CN106110397A - 一种可降解骨修复、可降解抗感染骨修复复合支架材料及其制备方法 - Google Patents
一种可降解骨修复、可降解抗感染骨修复复合支架材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106110397A CN106110397A CN201510924300.3A CN201510924300A CN106110397A CN 106110397 A CN106110397 A CN 106110397A CN 201510924300 A CN201510924300 A CN 201510924300A CN 106110397 A CN106110397 A CN 106110397A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- support frame
- degradable
- bone defect
- defect repari
- phosphoric acid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
- A61L27/44—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
- A61L27/46—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix with phosphorus-containing inorganic fillers
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
- A61L27/54—Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
- A61L27/58—Materials at least partially resorbable by the body
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
- A61L2300/20—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing organic materials
- A61L2300/204—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing organic materials with nitrogen-containing functional groups, e.g. aminoxides, nitriles, guanidines
- A61L2300/208—Quaternary ammonium compounds
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
- A61L2300/20—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing organic materials
- A61L2300/23—Carbohydrates
- A61L2300/232—Monosaccharides, disaccharides, polysaccharides, lipopolysaccharides
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
- A61L2300/40—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a specific therapeutic activity or mode of action
- A61L2300/404—Biocides, antimicrobial agents, antiseptic agents
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
- A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Dermatology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
本发明提供了一种可降解骨修复、可降解抗感染骨修复复合支架材料及其制备方法。本发明的复合支架材料经由三维打印快速成型制备而成,主要由具有骨修复功能的生物主体支架材料、抗菌材料复合而成,其中,主体支架材料为磷酸盐类无机物和高分子聚合物复合而成,抗菌药物为经天然多糖衍生物溶于磷酸盐缓冲液配制而成。本发明利用三维打印机打印可定制规格的具有骨修复活性的生物支架,并复合具有抗菌活性的材料,具有良好的生物相容性、骨修复和抗菌功能,可用于高感染、高风险等复杂难治骨缺损的修复。
Description
技术领域
本发明属于医用生物材料领域,尤其涉及一种可降解骨修复、可降解抗菌骨修复复合支架材料及其制备方法。
背景技术
