CN107569717A - 具有组织增氧功能的骨修复材料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有组织增氧功能的骨修复材料及其用途，由明胶改性的α‑TCP与PLGA包裹的PFOB微粒溶胶按照2.5‑3.4g/ml的比例配制而成。本发明提供的明胶改性的α‑磷酸三钙（α‑TCP）添加增氧剂全氟正辛基溴烷（PFOB）颗粒，达到组织增氧的功能，解决组织创伤后恢复血供前的细胞给氧问题，安全性高。本发明还提供了上述修复材料的用途，制备的人工骨支架、骨水泥骨修复材料具有增氧功能，能够解决人工骨支架、骨水泥在移植初期缺乏血供的问题，为细胞增殖提供必要的氧气，加快组织愈合的速度；其制备方法简单，符合临床使用的需求，具有广阔的应用前景。

Description

具有组织增氧功能的骨修复材料及其应用

技术领域

本发明涉及一种具有组织增氧功能的骨修复材料，具体涉及一种具有组织增氧功能的骨修复材料及其应用，明胶改性的α-磷酸三钙（α-TCP）添加增氧剂全氟正辛基溴烷（PFOB）颗粒，达到组织增氧的功能，解决组织创伤后恢复血供前的细胞给氧问题。本方法属于生物医药材料领域，所制备的材料可广泛应用于骨组织的修复。

背景技术

由于创伤、肿瘤、感染、先天性缺陷、骨质疏松等原因造成的骨折和骨缺损一直是临床难题之一，一些骨自修复无法愈合的病例需要采用骨移植手术治疗，但是由于自体骨来源缺乏，容易造成二次创伤等原因，采用骨替代材料是一个必然的手段。目前应用的骨替代材料主要有金属材料、聚合物材料和无机材料几类，分别有其各自的优缺点。其中磷酸钙类骨填充物，由于其与人体骨骼成分最为接近，且与组织相容性良好，可用于临床骨缺损的修复和替换。

目前，无论是3D打印骨组织支架、填充颗粒，还是可注射型骨水泥，在植入体内后都存在一个组织供氧的问题，尤其是较大型的支架和填充物，深入组织内部后缺少氧气供给，在组织恢复血供前，细胞生长受到不同程度的影响，从而影响到创伤愈合的速度。

针对这一问题，我们发明了一种具有组织增氧功能的骨修复材料，采用α-TCP添加PFOB颗粒，为植入骨修复材料的组织生长提供氧气。PFOB是一种全氟碳乳剂，具有较好的溶氧能力，且安全无毒，用聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）纳米颗粒包裹，使其便于添加，更加稳定缓释。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明目的在于：提供一种具有组织增氧功能的骨修复材料。

本发明的再一目的在于：提供上述具有组织增氧功能的骨修复材料的用途。

本发明目的通过如下技术方案来实现：具有组织增氧功能的骨修复材料，由明胶改性的α-TCP与PLGA包裹的PFOB微粒溶胶按照2.5-3.4g/ml的比例配制而成。

本发明用明胶改性的α-TCP添加增氧剂全氟正辛基溴烷（PFOB）颗粒，达到组织增氧的功能，解决组织创伤后恢复血供前的细胞给氧问题。该材料能为组织生长提供特定的富氧生物环境，使得组织细胞在尚未恢复血供的窗口期能够较好的增殖，尤其是对于较大较深的创伤移植，可以增加骨修复手术的恢复速度和成功率。

在上述方案基础上，所述的明胶改性的α-TCP依下述方法制得：α-TCP粉末与质量百分含量0 .05-0.5%明胶水溶液按1g/2mL的比例混合，使α-TCP粉末负载明胶质量分数为0.1-1%，1000-1500rpm高速搅拌0.5h，进行冷冻干燥，制得α-TCP粉末产物。

在上述方案基础上，所述的α-TCP粉末依下述方法获得：

(1) 将磷酸氢钙和碳酸钙按摩尔比2:1混合均匀，用超纯水为球磨介质，400rpm球磨混合，混合时间2-4h，混合后的悬浊液置于130℃烘箱中干燥，得混合料；

(2) 上述混合料置于1250-1400℃马弗炉中高温煅烧2-4h，取出在鼓风环境中急速冷却，得到α-TCP粉末，将α-TCP粉末以无水乙醇为球磨介质450rpm球磨混合，混合时间2-4h，球磨后的悬浊液使用旋转蒸发仪除去乙醇，置于60℃烘箱中干燥，得α-TCP粉末。

