液中浸泡后的SEM照片。(a)n-HA粒子，(b)10wt％n-HA/L-PLCA复合膜浸泡12小时，(c)L-PLCA电纺膜浸泡24小时，(d)20wt％n-HA/L-PLCA流延膜浸泡24小时.
具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例作进一步的说明，但本领域的普通技术人员应当认识到，本发明并不限于这些实施例。
实施例1：将2g L-PLCA(LA与CL摩尔比为50∶50，分子量为5万)加入40ml丙酮中溶解后，流延成膜，室温下干燥后得到厚度为0.25mm的致密膜。再将1.0g L-PLCA(LA与CL摩尔比为70∶30，分子量为25万)加入到10ml二氯甲烷溶解后，将0.15g未改性的n-HA纳米粒子(平均粒径为60nm)用5ml N，N二甲基甲酰胺乙醇超声分散后，在上述流延膜上电纺成总厚度为0.35mm的膜，电纺膜约为平均500nm的纤维构成，膜的拉伸强度为22MPa，断裂伸长率为470％；该膜在模拟体液中浸泡12小时，经SEM观察其表面已被类骨磷灰石全部覆盖。
实施例2：将2g L-PLCA(LA与CL摩尔比为50∶50，分子量为30万)加入50ml N，N二甲基甲酰胺中溶解后，流延成膜，室温下干燥后得到厚度为0.28mm的致密膜。再将1.0g L-PLCA(LA与CL摩尔比为80∶20，分子量为20万)加入到6ml二氯甲烷溶解后，将0.5g未改性的β-TCP纳米粒子(平均粒径为500nm)用9ml N，N二甲基甲酰胺乙醇超声分散后，在上述流延膜上电纺成总厚度为0.37mm的膜，电纺膜约为平均650nm的纤维构成。膜的拉伸强度为27MPa，断裂伸长率为760％；该膜在模拟体液中浸泡10小时，经SEM观察其表面已被类骨磷灰石全部覆盖。
实施例3：将2g L-PLCA(LA与CL摩尔比为70∶30，分子量为25万)加入35ml丙酮中溶解后，流延成膜，室温下干燥后得到厚度为0.26mm的致密膜。再将1.0gL-PLCA(LA与CL摩尔比为70∶30，分子量为30万)加入到6ml二氯甲烷溶解后，将0.8g改性的n--HA纳米粒子(平均粒径为350nm)用12ml N，N二甲基甲酰胺乙醇超声分散后，在上述流延膜上电纺成总厚度为0.35mm的膜，电纺膜约为平均830nm的纤维构成。膜的拉伸强度为30MPa.断裂伸长率为650％；该膜在模拟体液中浸泡10小时，经SEM观察其表面已被类骨磷灰石全部覆盖。
实施例4：将2g L-PLCA(LA与CL摩尔比为80∶20，分子量为30万)加入18ml氯仿中溶解后，流延成膜，室温下干燥后得到厚度为0.27mm的致密膜。再将1.0gL-PLCA(LA与CL摩尔比为80∶20，分子量为25万)加入到6ml二氯甲烷溶解后，将1.0g改性的n-HA纳米粒子(平均粒径为350nm)用10ml N，N二甲基甲酰胺超声分散后，在上述流延膜上电纺成总厚度为0.36mm的膜，电纺膜约为平均800nm的纤维构成。膜的拉伸强度为32MPa，断裂伸长率为630％；该膜在模拟体液中浸泡8小时，经SEM观察其表面已被类骨磷灰石全部覆盖。
实施例5：将2g L-PLCA(LA与CL摩尔比为95∶05，分子量为50万)加入40ml二氯甲烷中溶解后，流延成膜，室温下干燥后得到厚度为0.28mm的致密膜。再将1.0g L-PLCA(LA与CL摩尔比为75∶25，分子量为30万)加入到6ml二氯甲烷溶解后，将0.3g改性的β-TCP微米粒子(平均粒径为1um)用10ml N，N二甲基甲酰胺乙醇超声分散后，在上述流延膜上电纺成总厚度为0.37mm的膜，电纺膜约为平均1.2um的纤维构成。膜的拉伸强度为38MPa，断裂伸长率为425％；该膜在模拟体液中浸泡12小时，经SEM观察其表面已被类骨磷灰石全部覆盖。