对大段骨缺损的治疗是目前骨科临床的主要任务之一,但临床上大段骨缺损常复合开放性损伤,有较大的细菌沾染和发生感染的风险。随着材料学及临床医学的发展,符合植入部位需求的个性化骨修复材料已经逐渐取代自体/异体骨移植,成为研究热点和新的临床治疗手段。利用三维打印技术,可通过制备参数的设计对多孔支架的外形及内部结构如孔隙率、孔径大小、连通性等影响多孔支架骨修复效果的关键特征实现精确和灵活控制,材料制备时间短,能复合不同的治疗药物以满足临床上不同疾病的骨修复需求,实现个体适配性,给特殊复杂骨缺损的修复提供了一条全新的途径。
目前,临床应用最广泛有效的抗生素递药系统材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),常用的负载抗生素有庆大霉素、妥布霉素和万古霉素等。然而,PMMA的应用有几个明显的缺点(Campoccia D,Montanaro L,等Antibiotic-loaded biomaterials and the risks for the spread ofantibiotic resistance following their prophylactic and therapeuticclinical use.Biomaterials 2010;31:6363–77.)在混合和调制PMMA的过程中会发生热反应,温度会升高至100℃,这样会降低一些抗生素的治疗效果;由于负载抗生素的PMMA是非降解的,感染控制后,需要二次手术取出PMMA骨水泥。由于疤痕和粘连的形成,外科取出PMMA比植入更加困难,并且可能带来术后感染的附加风险;而且,大部分抗生素可能保持在PMMA骨水泥中不能释放(只有小于10%的药物最终被释放),后期可能的低浓度释放可使载体表面的细菌产生耐药性。
目前报道的可降解的、已用于局部抗生素缓释的无机和有机载体材料有羟基磷灰石(HA)、磷酸钙骨水泥(CPC)、硫酸钙、聚乳酸(PLA),聚乳酸聚乙醇酸共聚物(PLGA),聚己内酯(PCL)、壳聚糖、胶原蛋白、海藻酸盐等。聚乳酸(PLA)是目前研究最多的聚酯类生物可降解材料之一,具有优良生物相容性和生物可降解性,可安全用于体内作为药物缓释的载体,但其力学强度不足,限制了它的应用范围;虽然PLGA已通过美国FDA批准,但PLGA的力学性能与骨有较多差异,植入体内后其降解产物所致的局部pH值的酸性改变,能够造成组织和细胞损害而引发无菌性炎症。因此可通过复合羟基磷灰石或三磷酸钙等磷酸盐类无机物的方法对材料进行增强,其碱性也可缓冲并维持局部PH值的稳定。
天然多糖类衍生物是从生物体内提取出的无毒可吸收的天然有机物,我们前期的研究结果表明(Peng ZX,等Adjustment of the antibacterialactivity and biocompatibility of hydroxypropyltrimethyl ammoniumchloride chitosan by varying the degree of substitution of quaternaryammonium.Carbohydr Polym 2010;81:275–283;Tan H,等The use ofquaternised chitosan-loaded PMMA to inhibit biofilm formation anddownregulate the virulence-associated gene expression ofantibiotic-resistant staphylococcus.Biomaterials.2012Jan;33(2):365-77),壳聚糖季铵盐随着其季铵基取代度的提高,其溶解度和抗菌性能有了较大的改善,可以抑制细菌感染发生的关键环节-细菌生物膜的形成;同时适宜取代度(5%-60%)的壳聚糖季铵盐对于骨源性细胞无明显的毒性作用,相反可促进干细胞在生物材料表面的黏附、增殖及向成骨细胞的分化。
RP技术是近几年发展起来的新型材料加工技术,可借助于医学成像系统(CT、MRI)、计算机辅助设计(CAD)、数字转换器迅速产生复杂三维物体模型,通过计算机控制成型部件精确成型(Derby B.Printing and prototypingof tissues and scaffolds.Science.2012 Nov 16;338(6109):921-6.)。利用RP技术可通过制备参数的设计对多孔支架的外形及内部结构如孔隙率、孔尺寸、孔分布等影响多孔支架骨修复效果的关键特征实现精确和灵活控制,材料制备时间短,满足临床上每个病人不同的骨修复需求,实现个体适配性。因此本发明利用三维打印快速成型技术,制备兼备骨修复及抗菌能力的复合生物支架材料,用于高感染风险骨缺损的修复治疗。
发明内容
本发明提供了一种可降解骨修复、可降解抗感染骨修复复合支架材料及其制备方法,在于克服现有骨修复材料活性单一、抗生素耐药性、材料生物降解性能较弱的一种或多种缺陷,提供一种可降解、兼备抗菌和骨修复活性的复合支架材料,解决目前临床上复杂性骨缺损的抗感染问题。具体的技术方案如下:
一种可降解骨修复复合支架材料,包括以下重量份的原料组成:包括以下重量份的原料组成:磷酸盐类无机物溶液5-40份,高分子聚合物溶液50-90份;其中所述磷酸盐类无机物溶液的质量百分比浓度为1%~50%,所述高分子聚合物溶液的质量百分比浓度为1%~50%;所述磷酸盐类无机物为磷酸氢钙、磷酸三钙、磷酸二氢钙、磷酸四钙、磷酸八钙、羟基磷灰石中的至少一种,所述高分子聚合物为聚三亚甲基碳酸酯、聚酸酐、聚乳酸、乳酸羟基乙酸共聚物、聚乙烯醇和聚己内酯中的至少一种。