将所述的α-TCP粉末与50℃热水中搅拌溶解的质量百分含量0 .05-0.5%明胶水溶液混合后高速搅拌。

在上述方案基础上，所述的PLGA包裹的PFOB微粒溶胶（PLGA-PFOB）依下述步骤制备：

将2mg/ml 聚乳酸-羟基乙酸共聚物PLGA、2mg/ml聚乳酸-羟基乙酸共聚物-聚乙二醇（PLGA-PEG），80μl/ml 司盘80（S80）/二氯甲烷（DCM）（3/17，体积比）溶于80μl/ml DCM中，然后与0.8 ml/ml 水混合，加入15-30μl/ml纯度大于99%的PFOB，先用匀浆机匀浆 1 min (冰浴)，再超声3 min，超声3 s停10 s，功率为50%；用匀浆机匀浆10 min (匀浆1 min停1 min)后在室温搅拌3 h，再用医用氧气向乳剂中充氧5-10分钟得PLGA包裹的PFOB微粒溶胶。

本发明提供上述具有组织增氧功能的骨修复材料的用途，用于骨支架，制备步骤为：

将明胶改性的α-TCP粉末与PLGA包裹的PFOB微粒溶胶按照2.5-3.4g/ml的比例配制，混合均匀后置于模具中制成特定形状，待其固化后即为骨支架。

本发明提供上述具有组织增氧功能的骨修复材料的另一种用途，用于骨水泥，制备步骤为：

将明胶改性的α-TCP粉末与PLGA包裹的PFOB微粒溶胶按照2.5-3.4g/ml的比例配制，调成均匀糊状，置于骨水泥配套手术器械中，可用于任意形状的骨损伤填充。

本发明提供上述具有组织增氧功能的骨修复材料的又一种用途，作为3D打印耗材，制备方法如下：

将明胶改性的α-TCP粉末与PLGA包裹的PFOB微粒溶胶按照2.5-3.4g/ml的比例，添加于3D打印设备中，作为3D打印用耗材，用于打印多种个性化定制增材制造产品。

本发明安全性高，制备的骨修复材料具有增氧功能，能够解决人工骨支架、骨水泥在移植初期缺乏血供的问题，为细胞增殖提供必要的氧气，加快组织愈合的速度；其制备方法简单，符合临床使用的需求，具有广阔的应用前景。

本发明的优点在于：

（1）本发明所有采用原料均是已批准在用的医用材料，通过特殊的工艺步骤使得其具有特定的功能，安全性高；

（2）本发明制备的骨修复材料具有增氧功能，能够解决人工骨支架、骨水泥在移植初期缺乏血供的问题，为细胞增殖提供必要的氧气，加快组织愈合的速度；

（3）本发明制备的骨修复材料适用于多种骨修复物，如骨支架、骨水泥、增材制造所需材料。其制备方法简单，符合临床使用的需求，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为具有组织增氧功能的骨修复材料微观电镜图；

图2为骨支架外观图。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。

实施例1

1、明胶改性的α-TCP制备

(1) 将磷酸氢钙和碳酸钙按摩尔比2:1混合均匀。所述混合方式为超纯水，球磨介质下400rpm球磨混合，混合时间2-4h，混合后的悬浊液置于130℃烘箱中干燥。

(2) 上述干燥后的原料置于1250-1400℃马弗炉中高温煅烧2-4h，取出在鼓风环境中急速冷却，得到α-TCP粉末。将产物以无水乙醇为球磨介质450rpm进行球磨2-4h，球磨后的悬浊液使用旋转蒸发仪除去乙醇，置于60℃烘箱中干燥。

(3) 配制质量分数为0.05-0.5%的明胶水溶液。所述配制方法为50℃加热下的搅拌溶解，搅拌方式为磁力搅拌或机械搅拌。将球磨后的α-TCP粉末与上述明胶溶液按1g/2mL的比例混合，使α-TCP粉末负载明胶质量分数为0.1-1%，1000-1500rpm高速搅拌0.5h，进行冷冻干燥，制备得到明胶改性的α-TCP粉末。

