CN104208753A - GdPO4·H2O纳米束复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合材料，包括：可生物降解材料和GdPO₄·H₂O，本发明所述复合材料包括GdPO₄·H₂O与可生物降解材料，使得得到的复合材料作为植入体内的材料，在施加交变磁场时，能够提高复合材料的温度，进而加速体内复合材料的降解速度，实现复合材料在体内的可控降解，同时，本发明提供的复合材料通过核磁显影实现对复合材料的变化进行监控，进而实现了对复合材料在体内的示踪监测。

Description

GdPO4·H2O纳米束复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及医用高分子领域，尤其涉及一种GdPO₄·H₂O纳米束复合材料及其制备方法。

背景技术

目前，用于骨组织工程支架及其它固定修复的可降解生物材料有聚乳酸，聚羟基乙酸、聚己内酯、聚羟基丁酸酯、聚酸酐及其它们共聚物。其中聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)具有良好的生物相容性、无毒、良好的成囊和成膜性能，被广泛应用于医药等领域。羟基磷灰石(HA)是人体骨骼组织主要成分，具有优良的生物相容性和骨传导性，但HA质地太脆，制成材料易碎裂，机械性能差，无足够的强度和疲劳承受力，因此，将生物医用高分子PLGA与具有生物活性的HA结合制得的骨支架材料，不仅具有较好的力学性能，可引导成骨特性，还可对材料起到生物降解作用。但是，作为原位再生修复的骨组织工程支架材料，不仅需要具备良好的生物相容性、适宜的亲疏水性和力学性能，还需要具备与骨组织生长相匹配的降解速率，加速愈合，确保组织功能的正常发挥，因此，调控降解成为研究骨组织工程及修复材料的重点。

对于调控降解的研究当前大多局限于体外调控，即预先设计共聚物比例、结晶度或分子量，或接枝生物降解交联剂等来获得不同降解速率的骨支架及修复材料。例如，Chaorong Peng等人利用γ射线辐射诱导N-乙烯吡咯烷酮(NVP)表面修饰聚乳酸(PLA)薄膜，嫁接的PVP可以加速PLA的降解速率。Yunbing Wang等人将含有L-乳酸的粒子分散到(聚乳酸)PLLA中制成支架材料，当支架暴露在湿性环境中，通过选择诱导时间加速PLLA支架降解；杨媛等利用可生物降解的两亲性双乙烯基封端的生物降解交联剂(BC)和末端双键功能化聚乳酸大分子单体(MC)作为新材料的骨架，借助水溶性分子链段聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的嵌入制备可生物降解的骨修复材料，通过调整单体的组成比例来控制材料的亲疏水微区分相结构，从而调控局部酯键的水解速度，达到调控材料的整体降解速率；此外，在示踪检测体内植入材料方面，ThomasW.Gilbert等人利用同位素标记ECM支架材料，定量检测材料的降解产物，此法安全灵敏，但是周期较长、价格昂贵。

综上，目前研究的采用生物降解医用高分子制备的骨组织工程支架及其它固定修复材料，在可控降解和体内示踪监测方面都是预先设计好材料的降解速率，但是，材料在体内的降解过程比较复杂，因此不能保证材料按设计的速率降解，若新骨的生长速率与支架材料降解速率相比过快或过慢，此时无法人为干预调控植入体的材料的降解速率，以满足组织生长和其它治疗的需要。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种复合材料及其制备方法，本发明提供的复合材料作为医用修复材料，能够实现体内的可控降解。

本发明提供了一种复合材料，包括：可生物降解材料和GdPO₄·H₂O。

优选的，所述可生物降解材料与所述GdPO₄·H₂O的质量比为1000mg：(2.5～35)mg。

优选的，所述GdPO₄·H₂O的形貌为交错排列的纳米棒。

优选的，所述可生物降解材料为聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚羟基丁酸酯、聚酸酐或聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚羟基丁酸酯和聚酸酐中两种以上的共聚物。

优选的，所述复合材料还包括羟基磷灰石。

优选的，所述羟基磷灰石与可生物降解材料的质量比为1:(7～25)。

本发明还提供了一种复合材料的制备方法，包括：将生物降解材料和GdPO₄·H₂O混合，得到复合材料。

优选的，所述可生物降解材料与所述GdPO₄·H₂O的质量比为1000mg：(2.5～35)mg。

优选的，所述步骤具体为：先将GdPO₄·H₂O溶解在溶剂中，再加入可生物降解材料，混合，得到复合材料。

本发明还提供了一种骨组织修复材料，由本发明提供的复合材料制备而成。

与现有技术相比，本发明提供了一种复合材料，包括：可生物降解材料和GdPO₄·H₂O，本发明所述复合材料包括GdPO₄·H₂O与可生物降解材料，使得得到的复合材料作为植入体内的材料，在施加交变磁场时，能够提高复合材料的温度，进而加速体内复合材料的降解速度，实现复合材料在体内的可控降解，同时，本发明提供的复合材料通过核磁显影实现对复合材料的变化进行监控，进而实现了对复合材料在体内的示踪监测。