本发明的另一面一种可降解抗菌骨修复复合支架材料,包括以下重量份的原料组成:磷酸盐类无机物溶液5-40份,高分子聚合物溶液50-90份,天然多糖衍生物抗菌溶液1-30份。
上述的可降解抗菌骨修复复合支架材料,其中,所述磷酸盐类无机物溶液的质量百分比浓度为1%~50%,所述高分子聚合物溶液的质量百分比浓度为1%~50%;所述天然多糖衍生物抗菌材料的浓度为5.0~50mg/ml。
上述的可降解抗菌骨修复复合支架材料,其中,所述天然多糖衍生物抗菌材料为壳聚糖季铵盐抗菌材料。
上述的可降解抗菌骨修复复合支架材料,其中,所述磷酸盐类无机物为磷酸氢钙、磷酸三钙、磷酸二氢钙、磷酸四钙、磷酸八钙、羟基磷灰石中的至少一种,所述高分子聚合物为聚三亚甲基碳酸酯、聚酸酐、聚乳酸、乳酸羟基乙酸共聚物、聚乙烯醇和聚己内酯中的至少一种,所述天然多糖衍生物的取代度为5%~60%。
本发明还包括,一种可降解抗菌骨修复复合支架材料的制备方法,包括以下步骤:
将磷酸盐类无机物和高分子聚合物分别制备成溶液并混合均匀得到第一混合物;
将第一混合物置于三维打印机中匀速打印出可降解骨修复复合支架材料;
将上述的复合支架材料用天然多糖衍生物抗菌材料进行改性得到可降解抗菌骨修复复合支架材料,其中,改性优选为通过化学改性。
上述的制备方法,其中,所述将磷酸盐类无机物和高分子聚合物分别制备成溶液并混合均匀得到第一混合物的步骤中,所述磷酸盐类无机物溶液的质量百分比浓度为1%~50%,所述高分子聚合物溶液的质量百分比浓度为1%~50%。
上述的制备方法,其中,所述磷酸盐类无机物溶液的质量百分比浓度为5%~40%,所述高分子聚合物溶液的质量百分比浓度为5%~40%;所述天然多糖衍生物的季铵基取代度为5%~60%,天然多糖衍生物抗菌溶液的浓度为5.0~50mg/ml。
上述的制备方法,其中,所述将磷酸盐类无机物和高分子聚合物分别制备成溶液并混合均匀得到第一混合物的步骤中,所述磷酸盐类无机物和高分子聚合物分别制备成溶液以0.5~3.0:4.0的比例混合均匀。
上述的制备方法,其中,所述骨修复复合支架材料为多孔支架材料结构,所述支架材料的孔隙率≥50%,孔径≥40μm;所述改性为通过共价键将天然多糖衍生物抗菌材料接枝到复合支架材料表面得到可降解抗菌骨修复复合支架材料。
本发明提供了一种可降解骨修复、可降解抗菌骨修复复合支架材料及其制备方法,本发明的复合支架材料经由三维打印快速成型制备而成,主要由具有骨修复功能的生物主体支架材料、抗菌材料复合而成,其中,主体支架为磷酸盐类无机物和高分子聚合物复合而成,抗菌材料为经天然多糖衍生物溶于磷酸盐缓冲液配制而成;在于克服现有骨修复材料活性单一、抗生素耐药性、生物降解性能较弱的一种或多种缺陷,提供一种可降解兼备抗菌和骨修复活性的复合支架材料,解决目前临床上复杂性骨缺损感染问题,本发明利用三维打印机打印可定制规格的具有骨修复活性生物支架材料,并结合具有抗菌活性的药物,具有良好的生物相容性、骨修复和抗菌功能,可用于感染性骨缺损等复杂难治性骨科疾病的治疗。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图,重点在于示出本发明的主旨。
图1为本发明提供的一种可降解抗菌骨修复复合支架材料的表面形貌电镜图;
图2为本发明中一种可降解抗菌骨修复复合支架材料与其他成分材料抑菌效果比较示意图。
图3为本发明中一种可降解抗菌骨修复复合支架材料的表面上人骨髓间充质干细胞粘附、铺展情况示意图。
具体实施方式
在下文的描述中,给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而,对于本领域技术人员而言显而易见的是,本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中,为了避免与本发明发生混淆,对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明,将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构,以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下,然而除了这些详细描述外,本发明还可以具有其他实施方式。
实施例1,一种可降解骨修复复合支架材料,包括以下重量份的原料组成:磷酸盐类无机物溶液5,高分子聚合物溶液50,其中磷酸盐类无机物溶液的质量百分比浓度为1%~50%,优选5%~40%;高分子聚合物溶液的质量百分比浓度为1%~50%,优选为5%~40%;磷酸盐类无机物为磷酸氢钙、磷酸三钙、磷酸二氢钙、磷酸四钙、磷酸八钙、羟基磷灰石中的至少一种;高分子聚合物为聚三亚甲基碳酸酯、聚酸酐、聚乳酸、乳酸羟基乙酸共聚物、聚乙烯醇和聚己内酯中的至少一种。
实施例2,一种可降解骨修复复合支架材料,包括以下重量份的原料组成:磷酸盐类无机物溶液40,高分子聚合物溶液90,其中磷酸盐类无机物溶液的质量百分比浓度为1%~50%,优选5%~40%;高分子聚合物溶液的质量百分比浓度为1%~50%,优选为5%~40%;磷酸盐类无机物为磷酸氢钙、磷酸三钙、磷酸二氢钙、磷酸四钙、磷酸八钙、羟基磷灰石中的至少一种;高分子聚合物为聚三亚甲基碳酸酯、聚酸酐、聚乳酸、乳酸羟基乙酸共聚物、聚乙烯醇和聚己内酯中的至少一种。
