CN106693046A - 一种凝胶型骨修复材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种凝胶型骨修复材料及其制备方法。制备方法如下：（1）制备玉米秸秆微晶纤维素；（2）将柠檬酸溶于去离子水中配制有机酸水溶液，将壳聚糖溶解于有机酸溶液中，水浴加热下壳聚糖完全溶解后，静置脱泡；（3）将步骤（1）制得的玉米秸秆微晶纤维素，加入壳聚糖溶液中50℃下先搅拌后进行超声波振荡处理；（4）继续依次加入生物活性短肽、纳豆胶、透明质酸、纳米羟基磷灰石、α‑半水硫酸钙、无水磷酸二钙、胶原纤维，继续搅拌至均匀。本发明的凝胶型骨修复材料具有很高的抗压强度，对其孔径和孔隙率没有明显的影响，且不影响细胞的黏附、营养、生长和繁殖。

Description

一种凝胶型骨修复材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用材料领域，具体涉及一种凝胶型骨修复材料及其制备方法。
背景技术
随着组织工程的发展，组织工程骨具有来源广泛、免疫原性低及不引起二次创伤等优点，逐渐代替了自体骨移植、异体骨移植进入了临床治疗。但目前尚无一种理想的骨替代材料在具有良好的生物相容性及力学强度的同时，还具备良好的降解性能和经济价值。单一生物材料制作的支架各有优缺点，实际应用效果不佳。为了解决这一难题，国内外研究者利用生物材料复合技术，通过调节材料的比例与相应的组合方式使其发挥各自的优点，进而制作
理想的支架材料。研究显示，羟基磷灰石是一种经典的骨修复材料，生物相容性和免疫原性都很理想，而纳米级羟基磷灰石因晶体尺径与人体骨矿中磷灰石相当，骨修复效果更佳。但羟基磷灰石的体内降解时间较长且塑型性能很差，难以注射使用。而另一种具有悠久历史的成骨材料硫酸钙，则在注射性和吸收性方面具有良好的表现。大量临床实验表明，但是此类注射性的材料普遍存在力学性能不足的问题，有待改善。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种凝胶型骨修复材料，在保证孔隙率和孔径的前提下，明显提高其抗压强度。
技术方案：一种凝胶型骨修复材料，由以下成分按重量份制备而成：纳米羟基磷灰石20-30份、壳聚糖5-15份、α-半水硫酸钙15-35份、无水磷酸二钙8-15份、胶原纤维5-10份、生物活性短肽5-9份、纳豆胶2-6份、透明质酸4-9份、玉米秸秆微晶纤维素2.5-8份、柠檬酸0.1-0.5份、去离子水50-80份。
进一步优选的，所述的一种凝胶型骨修复材料，由以下成分按重量份制备而成：纳米羟基磷灰石25-28份、壳聚糖8-12份、α-半水硫酸钙20-30份、无水磷酸二钙10-14份、胶原纤维6-9份、生物活性短肽4-8份、纳豆胶3-5份、透明质酸5-7份、玉米秸秆微晶纤维素4.5-6.5份、柠檬酸0.2-0.4份、去离子水60-70份。
上述凝胶型骨修复材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将玉米秸秆纤维加入到体积分数60%的浓硫酸中，在55℃摇床中处理2-4h，离心，洗涤至中性，所得悬浮液放入烘箱40℃干燥至恒重，用球磨机粉碎得到晶体粉末，过孔径为20-50um筛，得玉米秸秆微晶纤维素；
（2）将柠檬酸溶于去离子水中配制有机酸水溶液，将壳聚糖溶解于有机酸溶液中，50-70℃水浴加热下壳聚糖完全溶解后，静置1-2h脱泡；
（3）将步骤（1）制得的玉米秸秆微晶纤维素，加入壳聚糖溶液中50℃下搅拌1.5-3h，超声波振荡处理0.5-1.5h；