附图说明

图1为本发明实施例提供的GdPO₄·H₂O的扫描电镜图；

图2为本发明实施例提供的GdPO₄·H₂O通过透射电镜得到的束状结构图；

图3为本发明实施例提供的GdPO₄·H₂O通过透射电镜得到的晶纹图；

图4为本发明实施例提供的GdPO₄·H₂O通过透射电镜得到的是单晶形态图；

图5为本发明实施例提供的复合材料在加磁场和不加磁场条件下的失重率；

图6本发明实施例以及对比例提供的复合材料的核磁显影图。

具体实施方式

本发明提供了一种复合材料，包括：可生物降解材料和GdPO₄·H₂O。

按照本发明，按照本发明，所述可生物降解材料与所述GdPO₄·H₂O的质量比优选为1000mg：(0.005～60)mg，更优选为1000mg：(2.5～35)mg，最优选为1000mg：(8～30)mg。

所述可生物降解材料优选为聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚羟基丁酸酯、聚酸酐或聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚羟基丁酸酯和聚酸酐中两种以上的共聚物，更优选为聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚羟基丁酸酯或聚酸酐。

所述GdPO₄·H₂O优选为交错排列的纳米棒，所述纳米棒的长度优选为500-1000nm，所述纳米棒的直径优选为40-60nm的纳米棒；具体的，所述GdPO₄·H₂O的形貌如图1～图4所示，图1为本发明实施例提供的GdPO₄·H₂O的扫描电镜图，图2为本发明实施例提供的GdPO₄·H₂O通过透射电镜得到的束状结构图，图3为本发明实施例提供的GdPO₄·H₂O通过透射电镜得到的晶纹图；图4为本发明实施例提供的GdPO₄·H₂O通过透射电镜得到的是单晶形态图。

所述GdPO₄·H₂O形貌为交错排列的纳米棒优选按照以下方法制备：

将Gd(NO₃)₃、NH₄H₂PO₄、尿素和乙二醇与水混合反应，得到具有纳米棒交错排列结构的GdPO₄·H₂O。

具体的，本发明将Gd(NO₃)₃、NH₄H₂PO₄、尿素和乙二醇与水混合反应，所述Gd(NO₃)₃与所述NH₄H₂PO₄的摩尔比优选为1：(1～1.5)，所述Gd(NO₃)₃与所述尿素的摩尔比优选为1：(0～1.2)，更优选为1：(0.1～0.6)；所述Gd(NO₃)₃与所述乙二醇的用量比优选为1mmol：(20～50)mL；所述乙醇与所述水的体积比为(5～10)：1。所述反应的温度优选为150～250℃，更优选为170～190℃，所述反应的时间优选为15～72小时，更优选为20～48小时。为了是反应能够更好的进行，本发明优选还向混合溶液中加入甘氨酸和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，然后反应得到GdPO₄·H₂O。反应完毕后，为了使GdPO₄·H₂O更好的从溶液中分离出来，本发明优选采用常温离心，得到具有纳米棒交错排列结构的GdPO₄·H₂O。

为了使复合材料在生物体内具有更好的生物相容性，本发明优选还向复合材料中加入羟基磷灰石，所述羟基磷灰石与可生物降解材料的质量比优选为1:(7～25)，更优选为1:(8～22)。

本发明还提供了一种复合材料的制备方法，包括：将生物降解材料和GdPO₄·H₂O混合，得到复合材料。

按照本发明，本发明将生物降解材料和GdPO₄·H₂O混合，得到复合材料，按照本发明，所述可生物降解材料与所述GdPO₄·H₂O的质量比优选为1000mg：(0.005～60)mg，更优选为1000mg：(2.5～35)mg，最优选为1000mg：(8～30)mg。所述可生物降解材料优选为聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚羟基丁酸酯、聚酸酐或聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚羟基丁酸酯和聚酸酐中两种以上的共聚物，更优选为聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚羟基丁酸酯或聚酸酐；所述GdPO₄·H₂O优选为交错排列的纳米棒，所述纳米棒的长度优选为500-1000nm，所述纳米棒的直径优选为40-60nm的纳米棒；具体的，所述GdPO₄·H₂O的形貌如图1～图4所示，图1为本发明实施例提供的GdPO₄·H₂O的扫描电镜图，图2为本发明实施例提供的GdPO₄·H₂O通过透射电镜得到的束状结构图，图3为本发明实施例提供的GdPO₄·H₂O通过透射电镜得到的晶纹图；图4为本发明实施例提供的GdPO₄·H₂O通过透射电镜得到的是单晶形态图；所述GdPO₄·H₂O形貌为交错排列的纳米棒的制备方法同前。