实施例3,一种可降解抗菌骨修复复合支架材料,包括以下重量份的原料组成:磷酸盐类无机物溶液5,高分子聚合物溶液50,天然多糖衍生物抗菌溶液1;其中磷酸盐类无机物溶液的质量百分比浓度为1%~50%,优选5%~40%;高分子聚合物溶液的质量百分比浓度为1%~50%,优选为5%~40%,天然多糖衍生物的取代度为5%~60%,优选10%~50%,进一步优选15%~40%,天然多糖衍生物抗菌溶液浓度保持在5.0~50mg/ml;磷酸盐类无机物为磷酸氢钙、磷酸三钙、磷酸二氢钙、磷酸四钙、磷酸八钙、羟基磷灰石中的至少一种;高分子聚合物为聚三亚甲基碳酸酯、聚酸酐、聚乳酸、乳酸羟基乙酸共聚物、聚乙烯醇和聚己内酯中的至少一种。
实施例4,一种可降解抗菌骨修复复合支架材料,包括以下重量份的原料组成:磷酸盐类无机物溶液40,高分子聚合物溶液90,天然多糖衍生物抗菌溶液30,其中磷酸盐类无机物溶液的质量百分比浓度为1%~50%,优选5%~40%;高分子聚合物溶液的质量百分比浓度为1%~50%,优选为5%~40%,天然多糖衍生物的取代度为5%~60%,优选10%~50%,进一步优选15%~40%,天然多糖衍生物抗菌溶液浓度保持在5.0~50mg/ml;磷酸盐类无机物为磷酸氢钙、磷酸三钙、磷酸二氢钙、磷酸四钙、磷酸八钙、羟基磷灰石中的至少一种;高分子聚合物为聚三亚甲基碳酸酯、聚酸酐、聚乳酸、乳酸羟基乙酸共聚物、聚乙烯醇和聚己内酯中的至少一种。
在本发明中,天然多糖衍生物抗菌材料为壳聚糖季铵盐抗菌材料,天然多糖衍生物的取代度为5%~60%,进一步为,天然多糖衍生物的季铵基取代度为5%~60%。
本发明还包括,一种可降解抗菌骨修复复合支架材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤S1:将磷酸盐类无机物和高分子聚合物分别制备成溶液并混合均匀得到第一混合物,其中磷酸盐类无机物溶液的质量百分比浓度为1%~50%,进一步优选为5%~40%,再优选为10%~35%,高分子聚合物溶液的质量百分比浓度为1%~50%,进一步为5%~40%,再优选为10%~35%;磷酸盐类无机物和高分子聚合物分别制备成溶液以0.5~3.0:4.0的比例混合均匀,进一步优选为1.0~2.5:4.0;
步骤S2:将第一混合物置于三维打印机中匀速打印出可降解骨修复复合支架材料,其中三维打印机打印时,制备温度保持在200-600℃,本发明制备的可降解骨修复复合支架材料的抗压强度可达到5-50MPa;骨修复复合支架材料为圆柱形多孔支架结构,所述骨修复复合支架材料的孔隙率≥50%,孔径≥40μm,具体为孔隙率为50%-100%,孔径为40-500μm;
步骤S3:将上述的复合支架材料用天然多糖衍生物抗菌溶液进行改性得到可降解抗菌骨修复复合支架材料,其中天然多糖衍生物的取代度为5%~60%,优选为10%~50%,再优选为15%~40%;天然多糖衍生物的分子量为10000~300000,天然多糖衍生物抗菌溶液的浓度为5.0~50mg/ml,优选为10~40mg/ml,其中改性为通过化学改性的方式进行改性,例如通过共价键将天然多糖衍生物抗菌材料接枝到复合支架材料表面得到可降解抗菌骨修复复合支架材料,进一步,采用1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐作为交联剂,将天然多糖衍生物的氨基和支架材料的羰基共价键接枝。
本发明利用高分子聚合物改善了骨活性生物支架材料的可降解性和生物相容性,使其在体内能有较好的降解性能,同时支架材料内掺杂的磷酸盐类无机物能有效改善和提高该支架材料的初期力学强度和支撑能力,并且,将具有良好抗菌性能的天然多糖衍生物与支架材料相结合,从而使得支架材料具有成骨活性的同时兼具良好的抗菌性能。从而解决了传统生物支架材料存在的降解性、体内细胞毒性和抗菌性能欠缺等缺陷,是一种具有临床应用潜力的感染性骨缺损修复材料,本发明的骨修复材料可用于粉碎性骨折、不稳定性骨折并骨缺损感染修复、或用于人工关节或内固定置换术后感染的骨缺损间隙填充支架材料。
实施例5,一种可降解抗菌骨修复复合支架材料的制备方法,包括以下步骤:配制质量百分比浓度为20%的磷酸盐类无机物水溶液和质量百分比浓度为40%的高分子聚合物乙酸溶液,将两种制备好的溶液按0.1:1.0的比例充分搅拌混匀,在三维打印机中以200~600℃条件下匀速打印复合生物支架材料,再将取代度为10%、分子量为50000的天然多糖衍生物溶于水性溶液中,制备浓度为10mg/ml的抗菌溶液,将该抗菌成分与制备完毕的三维生物支架材料相结合,从而制备出兼具成骨活性和抗菌性能的多孔生物支架材料。
实施例6,一种可降解抗菌骨修复复合支架材料的制备方法,包括以下步骤:配制质量百分比浓度为30%的磷酸盐类无机物水溶液和质量百分比浓度为45%的高分子聚合物乙酸溶液,将两种制备好的溶液按0.2:1.0的比例充分搅拌混匀,在三维打印机中以200~600℃条件下匀速打印复合生物支架材料。再将取代度为15%、分子量为100000的天然多糖衍生物溶于水性溶液中,制备浓度为15mg/ml的抗菌溶液,将该抗菌成分与制备完毕的三维生物支架材料相结合,从而制备出兼具成骨活性和抗菌性能的多孔生物支架材料。