（4）继续依次加入生物活性短肽、纳豆胶、透明质酸、纳米羟基磷灰石、α-半水硫酸钙、无水磷酸二钙、胶原纤维，继续搅拌15-35min至均匀。
进一步的，所述的一种凝胶型骨修复材料的制备方法，所述步骤（1）中处理时间为3h，筛孔径为25-35um。
进一步的，所述的一种凝胶型骨修复材料的制备方法，所述步骤（2）中水浴温度为55-65℃，静置时间为2h。
进一步的，所述的一种凝胶型骨修复材料的制备方法，所述步骤（3）中搅拌时间为2.5h，超声波振荡处理时间为1h。
进一步的，所述的一种凝胶型骨修复材料的制备方法，所述步骤（4）中搅拌时间为20-30min。
有益效果：本发明的凝胶型骨修复材料具有很高的抗压强度，最高可达21.6Pa，远高于人体松质骨的抗压强度2-10MPa，在添加生物活性短肽、纳豆胶、透明质酸、玉米秸秆微晶纤维素后，在提高其抗压强度的基础上，对其孔径和孔隙率没有明显的影响，不会影响细胞的黏附、营养、生长和繁殖。
具体实施方式
实施例1
一种凝胶型骨修复材料，由以下成分按重量份制备而成：纳米羟基磷灰石20份、壳聚糖5份、α-半水硫酸钙15份、无水磷酸二钙15份、胶原纤维10份、生物活性短肽9份、纳豆胶6份、透明质酸4份、玉米秸秆微晶纤维素8份、柠檬酸0.1份、去离子水50份。
上述凝胶型骨修复材料的制备方法为：（1）将玉米秸秆纤维加入到体积分数60%的浓硫酸中，在55℃摇床中处理2h，离心，洗涤至中性，所得悬浮液放入烘箱40℃干燥至恒重，用球磨机粉碎得到晶体粉末，过孔径为20um筛，得玉米秸秆微晶纤维素；（2）将柠檬酸溶于去离子水中配制有机酸水溶液，将壳聚糖溶解于有机酸溶液中，50℃水浴加热下壳聚糖完全溶解后，静置1h脱泡；（3）将步骤（1）制得的玉米秸秆微晶纤维素，加入壳聚糖溶液中50℃下搅拌3h，超声波振荡处理1.5h；（4）继续依次加入生物活性短肽、纳豆胶、透明质酸、纳米羟基磷灰石、α-半水硫酸钙、无水磷酸二钙、胶原纤维，继续搅拌15min至均匀。
实施例2
一种凝胶型骨修复材料，由以下成分按重量份制备而成：纳米羟基磷灰石30份、壳聚糖15份、α-半水硫酸钙35份、无水磷酸二钙8份、胶原纤维5份、生物活性短肽5份、纳豆胶2份、透明质酸9份、玉米秸秆微晶纤维素2.5份、柠檬酸0.5份、去离子水80份。
上述凝胶型骨修复材料的制备方法为：（1）将玉米秸秆纤维加入到体积分数60%的浓硫酸中，在55℃摇床中处理4h，离心，洗涤至中性，所得悬浮液放入烘箱40℃干燥至恒重，用球磨机粉碎得到晶体粉末，过孔径为50um筛，得玉米秸秆微晶纤维素；（2）将柠檬酸溶于去离子水中配制有机酸水溶液，将壳聚糖溶解于有机酸溶液中，70℃水浴加热下壳聚糖完全溶解后，静置2h脱泡；（3）将步骤（1）制得的玉米秸秆微晶纤维素，加入壳聚糖溶液中50℃下搅拌1.5h，超声波振荡处理0.5h；（4）继续依次加入生物活性短肽、纳豆胶、透明质酸、纳米羟基磷灰石、α-半水硫酸钙、无水磷酸二钙、胶原纤维，继续搅拌35min至均匀。
实施例3
一种凝胶型骨修复材料，由以下成分按重量份制备而成：纳米羟基磷灰石25份、壳聚糖8份、α-半水硫酸钙30份、无水磷酸二钙10份、胶原纤维9份、生物活性短肽4份、纳豆胶5份、透明质酸7份、玉米秸秆微晶纤维素4.5份、柠檬酸0.2份、去离子水60份。
上述凝胶型骨修复材料的制备方法为：（1）将玉米秸秆纤维加入到体积分数60%的浓硫酸中，在55℃摇床中处理3h，离心，洗涤至中性，所得悬浮液放入烘箱40℃干燥至恒重，用球磨机粉碎得到晶体粉末，过孔径为35um筛，得玉米秸秆微晶纤维素；（2）将柠檬酸溶于去离子水中配制有机酸水溶液，将壳聚糖溶解于有机酸溶液中，55℃水浴加热下壳聚糖完全溶解后，静置2h脱泡；（3）将步骤（1）制得的玉米秸秆微晶纤维素，加入壳聚糖溶液中50℃下搅拌2.5h，超声波振荡处理1h；（4）继续依次加入生物活性短肽、纳豆胶、透明质酸、纳米羟基磷灰石、α-半水硫酸钙、无水磷酸二钙、胶原纤维，继续搅拌30min至均匀。
