CN107715183A - 一种具有螺旋取向结构的壳聚糖接骨钉材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有螺旋取向结构的壳聚糖接骨钉材料及其制备方法。该方法先通过机械搅拌法制备壳聚糖溶液，再利用带孔道的注射装置对壳聚糖溶液进行湿法纺丝，通过转速可调节的收集装置对初纤维定向拉伸和有序的螺旋缠绕收集，获得具有致密三维堆砌结构的壳聚糖纤维棒材。将棒材洗至pH＝6‑8后置于模拟体液(Simulated Body Fluid，SBF)中矿化，再经清洗、烘干等步骤即可制得壳聚糖接骨钉。本发明制备的医用壳聚糖接骨钉，其具有高度的取向结构和自螺纹功能，省去了套螺纹的步骤，消除了套螺纹过程带来的结构缺陷和原料浪费。矿化过程大大提高了骨钉的骨诱导再生能力，该接骨钉有望应用于骨再生修复领域。
Description
技术领域
本发明属于接骨钉材料制备领域，涉及一种壳聚糖接骨钉的制备方法，具体涉及一种具有螺旋取向结构的壳聚糖接骨钉材料及其制备方法。
背景技术
骨钉作为骨修复过程中常用的骨固定器械，可以用于治疗骨折、骨骼变形等病症。传统的骨钉都是采用金属、合金材料制备而成，具有强度高、韧性好等优点。但是非降解金属材料同时也为治疗过程带来了很多问题：(1)金属材料无法在人体内降解，需在骨愈合后通过二次手术取出骨钉，给病人造成痛苦；(2)刚性远大于骨皮质，导致产生应力遮蔽；(3)在生理腐蚀以及磨损的情况下会产生有毒的金属离子，导致炎症的产生。因此，具有生物相容性、体内可降解性的材料越来越受到患者的欢迎。
壳聚糖作为自然界中唯一一种带有正电荷的天然高分子材料，具有良好的生物可降解性、生物相容性、广谱抗菌功能以及止血功能，且无毒副作用，已广泛应用于抗菌敷料、医用缝合线、人造皮肤以及组织工程等领域。而且临床实践已经证明壳聚糖具有促进组织生长、减轻患者疼痛，以及加快伤口愈合速率等作用。随着对壳聚糖研究的不断深入，尤其是纺丝方法与壳聚糖材料结构化的结合，进一步拓宽了壳聚糖的应用领域，为制备壳聚糖三维骨科材料提供了一种新途径。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有螺旋取向结构的壳聚糖接骨钉材料及其制备方法，该方法通过对壳聚糖溶液湿法纺丝，对壳聚糖初纤维定向拉伸和有序螺旋缠绕收集，并利用模拟体液(Simulated Body Fluid，SBF)对棒材进行矿化，以制备具有致密三维堆砌结构、自螺纹功能和骨诱导再生功能的壳聚糖骨钉，并且省去了套螺纹的步骤，消除了套螺纹过程带来的结构缺陷和原料浪费。
本发明提供以下技术方案实现：
首先利用纺丝装置对壳聚糖溶液进行湿法纺丝，通过转速可调节的收集装置对初纤维定向拉伸和有序的螺旋缠绕收集，获得壳聚糖纤维棒材，再经模拟体液矿化后，清洗、烘干，获得具有螺旋取向结构的壳聚糖接骨钉材料。
上述的具有螺旋取向结构的壳聚糖接骨钉材料的制备方法，具体步骤如下：
1)按照如下质量百分比称取各组分：壳聚糖1％-20％、乙酸0.5％-10％，其余为水；所述的壳聚糖分子量为200000-2000000；将上述组分混合溶胀后，使用机械搅拌装置搅拌1-8h，制得壳聚糖溶液；
2)将壳聚糖溶液离心、脱泡、沉降，然后使用纺丝装置进行溶液纺丝；
3)将纺丝装置喷出的壳聚糖纺丝溶液注入凝固浴中沉析生产初纤维，所述的凝固浴为氢氧化钠水溶液与乙醇的混合液，经转速可调节的收集装置对初纤维定向拉伸和有序的螺旋缠绕收集，制得具有致密三维堆砌结构的壳聚糖纤维棒材；
4)使用去离子水或者蒸馏水将棒材洗至pH＝6-8，经模拟体液矿化后，洗涤、干燥即得具有螺旋取向结构的壳聚糖接骨钉材料。
上述技术方案中，所述的氢氧化钠水溶液和乙醇的体积比为4:1～1:2。
所述的氢氧化钠水溶液的质量分数为1％-15％。
本发明相对于现有技术具有以下优点：