实施例7,一种可降解抗菌骨修复复合支架材料的制备方法,包括以下步骤:配制质量百分比浓度为35%的磷酸盐类无机物水溶液和质量百分比浓度为50%的高分子聚合物乙酸溶液,将两种制备好的溶液按.025:1.0的比例充分搅拌混匀,在三维打印机中以200~600℃条件下匀速打印复合生物支架材料。再将取代度为25%、分子量为200000的天然多糖衍生物溶于水性溶液中,制备浓度为20mg/ml的抗菌溶液,将该抗菌成分与制备完毕的三维生物支架材料相结合,从而制备出兼具成骨活性和抗菌性能的多孔生物支架材料。
以下就本发明的可降解抗菌骨修复复合支架材料的抗菌性能提供一具体实验。
将实施例7中制备的生物支架材料灭菌后置入孔板中,同时按制备方法中提及的方式制备出单一高分子聚合物、高分子聚合物和磷酸盐类无机物、高分子聚合物和天多糖衍生物三种不同类型支架材料,以作为对照研究本发明支架材料的抗菌性能。金属环扣压后将图2中所述4种细菌(菌株悬液浓度为1×106CFU/ml)以每孔500μl分别加入4块含支架材料的孔板中,在细菌培养箱37℃、避光条件下培养4h。4h后弃去培养液,PBS轻洗3次以去除非粘附的浮游细菌,然后再通过涂板计数法对各不同成分的支架材料的抗菌性能进行评价,即:每组材料复3孔,4组样品表面粘附的细菌通过超声震荡技术洗脱(频率50Hz),然后进行倍比稀释至1×105CFU/ml后行TSA涂板,培养箱37℃培养,24h后计数分析,结果计为细菌数量/材料立体表面积(CFUs/mm2),最后结果以高分子聚合物组作为标准化处理来表示。通过对比显示,本发明中高分子聚合物/磷酸盐类无机物/天然多糖衍生物复合多孔生物支架材料的抗菌性能显著,且相对同样具有良好抗菌性能的高分子聚合物/天然多糖衍生物支架材料而言,其具有不可替代的成骨活性。
以下就本发明的可降解抗感染骨修复复合支架材料的细胞相容性提供一具体实验。
将实施例7中制备的生物支架材料灭菌后置入孔板中,加入含第3代干细胞的细胞悬液(细胞数2×104),放入培养箱中,孵育24小时后移除培养基,材料PBS轻洗3次,首先以4.0%多聚甲醛室温固定15分钟,弃去固定液后用PBS洗涤2次,再以0.1%TritonX-100(曲拉通)室温下孵育破膜15min;然后PBS轻洗3次,以5U/ml Alexa555phalloidin(罗丹明-鬼笔环肽)室温下对细胞骨架染色1h。PBS轻洗3次去除非特异性染色后,以激光光聚焦显微镜(CLSM)对支架材料表面的细胞骨架铺展情况进行观察分析。结果如图3所示,表明:细胞在支架材料表面已完全伸展,并在材料表面粘附良好,说明材料具有良好的细胞相容性。
综上所述,本发明提供一种可降解骨修复、可降解抗菌骨修复复合支架材料及其制备方法,本发明的复合支架材料经由三维打印快速成型制备而成,主要由具有骨修复功能的生物主体支架材料、抗菌材料复合而成,其中,主体支架材料为磷酸盐类无机物和高分子聚合物复合而成,抗菌药物为经天然多糖衍生物溶于磷酸盐缓冲液配制而成。本发明利用三维打印机打印可定制规格的具有骨修复活性的生物支架,并复合具有抗菌活性的材料,具有良好的生物相容性、骨修复和抗菌功能,可用于高感染、高风险等复杂难治骨缺损的修复。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施;任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例,这并不影响本发明的实质内容。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种可降解骨修复复合支架材料,其特征在于,包括以下重量份的原料组成:磷酸盐类无机物溶液5-40份,高分子聚合物溶液50-90份;其中所述磷酸盐类无机物溶液的质量百分比浓度为1%~50%,所述高分子聚合物溶液的质量百分比浓度为1%~50%;所述磷酸盐类无机物为磷酸氢钙、磷酸三钙、磷酸二氢钙、磷酸四钙、磷酸八钙、羟基磷灰石中的至少一种,所述高分子聚合物为聚三亚甲基碳酸酯、聚酸酐、聚乳酸、乳酸羟基乙酸共聚物、聚乙烯醇和聚己内酯中的至少一种。
2.一种可降解抗菌骨修复复合支架材料,其特征在于,包括以下重量份的原料组成:磷酸盐类无机物5-40份,高分子聚合物50-90份,天然多糖衍生物抗菌材料1-30份。
3.如权利要求2所述的一种可降解抗菌骨修复复合支架材料,其特征在于,所述磷酸盐类无机物溶液的质量百分比浓度为1%~50%,所述高分子聚合物溶液的质量百分比浓度为1%~50%;所述天然多糖衍生物抗菌材料的浓度为5.0~50mg/ml。
4.如权利要求3所述的一种可降解抗菌骨修复复合支架材料,其特征在于,所述天然多糖衍生物抗菌材料为壳聚糖季铵盐抗菌材料。
5.如权利要求3-4任一所述的一种可降解抗菌骨修复复合支架材料,其特征在于,所述磷酸盐类无机物为磷酸氢钙、磷酸三钙、磷酸二氢钙、磷酸四钙、磷酸八钙、羟基磷灰石中的至少一种,所述高分子聚合物为聚三亚甲基碳酸酯、聚酸酐、聚乳酸、乳酸羟基乙酸共聚物、聚乙烯醇和聚己内酯中的至少一种,所述天然多糖衍生物的季铵基取代度为5%~60%。
6.一种可降解抗菌骨修复复合支架材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将磷酸盐类无机物和高分子聚合物分别制备成溶液并混合均匀得到第一混合物;