2、PLGA包裹的PFOB微粒制备（PLGA-PFOB）

把5 mg PLGA、5 mg 聚乳酸-羟基乙酸共聚物-聚乙二醇（PLGA-PEG）、200μl 司班80（S80）/二氯甲烷（DCM）（3/17，体积比）溶于200μl DCM中，然后与2 ml水混合，加入15-30μl/ml纯度大于99%的PFOB。先用匀浆机匀浆 1 min (冰浴)， 再超声3 min，超声3 s停10 s，功率为50%。用匀浆机匀浆10 min (匀浆1 min停1 min)后在室温搅拌3 h。再用医用氧气向乳剂中充氧5-10分钟。

3、骨支架制备

将步骤1中明胶改性的α-TCP粉末与步骤2中PLGA包裹的PFOB微粒溶胶按照3.4g/ml的比例配制，混合均匀后置于模具中制成特定形状，待其固化后即为骨支架。

具有组织增氧功能的骨修复材料微观电镜图如图1所示，用本实施例材料制备的骨支架外观图如图2所示。

实施例2

1、明胶改性的α-TCP制备

(1) 将磷酸氢钙和碳酸钙按摩尔比2:1混合均匀。所述混合方式为超纯水，球磨介质下400rpm球磨混合，混合时间2-4h，混合后的悬浊液置于130℃烘箱中干燥。

(2) 上述干燥后的原料置于1250-1400℃马弗炉中高温煅烧2-4h，取出在鼓风环境中急速冷却，得到α-TCP粉末。将产物以无水乙醇为球磨介质450rpm进行球磨2-4h，球磨后的悬浊液使用旋转蒸发仪除去乙醇，置于60℃烘箱中干燥。

(3) 配制质量分数为0.05-0.5%的明胶水溶液。所述配制方法为50℃加热下的搅拌溶解，搅拌方式为磁力搅拌或机械搅拌。将球磨后的α-TCP粉末与上述明胶溶液按1g/2mL的比例混合，使α-TCP粉末负载明胶质量分数为0.1-1%，1000-1500rpm高速搅拌0.5h，进行冷冻干燥，制备得到明胶改性的α-TCP粉末。

2、PLGA包裹的PFOB微粒制备（PLGA-PFOB）

把5 mg PLGA、5 mg 聚乳酸-羟基乙酸共聚物-聚乙二醇（PLGA-PEG）、200μl 司班80（S80）/二氯甲烷（DCM）（3/17，体积比）溶于200μl DCM中，然后与2 ml水混合，加入15-30μl/ml纯度大于99%的PFOB。先用匀浆机匀浆 1 min (冰浴)， 再超声3 min，超声3 s停10 s，功率为50%。用匀浆机匀浆10 min (匀浆1 min停1 min)后在室温搅拌3 h。再用医用氧气向乳剂中充氧5-10分钟。

3、骨水泥制备

将步骤1中明胶改性的α-TCP粉末与步骤2中PLGA包裹的PFOB微粒溶胶按照2.5g/ml的比例配制，调成均匀糊状，置于骨水泥配套手术器械中，可用于任意形状的骨损伤填充。

实施例3

1、明胶改性的α-TCP制备

(1) 将磷酸氢钙和碳酸钙按摩尔比2:1混合均匀。所述混合方式为超纯水，球磨介质下400rpm球磨混合，混合时间2-4h，混合后的悬浊液置于130℃烘箱中干燥。

(2) 上述干燥后的原料置于1250-1400℃马弗炉中高温煅烧2-4h，取出在鼓风环境中急速冷却，得到α-TCP粉末。将产物以无水乙醇为球磨介质450rpm进行球磨2-4h，球磨后的悬浊液使用旋转蒸发仪除去乙醇，置于60℃烘箱中干燥。

(3) 配制质量分数为0.05-0.5%的明胶水溶液。所述配制方法为50℃加热下的搅拌溶解，搅拌方式为磁力搅拌或机械搅拌。将球磨后的α-TCP粉末与上述明胶溶液按1g/2mL的比例混合，使α-TCP粉末负载明胶质量分数为0.1-1%，1000-1500rpm高速搅拌0.5h，进行冷冻干燥，制备得到明胶改性的α-TCP粉末。