1)本发明中使用湿法纺丝、纤维定向拉伸和有序螺旋缠绕收集等工艺制备具有致密三维堆砌结构的壳聚糖骨钉，该骨钉通过高度取向的壳聚糖丝螺旋缠绕以形成三维棒状结构，且带有自螺纹功能，省去了套螺纹的步骤，消除了套螺纹过程带来的结构缺陷和原料浪费。
2)本发明中使用模拟体液(Simulated Body Fluid，SBF)对壳聚糖骨钉进行矿化处理，以赋予骨钉优异的骨诱导再生功能。
3)本发明制备得到的壳聚糖骨钉，由于壳聚糖本身具有优异的生物相容性和生物可降解性，有望应用于生物骨修复领域。
附图说明
图1为具有螺旋取向结构的壳聚糖接骨钉材料的制备过程示意图。
具体实施方式：
结合以下实例进一步说明本发明。
实例1：
⑴按照一定质量百分比称取各组分：壳聚糖(分子量为20000)2％、乙酸0.5％，其余为水；将上述组分混合溶胀后，使用机械搅拌装置搅拌1h，制得壳聚糖溶液；
⑵将壳聚糖溶液离心、脱泡、沉降，然后使用纺丝装置进行溶液纺丝；
⑶将壳聚糖纺丝溶液注入氢氧化钠水溶液(5％)-乙醇凝固浴中沉析生产初纤维，氢氧化钠水溶液和乙醇的体积比为1:2，并沿着纺丝液喷射方向对初纤维进行定向拉伸，同时使用转速可调节的辊轮(直径≤3mm)对初纤维进行有序的螺旋缠绕收集，收集完成后将辊轮取出，制得具有致密三维堆砌结构的壳聚糖纤维棒材。
⑷使用去离子水或者蒸馏水将棒材洗至pH＝6.5，经1倍的模拟体液(SimulatedBody Fluid，SBF)矿化后，洗涤、干燥即可制得壳聚糖骨钉。其由高度取向的壳聚糖丝螺旋缠绕以形成三维棒状结构，且带有自螺纹功能和骨诱导再生功能。
实例2：
⑴按照一定质量百分比称取各组分：壳聚糖(分子量为850000)3％、乙酸2％，其余为水；将上述组分混合溶胀后，使用机械搅拌装置搅拌4h，制得壳聚糖溶液；
⑵将壳聚糖溶液离心、脱泡、沉降，然后使用纺丝装置进行溶液纺丝；
⑶将壳聚糖纺丝溶液注入氢氧化钠水溶液(6％)-乙醇凝固浴中沉析生产初纤维，氢氧化钠水溶液和乙醇的体积比为1:1，并沿着纺丝液喷射方向对初纤维进行定向拉伸，同时使用转速可调节的辊轮(直径≤3mm)对初纤维进行有序的螺旋缠绕收集，收集完成后将辊轮取出，制得具有致密三维堆砌结构的壳聚糖纤维棒材。
⑷使用去离子水或者蒸馏水将棒材洗至pH＝6.0，经5倍的模拟体液(SimulatedBody Fluid，SBF)矿化后，洗涤、干燥即可制得壳聚糖骨钉。其由高度取向的壳聚糖丝螺旋缠绕以形成三维棒状结构，且带有自螺纹功能和骨诱导再生功能。
实例3：
⑴按照一定质量百分比称取各组分：壳聚糖(分子量为1000000)4％、乙酸3％，其余为水；将上述组分混合溶胀后，使用机械搅拌装置搅拌4h，制得壳聚糖溶液；
⑵将壳聚糖溶液离心、脱泡、沉降，然后使用纺丝装置进行溶液纺丝；
⑶将壳聚糖纺丝溶液注入氢氧化钠水溶液(7％)-乙醇凝固浴中沉析生产初纤维，氢氧化钠水溶液和乙醇的体积比为1:1，并沿着纺丝液喷射方向对初纤维进行定向拉伸，同时使用转速可调节的辊轮(直径≤3mm)对初纤维进行有序的螺旋缠绕收集，收集完成后将辊轮取出，制得具有致密三维堆砌结构的壳聚糖纤维棒材。
⑷使用去离子水或者蒸馏水将棒材洗至pH＝7.1，经5倍的模拟体液(SimulatedBody Fluid，SBF)矿化后，洗涤、干燥即可制得壳聚糖骨钉。其由高度取向的壳聚糖丝螺旋缠绕以形成三维棒状结构，且带有自螺纹功能和骨诱导再生功能。
实例4：
⑴按照一定质量百分比称取各组分：壳聚糖(分子量为1500000)3％、乙酸3％，其余为水；将上述组分混合溶胀后，使用机械搅拌装置搅拌5h，制得壳聚糖溶液；
⑵将壳聚糖溶液离心、脱泡、沉降，然后使用纺丝装置进行溶液纺丝；
⑶将壳聚糖纺丝溶液注入氢氧化钠水溶液(7％)-乙醇凝固浴中沉析生产初纤维，氢氧化钠水溶液和乙醇的体积比为2:1，并沿着纺丝液喷射方向对初纤维进行定向拉伸，同时使用转速可调节的辊轮(直径≤3mm)对初纤维进行有序的螺旋缠绕收集，收集完成后将辊轮取出，制得具有致密三维堆砌结构的壳聚糖纤维棒材。