实施例4
一种凝胶型骨修复材料，由以下成分按重量份制备而成：纳米羟基磷灰石28份、壳聚糖12份、α-半水硫酸钙20份、无水磷酸二钙14份、胶原纤维6份、生物活性短肽8份、纳豆胶3份、透明质酸5份、玉米秸秆微晶纤维素6.5份、柠檬酸0.4份、去离子水70份。
上述凝胶型骨修复材料的制备方法为：（1）将玉米秸秆纤维加入到体积分数60%的浓硫酸中，在55℃摇床中处理3h，离心，洗涤至中性，所得悬浮液放入烘箱40℃干燥至恒重，用球磨机粉碎得到晶体粉末，过孔径为25um筛，得玉米秸秆微晶纤维素；（2）将柠檬酸溶于去离子水中配制有机酸水溶液，将壳聚糖溶解于有机酸溶液中，65℃水浴加热下壳聚糖完全溶解后，静置2h脱泡；（3）将步骤（1）制得的玉米秸秆微晶纤维素，加入壳聚糖溶液中50℃下搅拌2.5h，超声波振荡处理1h；（4）继续依次加入生物活性短肽、纳豆胶、透明质酸、纳米羟基磷灰石、α-半水硫酸钙、无水磷酸二钙、胶原纤维，继续搅拌20min至均匀。
实施例5
一种凝胶型骨修复材料，由以下成分按重量份制备而成：纳米羟基磷灰石26份、壳聚糖10份、α-半水硫酸钙25份、无水磷酸二钙12份、胶原纤维8份、生物活性短肽6份、纳豆胶4份、透明质酸6份、玉米秸秆微晶纤维素5.5份、柠檬酸0.3份、去离子水65份。
上述凝胶型骨修复材料的制备方法为：（1）将玉米秸秆纤维加入到体积分数60%的浓硫酸中，在55℃摇床中处理3h，离心，洗涤至中性，所得悬浮液放入烘箱40℃干燥至恒重，用球磨机粉碎得到晶体粉末，过孔径为30um筛，得玉米秸秆微晶纤维素；（2）将柠檬酸溶于去离子水中配制有机酸水溶液，将壳聚糖溶解于有机酸溶液中，60℃水浴加热下壳聚糖完全溶解后，静置2h脱泡；（3）将步骤（1）制得的玉米秸秆微晶纤维素，加入壳聚糖溶液中50℃下搅拌2.5h，超声波振荡处理1h；（4）继续依次加入生物活性短肽、纳豆胶、透明质酸、纳米羟基磷灰石、α-半水硫酸钙、无水磷酸二钙、胶原纤维，继续搅拌25min至均匀。
对比例1
一种凝胶型骨修复材料，由以下成分按重量份制备而成：纳米羟基磷灰石20份、壳聚糖5份、α-半水硫酸钙15份、无水磷酸二钙15份、胶原纤维10份、透明质酸4份、玉米秸秆微晶纤维素8份、柠檬酸0.1份、去离子水50份。
上述凝胶型骨修复材料的制备方法为：（1）将玉米秸秆纤维加入到体积分数60%的浓硫酸中，在55℃摇床中处理2h，离心，洗涤至中性，所得悬浮液放入烘箱40℃干燥至恒重，用球磨机粉碎得到晶体粉末，过孔径为20um筛，得玉米秸秆微晶纤维素；（2）将柠檬酸溶于去离子水中配制有机酸水溶液，将壳聚糖溶解于有机酸溶液中，50℃水浴加热下壳聚糖完全溶解后，静置1h脱泡；（3）将步骤（1）制得的玉米秸秆微晶纤维素，加入壳聚糖溶液中50℃下搅拌3h，超声波振荡处理1.5h；（4）继续依次加入透明质酸、纳米羟基磷灰石、α-半水硫酸钙、无水磷酸二钙、胶原纤维，继续搅拌15min至均匀。
对比例2
一种凝胶型骨修复材料，由以下成分按重量份制备而成：纳米羟基磷灰石30份、壳聚糖15份、α-半水硫酸钙35份、无水磷酸二钙8份、胶原纤维5份、生物活性短肽5份、纳豆胶2份、柠檬酸0.5份、去离子水80份。
上述凝胶型骨修复材料的制备方法为：（1）将柠檬酸溶于去离子水中配制有机酸水溶液，将壳聚糖溶解于有机酸溶液中，70℃水浴加热下壳聚糖完全溶解后，静置2h脱泡；（2）继续依次加入生物活性短肽、纳豆胶、纳米羟基磷灰石、α-半水硫酸钙、无水磷酸二钙、胶原纤维，继续搅拌35min至均匀。
结合实施例1-5和对比例1、2，对该骨修复材料进行以下性能测试。
力学性能：采用日本岛津AG210TA型万能材料实验机按照GBl041、GB9341、GBl043测试已经成型的骨修复材料的力学性能。
孔径和孔隙率：将冷冻干燥后的材料粘附于样品基台上，二氧化碳临界点干燥，真空下喷金镀膜，用扫描电子显微镜观察材料的形貌。用Image软件随机选取材料扫描电镜图片中的30个孔隙，测算孔隙平均孔径；测量同一图片中孔隙的面积，以计算孔隙率。
本发明材料的各项性能指标见下表，我们可以看到本凝胶型骨修复材料具有很高的抗压强度，最高可达21.6Pa，远高于人体松质骨的抗压强度2-10MPa，在添加生物活性短肽、纳豆胶、透明质酸、玉米秸秆微晶纤维素后，在提高其抗压强度的基础上，对其孔径和孔隙率没有明显的影响，不会影响细胞的黏附、营养、生长和繁殖。
表1 凝胶型骨修复材料的各项性能指标

Claims (7)

1.一种凝胶型骨修复材料，其特征在于，由以下成分按重量份制备而成：纳米羟基磷灰石20-30份、壳聚糖5-15份、α-半水硫酸钙15-35份、无水磷酸二钙8-15份、胶原纤维5-10份、生物活性短肽5-9份、纳豆胶2-6份、透明质酸4-9份、玉米秸秆微晶纤维素2.5-8份、柠檬酸0.1-0.5份、去离子水50-80份。
2.根据权利要求1所述的一种凝胶型骨修复材料，其特征在于，由以下成分按重量份制备而成：纳米羟基磷灰石25-28份、壳聚糖8-12份、α-半水硫酸钙20-30份、无水磷酸二钙10-14份、胶原纤维6-9份、生物活性短肽4-8份、纳豆胶3-5份、透明质酸5-7份、玉米秸秆微晶纤维素4.5-6.5份、柠檬酸0.2-0.4份、去离子水60-70份。
3.一种凝胶型骨修复材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将玉米秸秆纤维加入到体积分数60%的浓硫酸中，在55℃摇床中处理2-4h，离心，洗涤至中性，所得悬浮液放入烘箱40℃干燥至恒重，用球磨机粉碎得到晶体粉末，过孔径为20-50um筛，得玉米秸秆微晶纤维素；
（2）将柠檬酸溶于去离子水中配制有机酸水溶液，将壳聚糖溶解于有机酸溶液中，50-70℃水浴加热下壳聚糖完全溶解后，静置1-2h脱泡；
（3）将步骤（1）制得的玉米秸秆微晶纤维素，加入壳聚糖溶液中50℃下搅拌1.5-3h，超声波振荡处理0.5-1.5h；
（4）继续依次加入生物活性短肽、纳豆胶、透明质酸、纳米羟基磷灰石、α-半水硫酸钙、无水磷酸二钙、胶原纤维，继续搅拌15-35min至均匀。
4.根据权利要求3所述的一种凝胶型骨修复材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中处理时间为3h，筛孔径为25-35um。
5.根据权利要求3所述的一种凝胶型骨修复材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中水浴温度为55-65℃，静置时间为2h。
6.根据权利要求3所述的一种凝胶型骨修复材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中搅拌时间为2.5h，超声波振荡处理时间为1h。
7.根据权利要求3所述的一种凝胶型骨修复材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中搅拌时间为20-30min。
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