将第一混合物置于三维打印机中匀速打印出可降解骨修复复合支架材料;
将上述的复合支架材料用天然多糖衍生物抗菌材料进行改性得到可降解抗菌骨修复复合支架材料。
7.如权利要求6所述的一种可降解抗菌骨修复复合支架材料的制备方法,其特征在于,所述将磷酸盐类无机物和高分子聚合物分别制备成溶液并混合均匀得到第一混合物的步骤中,所述磷酸盐类无机物溶液的质量百分比浓度为1%~50%,所述高分子聚合物溶液的质量百分比浓度为1%~50%。
8.如权利要求7所述的一种可降解抗菌骨修复复合支架材料的制备方法,其特征在于,所述磷酸盐类无机物溶液的质量百分比浓度为5%~40%,所述高分子聚合物溶液的质量百分比浓度为5%~40%;所述天然多糖衍生物的季铵基取代度为5%~60%,天然多糖衍生物抗菌溶液的浓度为5.0~50mg/ml。
9.如权利要求6所述的一种可降解抗菌骨修复复合支架材料的制备方法,其特征在于,所述将磷酸盐类无机物和高分子聚合物分别制备成溶液并混合均匀得到第一混合物的步骤中,所述磷酸盐类无机物和高分子聚合物分别制备成溶液以0.5~3.0:4.0的比例混合均匀。
10.如权利要求6-9任一所述的一种可降解抗菌骨修复复合支架材料的制备方法,其特征在于,所述骨修复复合支架材料为多孔支架材料结构,所述支架材料的孔隙率≥50%,孔径≥40μm;所述改性为通过共价键将天然多糖衍生物抗菌材料接枝到复合支架材料表面得到可降解抗菌骨修复复合支架材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510924300.3A CN106110397A (zh) | 2015-12-11 | 2015-12-11 | 一种可降解骨修复、可降解抗感染骨修复复合支架材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510924300.3A CN106110397A (zh) | 2015-12-11 | 2015-12-11 | 一种可降解骨修复、可降解抗感染骨修复复合支架材料及其制备方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106110397A true CN106110397A (zh) | 2016-11-16 |
Family
ID=57471508
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510924300.3A Pending CN106110397A (zh) | 2015-12-11 | 2015-12-11 | 一种可降解骨修复、可降解抗感染骨修复复合支架材料及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106110397A (zh) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107754020A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-03-06 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 壳聚糖季铵盐改性抗菌磷酸钙骨水泥的制备方法及其产品和应用 |
CN107929807A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-04-20 | 东华大学 | 掺锶羟基磷灰石复合聚己内酯材料及其制备和应用 |
CN109053185A (zh) * | 2018-09-08 | 2018-12-21 | 佛山市森昂生物科技有限公司 | 一种生物活性陶瓷材料的制备方法 |
CN109675099A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-26 | 山东大学 | 磷酸三钙与磷酸八钙复合生物陶瓷材料及其制备方法 |
CN110151361A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-08-23 | 上海交通大学医学院附属第九人民医院 | 一种骨缺损的修复装置及其制备方法和缓释药物组合物 |
CN112791241A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-05-14 | 苏州智骨医疗科技有限公司 | 用于治疗股骨头坏死的3d打印复合骨修复体及制备方法 |
CN112843332A (zh) * | 2020-11-04 | 2021-05-28 | 华东数字医学工程研究院 | 骨修复材料及其制备方法和应用 |
CN114569539A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-06-03 | 赵振群 | 一种新型抗菌素释缓系统、制备方法及其应用 |
-
2015
- 2015-12-11 CN CN201510924300.3A patent/CN106110397A/zh active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107754020A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-03-06 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 壳聚糖季铵盐改性抗菌磷酸钙骨水泥的制备方法及其产品和应用 |
CN107929807A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-04-20 | 东华大学 | 掺锶羟基磷灰石复合聚己内酯材料及其制备和应用 |
CN109053185A (zh) * | 2018-09-08 | 2018-12-21 | 佛山市森昂生物科技有限公司 | 一种生物活性陶瓷材料的制备方法 |
CN109675099A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-26 | 山东大学 | 磷酸三钙与磷酸八钙复合生物陶瓷材料及其制备方法 |
CN110151361A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-08-23 | 上海交通大学医学院附属第九人民医院 | 一种骨缺损的修复装置及其制备方法和缓释药物组合物 |
CN110151361B (zh) * | 2019-01-09 | 2023-10-27 | 上海交通大学医学院附属第九人民医院 | 一种骨缺损的修复装置及其制备方法和缓释药物组合物 |
CN112843332A (zh) * | 2020-11-04 | 2021-05-28 | 华东数字医学工程研究院 | 骨修复材料及其制备方法和应用 |
CN112791241A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-05-14 | 苏州智骨医疗科技有限公司 | 用于治疗股骨头坏死的3d打印复合骨修复体及制备方法 |
CN114569539A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-06-03 | 赵振群 | 一种新型抗菌素释缓系统、制备方法及其应用 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chen et al. | 3D printed porous PLA/nHA composite scaffolds with enhanced osteogenesis and osteoconductivity in vivo for bone regeneration | |
CN106110397A (zh) | 一种可降解骨修复、可降解抗感染骨修复复合支架材料及其制备方法 | |
Song et al. | Nano-biphasic calcium phosphate/polyvinyl alcohol composites with enhanced bioactivity for bone repair via low-temperature three-dimensional printing and loading with platelet-rich fibrin | |
Wang et al. | Enhancing the bioactivity of Poly (lactic-co-glycolic acid) scaffold with a nano-hydroxyapatite coating for the treatment of segmental bone defect in a rabbit model | |
Jahangirian et al. | A review of using green chemistry methods for biomaterials in tissue engineering | |
Yang et al. | The design of scaffolds for use in tissue engineering. Part I. Traditional factors | |
Park et al. | Scaffolds for bone tissue engineering fabricated from two different materials by the rapid prototyping technique: PCL versus PLGA | |
Zhou et al. | Innovative biodegradable poly (L-lactide)/collagen/hydroxyapatite composite fibrous scaffolds promote osteoblastic proliferation and differentiation | |
Niu et al. | Repair of bone defect in femoral condyle using microencapsulated chitosan, nanohydroxyapatite/collagen and poly (L‐lactide)‐based microsphere‐scaffold delivery system | |