⑷使用去离子水或者蒸馏水将棒材洗至pH＝6.6，经5倍的模拟体液(SimulatedBody Fluid，SBF)矿化后，洗涤、干燥即可制得壳聚糖骨钉。其由高度取向的壳聚糖丝螺旋缠绕以形成三维棒状结构，且带有自螺纹功能和骨诱导再生功能。
实例5：
⑴按照一定质量百分比称取各组分：壳聚糖(分子量为2000000)2％、乙酸5％，其余为水；将上述组分混合溶胀后，使用机械搅拌装置搅拌8h，制得壳聚糖溶液；
⑵将壳聚糖溶液离心、脱泡、沉降，然后使用纺丝装置进行溶液纺丝；
⑶将壳聚糖纺丝溶液注入氢氧化钠水溶液(8％)-乙醇凝固浴中沉析生产初纤维，氢氧化钠水溶液和乙醇的体积比为4:1，并沿着纺丝液喷射方向对初纤维进行定向拉伸，同时使用转速可调节的辊轮(直径≤3mm)对初纤维进行有序的螺旋缠绕收集，收集完成后将辊轮取出，制得具有致密三维堆砌结构的壳聚糖纤维棒材。
⑷使用去离子水或者蒸馏水将棒材洗至pH＝8.0，经10倍的模拟体液(SimulatedBody Fluid，SBF)矿化后，洗涤、干燥即可制得壳聚糖骨钉。其由高度取向的壳聚糖丝螺旋缠绕以形成三维棒状结构，且带有自螺纹功能和骨诱导再生功能。
Claims (5)
1.一种具有螺旋取向结构的壳聚糖接骨钉材料的制备方法，其特征在于：首先利用纺丝装置对壳聚糖溶液进行湿法纺丝，通过转速可调节的收集装置对初纤维定向拉伸和有序的螺旋缠绕收集，获得壳聚糖纤维棒材，再经模拟体液矿化后，清洗、烘干，获得具有螺旋取向结构的壳聚糖接骨钉材料。
2.如权利要求1所述的具有螺旋取向结构的壳聚糖接骨钉材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下制备步骤：
1)按照如下质量百分比称取各组分：壳聚糖1％-20％、乙酸0.5％-10％，其余为水；所述的壳聚糖分子量为200000-2000000；将上述组分混合溶胀后，使用机械搅拌装置搅拌1-8h，制得壳聚糖溶液；
2)将壳聚糖溶液离心、脱泡、沉降，然后使用纺丝装置进行溶液纺丝；
3)将纺丝装置喷出的壳聚糖纺丝溶液注入凝固浴中沉析生产初纤维，所述的凝固浴为氢氧化钠水溶液与乙醇的混合液，经转速可调节的收集装置对初纤维定向拉伸和有序的螺旋缠绕收集，制得具有致密三维堆砌结构的壳聚糖纤维棒材；4)使用去离子水或者蒸馏水将棒材洗至pH＝6-8，经模拟体液矿化后，洗涤、干燥即得具有螺旋取向结构的壳聚糖接骨钉材料。
3.根据权利要求2所述的具有螺旋取向结构的壳聚糖接骨钉材料的制备方法，其特征在于，所述的氢氧化钠水溶液和乙醇的体积比为4:1～1:2。
4.根据权利要求2所述的具有螺旋取向结构的壳聚糖接骨钉材料的制备方法，其特征在于，所述的氢氧化钠水溶液的质量分数为1％-15％。
5.一种具有螺旋取向结构的壳聚糖接骨钉材料，其特征在于，采用如权利要求1-4任一项所述的方法制得。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Jin Xiaoqiang Inventor after: Pang Yichuan Inventor after: Zhou Yi Inventor after: Huang Xiaofei Inventor after: Bao Xiaojiong Inventor after: Hu Qiaoling Inventor after: Wang Zhengke Inventor before: Wang Zhengke Inventor before: Jin Xiaoqiang Inventor before: Pang Yichuan Inventor before: Zhou Yi Inventor before: Huang Xiaofei Inventor before: Bao Xiaojiong Inventor before: Hu Qiaoling |