CN107569717A - 具有组织增氧功能的骨修复材料及其应用 - Google Patents
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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
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。
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Effective date of registration: 20230717 Address after: 201306 C Building, 888 Huanhu West Second Road, Pudong New Area, Shanghai Patentee after: Shanghai Helan Nanotechnology Co.,Ltd. Address before: 200241 No. 28 East Jiangchuan Road, Shanghai, Minhang District Patentee before: SHANGHAI NATIONAL ENGINEERING RESEARCH CENTER FOR NANOTECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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