为了使复合材料在生物体内具有更好的生物相容性，本发明优选还向复合材料中加入羟基磷灰石，所述羟基磷灰石与可生物降解材料的质量比优选为1:(7～25)，更优选为1:(8～22)。

本发明对混合的方式没有特殊要求，只要能使所述GdPO₄·H₂O均匀分散在所述可生物降解材料中即可，本发明优选采用超声混合。

为了使所述GdPO₄·H₂O能够更好的均匀分散在生物降解材料中，本发明优选先将GdPO₄·H₂O加入有机溶剂中，混匀，再加入所述可生物降解材料和所述羟基磷灰石混匀，将得到的混合液混匀，挥发溶剂后得到复合材料；所述溶剂优选为氯仿、二氯甲烷N-甲基吡咯烷酮，DMSO，DMF或二氧六环。

本发明还提供了一种骨组织修复材料，由本发明提供的复合材料以及本发明提供的制备方法制备的复合材料制备而成。

本发明提供的骨组织修复材料，植入体内后，通过对植入局部施加交变磁场，使材料内的磁性纳米粒子产生磁热效应，人为提高植入物的温度，进而加速材料的降解速度，实现对修复材料的可控降解，并且通过核磁可显影和示踪观察修复材料在体内的变化过程，实现了对修复材料的示踪监测，因此，同时达到了可控降解和示踪监测的目的。

本发明提供了一种复合材料，包括：可生物降解材料和GdPO₄·H₂O，本发明所述复合材料包括GdPO₄·H₂O与可生物降解材料，使得得到的复合材料作为植入体内的材料，在施加交变磁场时，能够提高复合材料的温度，进而加速体内复合材料的降解速度，实现复合材料在体内的可控降解，同时，本发明提供的复合材料通过核磁显影实现对复合材料的变化进行监控，进而实现了对复合材料在体内的示踪监测。

下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

制备GdPO₄·H₂O和GdPO₄纳米束

将1mLGd(NO₃)₃(1mM)水溶液按加入25mL乙二醇溶液中，称取2.0gPVP加入上述溶液中，称取NH₄H₂PO₄0.25g、尿素0.5g溶于5mL水溶液中，再加入到上述溶液，称取甘氨酸3.0g加入上述溶液中，搅拌30min；将上述溶液转入50mL反应釜中，200℃反应24h，降至室温后离心洗涤沉淀，烘干得GdPO₄·H₂O纳米束。

通过扫描电镜对实施例1制备的GdPO₄·H₂O进行检测，结果参见图1，图1为本发明实施例提供的GdPO₄·H₂O的扫描电镜图。

通过透射电镜对实施例1制备的GdPO₄·H₂O进行检测，结果参见图2～4，图2为本发明实施例提供的GdPO₄·H₂O通过透射电镜得到的束状结构图，图3为本发明实施例提供的GdPO₄·H₂O通过透射电镜得到的晶纹图；图4为本发明实施例提供的GdPO₄·H₂O通过透射电镜得到的是单晶形态图。

实施例2

将3mg实施例1制备的GdPO₄·H₂O加入6mL NMP溶剂中，超声混匀；再加入HA60mg，超声混匀；然后再称取PLGA1.2g加到上述溶液中，搅拌过夜至PLGA溶解均匀；将混合液倒入培养皿中铺膜，或将混合液倒入离心管中固形，再放入水溶液中，待溶剂置换完全后得到膜复合材料或支架复合材料。

将实施例2制备的膜复合材料进行磁热降解实验，其结果参见图5，图5为本发明实施例提供的复合材料在加磁场和不加磁场条件下的失重率，从图中可以看出，在加磁场和不加磁场的条件下，复合材料的降解速率是不同的，所以，可以通过对复合材料施加交变磁场，加速复合材料的降解速度，实现复合材料降解的可控。

将实施例2制备的支架复合材料用于核磁检测，结果参见图6，图6本发明实施例以及对比例提供的复合材料的核磁显影图。

实施例3

将6mg实施例1制备的GdPO₄·H₂O加入6mL NMP溶剂中，超声混匀；再加入HA60mg，超声混匀；然后再称取PLGA1.2g加到上述溶液中，搅拌过夜至PLGA溶解均匀；将混合液倒入培养皿中铺膜，或将混合液倒入离心管中固形，再放入水溶液中，待溶剂置换完全后得到膜复合材料或支架复合材料。

将实施例3制备的膜复合材料进行磁热降解实验，其结果参见图5，结果参见图5，图5为本发明实施例提供的复合材料在加磁场和不加磁场条件下的失重率，从图中可以看出，在加磁场和不加磁场的条件下，复合材料的降解速率是不同的，所以，可以通过对复合材料施加交变磁场，加速复合材料的降解速度，实现复合材料降解的可控。

将实施例3制备的支架复合材料用于核磁检测，结果参见图6，图6本发明实施例以及对比例提供的复合材料的核磁显影图。

实施例4

将10mg实施例1制备的GdPO₄·H₂O加入6mL NMP溶剂中，超声混匀；再加入HA60mg，超声混匀；然后再称取PLGA1.2g加到上述溶液中，搅拌过夜至PLGA溶解均匀；将混合液倒入培养皿中铺膜，或将混合液倒入离心管中固形，再放入水溶液中，待溶剂置换完全后得到膜复合材料或支架复合材料。

将实施例4制备的膜复合材料进行磁热降解实验，其结果参见图5，结果参见图5，图5为本发明实施例提供的复合材料在加磁场和不加磁场条件下的失重率，从图中可以看出，在加磁场和不加磁场的条件下，复合材料的降解速率是不同的，所以，可以通过对复合材料施加交变磁场，加速复合材料的降解速度，实现复合材料降解的可控。

将实施例4制备的支架复合材料用于核磁检测，结果参见图6，图6本发明实施例以及对比例提供的复合材料的核磁显影图。

实施例5

将15mg实施例1制备的GdPO₄·H₂O加入6mL NMP溶剂中，超声混匀；再加入HA60mg，超声混匀；然后再称取PLGA1.2g加到上述溶液中，搅拌过夜至PLGA溶解均匀；将混合液倒入培养皿中铺膜，或将混合液倒入离心管中固形，再放入水溶液中，待溶剂置换完全后得到膜复合材料或支架复合材料。

将实施例5制备的膜复合材料进行磁热降解实验，其结果参见图1，结果参见图5，图5为本发明实施例提供的复合材料在加磁场和不加磁场条件下的失重率，从图中可以看出，在加磁场和不加磁场的条件下，复合材料的降解速率是不同的，所以，可以通过对复合材料施加交变磁场，加速复合材料的降解速度，实现复合材料降解的可控。

将实施例5制备的支架复合材料用于核磁检测，结果参见图6，图6本发明实施例以及对比例提供的复合材料的核磁显影图。

实施例6

将20mg实施例1制备的GdPO₄·H₂O加入6mL NMP溶剂中，超声混匀；再加入HA60mg，超声混匀；然后再称取PLGA1.2g加到上述溶液中，搅拌过夜至PLGA溶解均匀；将混合液倒入培养皿中铺膜，或将混合液倒入离心管中固形，再放入水溶液中，待溶剂置换完全后得到膜复合材料或支架复合材料。

将实施例6制备的膜复合材料进行磁热降解实验，其结果参见图5，结果参见图5，图5为本发明实施例提供的复合材料在加磁场和不加磁场条件下的失重率，，从图中可以看出，在加磁场和不加磁场的条件下，复合材料的降解速率是不同的，所以，可以通过对复合材料施加交变磁场，加速复合材料的降解速度，实现复合材料降解的可控。

将实施例6制备的支架复合材料用于核磁检测，结果参见图6，图6本发明实施例以及对比例提供的复合材料的核磁显影图。

对比例1

将HA60mg加入6mLNMP溶剂中，超声混匀；然后再称取PLGA1.2g加到上述溶液中，搅拌过夜至PLGA溶解均匀；将混合液倒入离心管中固形，再放入水溶液中，待溶剂置换完全后得到支架复合材料。

将对比例1制备的支架复合材料用于核磁检测，结果参见图6，图6本发明实施例以及对比例提供的复合材料的核磁显影图，从图可以看出随着GdPO₄·H₂O纳米束用量的升高，核磁显影效果逐渐增强。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合材料，包括：可生物降解材料和GdPO₄·H₂O。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述可生物降解材料与所述GdPO₄·H₂O的质量比为1000mg：(2.5～35)mg。

3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述GdPO₄·H₂O的形貌为交错排列的纳米棒。

4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述可生物降解材料为聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚羟基丁酸酯、聚酸酐或聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚羟基丁酸酯和聚酸酐中两种以上的共聚物。

5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料还包括羟基磷灰石。

6.根据权利要求5所述的复合材料，其特征在于，所述羟基磷灰石与可生物降解材料的质量比为1:(7～25)。

7.一种复合材料的制备方法，包括：将生物降解材料和GdPO₄·H₂O混合，得到复合材料。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述可生物降解材料与所述GdPO₄·H₂O的质量比为1000mg：(2.5～35)mg。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤具体为：先将GdPO₄·H₂O溶解在溶剂中，再加入可生物降解材料，混合，得到复合材料。

10.一种骨组织修复材料，由权利要求1～6所述的复合材料以及权利要求7～9所述的制备方法制备的复合材料制备而成。