对比实施例1：将2g L-PLCA(LA与CL摩尔比为80∶20，分子量为35万)加入45ml氯仿中溶解后，流延成膜，室温下干燥后得到厚度为0.28mm的致密膜。再将1.0g L-PLCA(LA与CL摩尔比为80∶20，分子量为25万)加入到15ml二氯甲烷溶解后，在上述流延膜上电纺成总厚度为0.39mm的膜，电纺膜约为平均700nm的纤维构成。膜的拉伸强度为34MPa，断裂伸长率为640％；该膜在模拟体液中浸泡24小时，经SEM观察其表面无类骨磷灰石沉积。
对比实施例2：将2.0g L-PLCA(LA与CL摩尔比为80∶20，分子量为30万)加入到20ml二氯甲烷溶解后，将0.6g改性的HA纳米粒子(平均粒径为350nm)用20ml N，N二甲基甲酰胺乙醇超声分散后，流延成膜，室温下干燥后得到厚度为0.31mm的致密膜。膜的拉伸强度为37MPa，断裂伸长率为615％；该膜在模拟体液中浸泡24小时，经SEM观察其表面无类骨磷灰石沉积。
以上双层复合膜拉伸性能和断裂伸长率的测试都是在温度23±2℃，湿度60％±5℃环境下使用长度60mm、宽度5mm的样条在电子万能材料试验机上以50±0.2mm/min标准试验速度测试得到。同时复合膜表面磷灰石沉积检测过程是将长度10mm、宽度5mm的样条置于10ml模拟体液中在37±0.5℃下浸泡不同时间后，取出用蒸馏水洗涤干燥后喷金在扫描电镜下观察。
Claims (9)
1.一种能用于引导骨组织再生的复合双层膜，底层膜为L-丙交酯(LA)和己内酯(CL)的共聚物(L-PLCA)的流延膜，表层膜为L-PLCA与羟基磷灰石(HA)或磷酸三钙(β-TCP)的复合物的电纺膜。
2.按照权利要求1所述的复合双层膜，其底层膜特征为，(L-PLCA)的流延膜中LA和CL摩尔比为50∶50～95∶05；分子量为5～50万。
3.按照权利要求2所述的复合双层膜，其底层膜特征为分子量优选为10～40万。
4.按照权利要求1所述的复合双层膜，其表层膜特征为L-PLCA与HA或β-TCP的复合物的电纺膜，HA或β-TCP粒子含量占表层膜的10wt％～50wt％，HA或β-TCP粒径可以是纳米尺寸也可以是微米尺寸。
5.按照权利要求4所述的表层膜，其特征为，其中的HA或β-TCP的粒子粒径范围为20nm～2um。
6.按照权利要求5所述的表层膜，其特征为，其中的HA或β-TCP的粒子粒径优选范围为60nm～800nm。
7.按照权利要求4所述的表层膜，其特征为，其中的HA或β-TCP的可以是表面改性的，也可以是表面未改性的。
8.按照权利要求2或3所述的底层膜的制备方法，其特征是指将L-PLCA用二氯甲烷、氯仿、丙酮、N，N二甲基甲酰胺中的一种按3～10g/100ml的浓度溶解流延成光滑致密的流延膜。
9.按照权利要求1所述的复合双层膜的制备方法，其特征是指将L-PLCA与HA或β-TCP粒子的复合物直接电纺在流延膜上，从而获得一面为致密结构，一面为多孔结构的双层膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140903 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |