CN106620869A - 一种胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨及其制备方法，该人工骨是由I型胶原蛋白、羟基磷灰石和聚对二氧环己酮组成。本发明的制备方法包括以下步骤：将I型胶原蛋白置于溶剂中配置胶原蛋白溶液，加入适量的羟基磷灰石后搅拌至均匀；将混合料浆置于模具中，先预冻后冷冻干燥成型，将冻干成型的多孔材料粉碎得到共混粉末；将聚对二氧环己酮溶解于四氟乙酸配置成溶液，按比例加入共混粉末，搅拌至均匀后冷压成型；将成型的预产品水洗和干燥，得到胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨。本发明制备方法简单、生产成本低，本胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨抗压强度可以达到75~90MPa，且韧性良好，能够满足骨科手术中的骨填充及部分替代需要。

Description

一种胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用生物材料领域，具体为一种胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨及其制备方法。
背景技术
目前，由骨肿瘤、创伤、骨髓炎等手术切除造成的骨缺损对自身骨组织产生严重影响。自体骨虽有良好的生物相容性和骨诱导型，但也会给患者带来更大的痛苦，还引起供骨区炎症和并发症等。而异体骨常存在免疫排斥反应及带进新的病毒或毒素等问题，因此设计和开发新型人工骨修复材料具有重要的市场价值和社会效益。在人体自然骨中，无机成分主要是羟基磷灰石，占骨质量的65%左右；有机成分主要是I型胶原纤维，占骨质量的34%。羟基磷灰石具有良好的生物活性、生物相容性和生物可降解性等优点，在人工骨修复材料中应用广泛。骨修复材料理想的生物学性能不仅和其材料的化学成分有关，而且与材料的孔结构和机械性能也息息相关。
胶原蛋白和羟基磷灰石作为骨组织的主要组成部分，在骨组织中起着不可替代的作用。聚对二氧环己酮由于其产品生物相容性好，且具有优异的韧性，广泛应用于医学领域，可吸收手术缝合线，骨科固定材料和组织修复材料如螺钉、固定拴、销、锚、箍和骨板等骨科固定装置。该材料通过水解机制降解，最终降解产物为二氧化碳和水，随人体代谢循环排出体外。
近些年，市场上出现的钙磷体系人工骨，在骨缺损填充中应用十分广泛，但是其中只包含了骨组织的无机成分，缺少胶原等促进骨组织修复的成分。而钙磷体系人工骨多数采用高温烧结，为促进骨组织修复的组分加入带来了难以逾越的障碍。
本发明以胶原蛋白、羟基磷灰石、聚对二氧环己酮为原料，采用冷压成型技术制备出一种胶原蛋白复合人工骨，该材料不仅有良好的生物相容性和骨诱导性，而且韧性良好，且强度较高。本发明制备的胶原蛋白复合人工骨有着十分广阔的应用空间，满足临床使用需求，具有重要的市场价值和社会效益。
发明内容
本发明的目的在于制备出一种胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨，该人工骨适用于骨缺损的填充及部分部位的替代。
本发明的另一个目的在于提供上述胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨的制备方法，该制备工艺简单、生产周期短、生产成本低。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明以具有良好的生物相容性和生物活性的胶原蛋白、羟基磷灰石、聚对二氧环己酮制备而成，其制备过程包括以下五个步骤：（1）配置胶原蛋白溶液，将羟基磷灰石置于胶原蛋白溶液中，机械搅拌至混合均匀；（2）将混合料浆置于模具中，冷冻干燥成型，将冻干成型的多孔材料粉碎得到共混粉末；（3）将聚对二氧环己酮溶解于四氟乙酸配置成溶液，将共混粉末加入至聚对二氧环己酮溶液中，搅拌至均匀混合；（4）将混合物置于模具中，经冷冻干燥和冷压成型即得胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨预产品；（5）将胶原蛋白复合人工骨预产品置于纯水中清洗，干燥后得到胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨。
实施的具体技术方案如下：
步骤一：将I型胶原蛋白溶解于乙酸溶液中，配置成一定浓度的胶原蛋白溶液，取适量的羟基磷灰石置于胶原蛋白溶液，机械搅拌至混合均匀；
步骤二：将混合料浆置于模具中，先在-20℃下预冻，然后冷冻干燥成型，将冻干成型的多孔材料粉碎得到共混粉末；
步骤三：将聚对二氧环己酮溶解于四氟乙酸配置成溶液，按一定比例将共混粉末加入至聚对二氧环己酮溶液中，通过机械搅拌得到均匀混合物；
步骤四：将步骤三的混合物置于模具中，先在-20℃下预冻，然后冷冻干燥，将冻干物通过冷压成型，即得胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨预产品；
步骤五：将胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨预产品置于纯水中清洗数次，后置于生理盐水中清洗，经冷冻干燥后得到胶原蛋白复合人工骨。
所述材料是一种胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨，其特征在于，所述材料主要包括胶原蛋白、羟基磷灰石、聚对二氧环己酮，具有均匀的孔道结构，良好的力学性能。
所述材料合成步骤一中的胶原蛋白的溶解溶剂为1%~ 6%乙酸溶液。
所述材料合成步骤一中的羟基磷灰石粒度为300~500nm。
所述材料合成步骤三中的聚对二氧环己酮溶液浓度为0.01~0.05 g/mL，聚对二氧环己酮的分子量为50000~200000D。
本发明提供的优点如下：（1）本发明提供了一种强度较高的可吸收的胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨，能够胜任骨缺损的填充及部分部位替代的需求。（2）本发明添加了聚对二氧环己酮，使制备的胶原蛋白复合人工骨具有良好的韧性，且能够按照不同的临床需求制备不同形状，满足临床差异化需求。（3）本发明的制备工艺简单、成本投入低、周期短、无废弃物产生，是一种经济有效的合成方法。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步说明：
实施案例1
（1）将10g I型胶原蛋白溶解于2%乙酸溶液中，配置成一定浓度的胶原蛋白溶液，按胶原蛋白与羟基磷灰石质量比1:1取10g羟基磷灰石置于胶原蛋白溶液，机械搅拌至混合均匀；
步骤二：将胶原蛋白-羟基磷灰石混合料浆置于模具中，先在-20℃下预冻12小时，然后在-50℃下冷冻干燥成型48小时，再将冻干成型的多孔材料粉碎得到共混粉末；
步骤三：将聚对二氧环己酮溶解于四氟乙酸配置成0.04g/mL溶液，按0.8g/ml将共混粉末加入至聚对二氧环己酮溶液中，通过机械搅拌得到均匀混合物；
步骤四：将步骤三的混合物置于模具中，先在-20℃下预冻12小时，然后在-50℃下冷冻干燥成型48小时，再将冻干物通过冷压成型，即得胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨预产品；
步骤五：将胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨预产品置于纯水中清洗至少3次，挤掉水分后置于生理盐水中清洗一次，经冷冻干燥后得到胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨。
对实施案例1所制得的胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨进行力学性能检测，经检测，胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨抗压强度为85MPa，弯曲强度为48MPa。
实施案例2
（1）将10g I型胶原蛋白溶解于2%乙酸溶液中，配置成一定浓度的胶原蛋白溶液，按胶原蛋白与羟基磷灰石质量比1:2取20g羟基磷灰石置于胶原蛋白溶液，机械搅拌至混合均匀；
步骤二：将胶原蛋白-羟基磷灰石混合料浆置于模具中，先在-20℃下预冻12小时，然后在-50℃下冷冻干燥成型48小时，再将冻干成型的多孔材料粉碎得到共混粉末；
步骤三：将聚对二氧环己酮溶解于四氟乙酸配置成0.04g/mL溶液，按0.8g/ml将共混粉末加入至聚对二氧环己酮溶液中，通过机械搅拌得到均匀混合物；
步骤四：将步骤三的混合物置于模具中，先在-20℃下预冻12小时，然后在-50℃下冷冻干燥成型48小时，再将冻干物通过冷压成型，即得胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨预产品；
步骤五：将胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨预产品置于纯水中清洗至少3次，挤掉水分后置于生理盐水中清洗一次，经冷冻干燥后得到胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨。
实施案例3
（1）将10g I型胶原蛋白溶解于2%乙酸溶液中，配置成一定浓度的胶原蛋白溶液，按胶原蛋白与羟基磷灰石质量比1:1取10g羟基磷灰石置于胶原蛋白溶液，机械搅拌至混合均匀；
步骤二：将胶原蛋白-羟基磷灰石混合料浆置于模具中，先在-20℃下预冻12小时，然后在-50℃下冷冻干燥成型48小时，再将冻干成型的多孔材料粉碎得到共混粉末；
步骤三：将聚对二氧环己酮溶解于四氟乙酸配置成0.02g/mL溶液，按0.8g/ml将共混粉末加入至聚对二氧环己酮溶液中，通过机械搅拌得到均匀混合物；
步骤四：将步骤三的混合物置于模具中，先在-20℃下预冻12小时，然后在-50℃下冷冻干燥成型48小时，再将冻干物通过冷压成型，即得胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨预产品；
步骤五：将胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨预产品置于纯水中清洗至少3次，挤掉水分后置于生理盐水中清洗一次，经冷冻干燥后得到胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨。

Claims (5)

1.一种胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨，其主要特征在于，所述材料主要包括I型胶原蛋白、羟基磷灰石、聚对二氧环己酮，具有良好的韧性和很高的强度。
2.根据权利要求1所述的一种胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨的制备方法，其主要特征在于，制备方法包括以下五个步骤：
步骤一：将I型胶原蛋白溶解于乙酸溶液中，配置成一定浓度的胶原蛋白溶液，取适量的羟基磷灰石置于胶原蛋白溶液，机械搅拌至混合均匀；
步骤二：将步骤一的混合料浆置于模具中，先在-20℃下预冻，然后冷冻干燥成型，将冻干成型的多孔材料粉碎得到共混粉末；
步骤三：将聚对二氧环己酮溶解于四氟乙酸配置成溶液，按一定比例将共混粉末加入至聚对二氧环己酮溶液中，通过机械搅拌得到均匀混合物；
步骤四：将步骤三的混合物置于模具中，先在-20℃下预冻，然后冷冻干燥，将冻干物通过冷压成型，即得胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨预产品；
步骤五：将步骤四得到的胶原蛋白复合人工骨预产品置于纯水中清洗，后置于生理盐水中清洗，经冷冻干燥后得到胶原蛋白/羟基磷灰石复合人工骨。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤一所述的胶原蛋白的溶解溶剂为1%~6%乙酸溶液。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤一所述的羟基磷灰石粒度为300~500nm。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤三所述的聚对二氧环己酮的分子量为50000~200000D，其溶液浓度为0.01~0.05 g/mL。
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