2、PLGA包裹的PFOB微粒制备（PLGA-PFOB）

把5 mg PLGA、5 mg 聚乳酸-羟基乙酸共聚物-聚乙二醇（PLGA-PEG）、200μl 司班80（S80）/二氯甲烷（DCM）（3/17，体积比）溶于200μl DCM中，然后与2 ml水混合，加入15-30μl/ml纯度大于99%的PFOB。先用匀浆机匀浆 1 min (冰浴)， 再超声3 min，超声3 s停10 s，功率为50%。用匀浆机匀浆10 min (匀浆1 min停1 min)后在室温搅拌3 h。再用医用氧气向乳剂中充氧5-10分钟。

3、作为3D打印耗材

将步骤1中明胶改性的α-TCP粉末与步骤2中PLGA包裹的PFOB微粒溶胶按照3.4g/ml的比例，添加于3D打印设备中，作为3D打印用耗材，用于打印多种个性化定制增材制造产品。

Claims (8)

1.具有组织增氧功能的骨修复材料，由明胶改性的α-TCP与PLGA包裹的PFOB微粒溶胶按照2.5-3.4g/ml的比例配制而成。

2.根据权利要求1所述的具有组织增氧功能的骨修复材料，其特征在于：所述的明胶改性的α-TCP依下述方法制得：α-TCP粉末与质量百分含量0 .05-0.5%明胶水溶液按1g/2mL的比例混合，使α-TCP粉末负载明胶质量分数为0.1-1%，1000-1500rpm高速搅拌0.5h，进行冷冻干燥，制得α-TCP粉末产物。

3.根据权利要求2所述的具有组织增氧功能的骨修复材料，其特征在于：所述的α-TCP粉末依下述方法获得：

(1) 将磷酸氢钙和碳酸钙按摩尔比2:1混合均匀，用超纯水为球磨介质，400rpm球磨混合，混合时间2-4h，混合后的悬浊液置于130℃烘箱中干燥，得混合料；

(2) 上述混合料置于1250-1400℃马弗炉中高温煅烧2-4h，取出在鼓风环境中急速冷却，得到α-TCP粉末，将α-TCP粉末以无水乙醇为球磨介质450rpm球磨混合，混合时间2-4h，球磨后的悬浊液使用旋转蒸发仪除去乙醇，置于60℃烘箱中干燥，得α-TCP粉末。

4.根据权利要求3所述的具有组织增氧功能的骨修复材料，其特征在于：将所述的α-TCP粉末与50℃热水中搅拌溶解的质量百分含量0 .05-0.5%明胶水溶液混合后高速搅拌。

5.根据权利要求1所述的具有组织增氧功能的骨修复材料，其特征在于：所述的PLGA包裹的PFOB微粒溶胶（PLGA-PFOB）依下述步骤制备：

将2mg/ml 聚乳酸-羟基乙酸共聚物PLGA、2mg/ml聚乳酸-羟基乙酸共聚物-聚乙二醇（PLGA-PEG），80μl/ml 司盘80（S80）/二氯甲烷（DCM）（3/17，体积比）溶于80μl/ml DCM中，然后与0.8 ml/ml 水混合，加入15-30μl/ml纯度大于99%的PFOB，先用匀浆机匀浆 1 min (冰浴)，再超声3 min，超声3 s停10 s，功率为50%；用匀浆机匀浆10 min (匀浆1 min停1 min)后在室温搅拌3 h，再用医用氧气向乳剂中充氧5-10分钟得PLGA包裹的PFOB微粒溶胶。

6.根据权利要求1至5所述的具有组织增氧功能的骨修复材料的用途，其特征在于：用于骨支架，制备步骤为：

将明胶改性的α-TCP粉末与PLGA包裹的PFOB微粒溶胶按照2.5-3.4g/ml的比例配制，混合均匀后置于模具中制成特定形状，待其固化后即为骨支架。

7.根据权利要求1至5所述的具有组织增氧功能的骨修复材料的用途，其特征在于：用于骨水泥，制备步骤为：

将明胶改性的α-TCP粉末与PLGA包裹的PFOB微粒溶胶按照2.5-3.4g/ml的比例配制，调成均匀糊状，置于骨水泥配套手术器械中，可用于任意形状的骨损伤填充。

8.根据权利要求1至5所述的具有组织增氧功能的骨修复材料的用途，其特征在于：作为3D打印耗材，

将明胶改性的α-TCP粉末与PLGA包裹的PFOB微粒溶胶按照2.5-3.4g/ml的比例，添加于3D打印设备中，作为3D打印用耗材，用于打印多种个性化定制增材制造产品。