Gupta et al. | Multiscale porosity in compressible cryogenically 3D printed gels for bone tissue engineering | |
Venugopal et al. | Electrospun PCL nanofibers blended with Wattakaka volubilis active phytochemicals for bone and cartilage tissue engineering | |
Hu et al. | Biodegradable poly (lactic acid-co-trimethylene carbonate)/chitosan microsphere scaffold with shape-memory effect for bone tissue engineering | |
Jing et al. | Fabrication of porous poly (ε-caprolactone) scaffolds containing chitosan nanofibers by combining extrusion foaming, leaching, and freeze-drying methods | |
Chou et al. | Enhancement of tendon–bone healing via the combination of biodegradable collagen-loaded nanofibrous membranes and a three-dimensional printed bone-anchoring bolt | |
Shumilova et al. | Porous 3D implants of degradable poly‐3‐hydroxybutyrate used to enhance regeneration of rat cranial defect | |
Haim Zada et al. | Effect of ethylene oxide and gamma (γ-) sterilization on the properties of a PLCL polymer material in balloon implants | |
Jayasuriya et al. | Fabrication and characterization of novel hybrid organic/inorganic microparticles to apply in bone regeneration | |
Wang et al. | Nanocalcium-deficient hydroxyapatite–poly (ɛ-caprolactone)–polyethylene glycol–poly (ɛ-caprolactone) composite scaffolds | |
CN105283207B (zh) | 使用可降解的聚合物基纳米复合材料的骨再生及其应用 | |
CN102271723B (zh) | 组织再生膜 | |
Goh et al. | Fabrication and in vitro biocompatibility of sodium tripolyphosphate-crosslinked chitosan–hydroxyapatite scaffolds for bone regeneration | |
Ganguly et al. | Electrospun and 3D printed polymeric materials for one-stage critical-size long bone defect regeneration inspired by the Masquelet technique: Recent Advances | |
Li et al. | Dual-nozzle 3D printed nano-hydroxyapatite scaffold loaded with vancomycin sustained-release microspheres for enhancing bone regeneration | |
Xia et al. | Emerging polymeric biomaterials and manufacturing techniques in regenerative medicine | |
RG et al. | A review on the recent applications of synthetic biopolymers in 3D printing for biomedical applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161116 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |