CN108404216B - 一种梯度复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种梯度复合材料及其制备方法和应用。所述方法包括：用有机溶剂将生物相容性聚合物与生物活性陶瓷粉体配制成生物活性陶瓷粉体含量不同的多种浆料；将多种浆料按生物活性陶瓷粉体含量递增或递减方式逐层流延或分层流延共压，制得包含多层流延膜的梯度复合材料。梯度复合材料优选为包含4层流延膜，从第一层流延膜到第四层流延膜，生物活性陶瓷粉体的体积百分含量依次为0％、30％、50％和70％。本发明制得的梯度复合材料能够促进成骨细胞和成纤维细胞早期粘附和增殖、有效促进肌腱和骨组织之间过渡层的形成，腱‑骨结合强度可提升38.6％；本发明中的梯度复合材料可用作腱‑骨愈合补片材料，是一种很具潜力的生物医用材料。

Description

一种梯度复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于生物医用材料制备技术领域，尤其涉及一种用于腱-骨愈合的梯度复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
腱-骨止点处是连接两个不同组织肌腱-骨的重要区域，在肌腱与骨之间起到关键的桥梁作用。有调查研究发现，在50岁以上的人群中，肩袖部位的腱-骨止点处部分或者全部撕裂的概率高达30～50％。而在国内，随着全民健身的普及和人们对健康的越来越多的重视，运动过度或不当导致的腱-骨部位损伤的概率也逐年增加。
腱-骨止点处连着肌腱与骨两相完全不同的毫米大小并高度有序的分层部位。在生理力学测试中发现，肌腱部位的弹性模量是0.4GPa，而骨组织的弹性模量是20GPa。这种结构上界面力学不匹配性导致腱-骨界面的应力集中和损伤。不管是从宏观上(组织)还是微观上看(成分和结构)，腱-骨部位的生理性差异都使得界面更为复杂。一般将腱-骨区域分为四大部分，分别是腱组织、非钙化纤维软骨层、钙化纤维软骨层和骨组织四层组织结构。
由于腱-骨止点处复杂的结构，其组织内血管的缺失和萎缩导致其在损伤后难以自愈。而通过手术干预后的修复部位由于腱-骨愈合不良，发生再次损伤的概率仍超过20％。尽管手术技术和固定方法在过去的几十年在促进新生组织的力学强度和稳定性上有明显的进步，但腱-骨修复手术的高失败率使其在医学领域仍是一个大难题。为了促进肩袖腱-骨愈合，生物和合成高分子移植物被初步应用于巨大肩袖缺损的重建。如何提高植入材料成骨和成纤维作用，促进新生组织的力学性能，已经成为腱-骨愈合植入材料研究的热点之一。
在目前研究和使用的骨修复与替代材料中，磷酸钙等生物活性陶瓷占有很大的比重，主要因为磷酸钙等生物活性陶瓷具有良好的生物相容性，对人体无毒、无害、无致癌作用，并可以和自然骨通过体内的生物化学反应形成骨性结合。但目前用于肩袖腱-骨愈合的修复材料主要为单相或者单层复合支架，而由于腱-骨止点处结构的复杂性，现有制得的腱-骨愈合修复材料存在促进成骨活性较差、腱-骨结合强度不够等问题。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种具有高效的促进成骨和成纤维作用以及能显著提高腱-骨结合强度的梯度复合材料及其制备方法和应用，以解决现有腱-骨愈合材料存在的一个或者多个技术问题。
为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种梯度复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)用有机溶剂将生物相容性聚合物与生物活性陶瓷粉体配制成生物活性陶瓷粉体含量不同的多种浆料；和
(2)将步骤(1)配制的所述多种浆料按生物活性陶瓷粉体含量递增或递减方式逐层流延或分层流延共压，制得包含多层流延膜的梯度复合材料。
特别地，所述流延的速度为0.05～0.1m/s，优选为0.05m/s。
特别地，每种用于流延的所述浆料的用量为10～20mL，优选为10mL；和/或所述流延膜的厚度为0.2～2mm，优选为0.2～1mm。
优选地，所述生物活性陶瓷粉体的粒径小于48μm。
优选地，所述方法还包括将步骤(2)制得的梯度复合材料于20℃～30℃下自然干燥的步骤。
优选地，在所述梯度复合材料包含的多层流延膜中，从第一层流延膜到最后一层流延膜，所述生物相容性聚合物的体积百分含量逐层递减，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量逐层递增，且在每层流延膜中，所述生物相容性聚合物的体积百分含量与所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量之和为100％。
特别地，所述梯度复合材料包含4层流延膜；在第一层流延膜中，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量为0％～5％，优选为0％；在第二层流延膜中，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量为25％～35％，优选为30％；在第三层流延膜中，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量为45％～55％，优选为50％；在第四层流延膜中，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量为65％～75％，优选为70％。
特别地，所述生物相容性聚合物选自由聚己内酯、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇和聚乳酸-羟基乙酸共聚物组成的组，优选为聚己内酯；所述生物活性陶瓷粉体选自由硅磷酸钙粉体、磷酸三钙粉体、羟基磷灰石粉体和缺钙羟基磷灰石粉体组成的组，优选为硅磷酸钙粉体；和/或所述有机溶剂选自由二氯甲烷、三氯甲烷、六氟异丙醇、三氟乙醇和N，N’-二甲基甲酰胺组成的组，优选为二氯甲烷。
本发明在第二方面提供了本发明在第一方面所述的制备方法制得的梯度复合材料；优选的是，所述梯度复合材料包含4层流延膜，且从第一层流延膜到第四层流延膜，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量依次为0％、30％、50％和70％。
本发明在第三方面提供了本发明在第二方面所述的梯度复合材料作为腱-骨愈合补片材料的应用。
本发明与现有技术相比至少具有如下的有益效果：
(1)本发明与现在技术相比，提供了一种新的用于腱-骨愈合修复的梯度复合材料(成分梯度复合材料)的制备方法，以此满足腱-骨愈合补片材料所需的成骨和成纤维的要求，可扩展腱-骨愈合补片材料新的制备工艺和体系材料；本发明采用有机溶剂法和流延法结合的方式，通过逐层流延或分层流延然后层层叠加共压的方式将有机组分生物相容性聚合物和无机组分生物活性陶瓷粉体复合制备了具有良好亲水性、较小表面粗糙度、生物学性能优异和具有高效的促进成骨活性、高效的成纤维作用以及能显著提高腱-骨结合强度的梯度复合材料。
(2)本发明方法具有工艺简单、工艺可控、易操作、生产效率高、有效节约能源以及可适用性广等优点，能够用于制备包含多种生物活性陶瓷粉体和生物相容性聚合物的梯度复合材料；通过本发明方法制得的梯度复合材料具有可裁剪性和柔韧性，能够通过二次处理得到合适的大小、形状和厚度的复合材料，适合于用作软硬组织修复材料，是一种很具潜力的生物医用材料。
(3)本发明中的梯度复合材料，与一般材料相比，从设计上模拟腱-骨止点处从软组织到硬组织的转化，在成分上拟合腱-骨止点处的矿化组分分布，在体外能够有效促进成骨细胞和成纤维细胞的早期粘附和增殖，在体内能有效促进肌腱与骨组织之间过渡层(从肌腱-纤维软骨-矿化骨-骨组织的过渡区域)的形成，并促进腱-骨整合性的提高，腱-骨结合强度可提升38.6％。
附图说明
图1是实施例1制备的4种单层流延膜的背散射表面形貌图(SEM图)。
图2是实施例1制备的4种单层流延膜表面成骨细胞的形貌观察实验结果图。
图3是实施例1制备的4种单层流延膜表面成纤维细胞的形貌观察实验结果图。
图4是实施例1制备的4种单层流延膜对成骨细胞的增殖实验结果图。
图5是实施例1制备的4种单层流延膜对成纤维细胞的增殖实验结果图。
图6是实施例4制备的梯度复合材料截面成分分布图。由图6可知，每层流延膜的厚度约为200μm，伴随着CPS体积百分含量的增加，在背散射图(SEM图)中，对应的流延膜的白色部分随之增加。
图7是实施例5中实验组和对照组进行动物实验后体内组织力学测试结果图。
图8是实施例5中实验组和对照组进行动物实验后体内新生成的软骨组织番红-快绿染色结果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明在第一方面提供了一种梯度复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)用有机溶剂将生物相容性聚合物与生物活性陶瓷粉体配制成生物活性陶瓷粉体含量不同的多种浆料；和
(2)将步骤(1)配制的所述多种浆料按生物活性陶瓷粉体含量递增或递减方式逐层流延或分层流延共压，制得包含多层流延膜的梯度复合材料。
在本发明中，所述多种指的是两种及两种以上，所述多层指的是两层及两层以上；所述逐层流延是指将一定体积的一种浆料放置到流延机中进行流延得到第一层流延膜，然后在第一层流延膜的基础上将另一种浆料放置到流延机中进行流延得到第二层流延膜，如此在一层流延膜的基础上进行另一层的流延堆叠，制得包含多层流延膜的梯度复合材料。在本发明中，所述分层流延共压是指将多种浆料分别流延，首先得到多种单层的流延膜，然后将这些单层的流延膜堆叠在一起通过热压的方式压合成复合在一起的包含多层流延膜的梯度复合材料，例如可以将这些单层的流延膜叠放在等静压机中，以压力30～60MPa、温度50℃～90℃的条件下进行热压，热压的时间为10～50分钟。
流延成型法具有工艺简单、可连续生产、性能均一以及生产效率高等诸多优点，但现有用于流延成型中的浆料均含有粘结剂，而粘结剂对人体可能存在一些潜在的毒副作用，因此，磷酸钙等生物活性陶瓷这一类生物医用材料的制备未见通过流延法制得的。而本发明在不使用粘结剂的条件下，采用流延法制备了复合有生物相容性聚合物(有机组分)与生物活性陶瓷粉体(无机组分)的梯度复合材料，可扩展腱-骨愈合补片材料新的制备工艺和体系材料；本发明制得的所述梯度复合材料具有良好亲水性、较小表面粗糙度、生物学性能优异和具有高效的促进成骨活性、高效的成纤维作用以及能显著提高腱-骨结合强度等优点。
本发明方法能够形成有效复合生物相容性聚合物与生物活性陶瓷粉体两种组分的流延膜，相比低压灌注(低压反应注射成型)或喷涂等其它成膜方法，本发明可以有效避免由于生物相容性聚合物与生物活性陶瓷粉体之间显著的密度差异而导致的流延膜成分的不均匀性，从而可以得到性能稳定、整体性能优异、能显著提高腱-骨结合强度的梯度复合材料；此外，本发明中流延法相比低压灌注(低压反应注射成型)或喷涂等其它成膜方法，制得的各层流延膜之间无明显的突变界面存在，在作为腱-骨愈合补片材料的应用过程中不会出现分层或开裂等结构性破坏现象。
根据一些具体的实施方式，步骤(1)为：将生物相容性聚合物和生物活性陶瓷粉体按照不同的体积比例混合，得到生物活性陶瓷粉体的体积百分含量不同的多种混合料，然后往每种所述混合料中分别加入有机溶剂混合均匀，从而得到分散均匀的生物活性陶瓷粉体的体积百分含量不同的多种浆料。
根据一些优选的实施方式，所述流延的速度为0.05～0.1m/s(例如0.05、0.06、0.07、0.08、0.09或0.1m/s)，优选为0.05m/s。在本发明中，所述流延的速度优选为0.05～0.1m/s，流延速度较快，可以有效提高生物相容性聚合物与所述生物活性陶瓷粉体复合的均匀性。
根据一些优选的实施方式，每种用于流延的所述浆料的用量为10～20mL(例如10、12、15、18或20mL)，优选为10mL。
根据一些优选的实施方式，所述流延膜的厚度为0.2～2mm(例如0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、、1.9或2mm)，优选为0.2～1mm(例如0.2、0.25、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1mm)。
根据一些优选的实施方式，所述生物活性陶瓷粉体的粒径小于48μm。在本发明中，所述生物活性陶瓷粉体的粒径优选为小于48μm，有利于所述生物相容性聚合物与所述生物活性陶瓷粉体的均匀复合。
根据一些优选的实施方式，所述方法还包括将步骤(2)制得的梯度复合材料于20℃～30℃(例如20℃、25℃或30℃)下自然干燥，例如将步骤(2)制得的梯度复合材料在空气中于25℃下自然干燥，挥发有机溶剂；所述干燥的时间优选为200～600s，更优选为200～400s(例如200、250、300、350或400s)。
根据一些优选的实施方式，在所述梯度复合材料包含的多层流延膜中，从第一层流延膜到最后一层流延膜，所述生物相容性聚合物的体积百分含量逐层递减，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量逐层递增，且在每层流延膜中，所述生物相容性聚合物的体积百分含量与所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量之和为100％。特别说明的是，所述生物相容性聚合物的体积百分含量、所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量分别指的是生物相容性聚合物、生物活性陶瓷粉体在每层流延膜中的体积占比。
根据一些优选的实施方式，所述梯度复合材料包含4层流延膜；在第一层流延膜中，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量为0％～5％(例如0％、1％、2％、3％、4％或5％)，优选为0％；在第二层流延膜中，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量为25％～35％(例如25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％或35％)，优选为30％；在第三层流延膜中，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量为45％～55％(例如45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％或55％)，优选为50％；在第四层流延膜中，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量为65％～75％(例如65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％或75％)，优选为70％。当所述梯度复合材料包含4层流延膜时，所述第四层流延膜也即最后一层流延膜。
根据一些优选的实施方式，所述生物相容性聚合物选自由聚己内酯、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇和聚乳酸-羟基乙酸共聚物组成的组，优选为聚己内酯；所述生物活性陶瓷粉体选自由硅磷酸钙粉体、磷酸三钙粉体(例如β-磷酸三钙粉体)、羟基磷灰石粉体和缺钙羟基磷灰石粉体组成的组，优选为硅磷酸钙粉体；和/或所述有机溶剂选自由二氯甲烷、三氯甲烷、六氟异丙醇、三氟乙醇和N，N’-二甲基甲酰胺组成的组，优选为二氯甲烷。
在本发明中，所述生物活性陶瓷粉体优选为硅磷酸钙(CPS)粉体，因为硅是促进骨骼发育的重要微量元素，含硅的硅磷酸钙材料在生理溶液中，材料表面可通过离子交换形成Si-OH团，可作为活性位点吸引钙和磷离子聚集，有利于成骨细胞粘附、增殖，促进新骨形成，大大提高材料的生物活性；在本发明中优选为通过溶胶-凝胶法制备纯相的硅磷酸钙(Ca5(PO4)2SiO4，CPS)粉体，特别地，将所述CPS粉体经过300目筛子过筛，使得CPS粉体的粒径小于48μm。CPS生物活性陶瓷粉体具有良好的体外生物活性，而且能更好地促进细胞的增殖。本发明采用流延法优选制备包含硅磷酸钙的梯度复合材料不仅具有硅磷酸钙良好的生物促成骨活性，而且具有优异的促进成纤维作用。
根据一些更为具体的实施方式，所述梯度复合材料的制备过程为：
(1)用二氯甲烷将聚己内酯(PCL)和硅磷酸钙粉体按照不同的体积比1:0、7:3、5:5和3:7配制成4种浆料。
(2)取聚己内酯和硅磷酸钙粉体的体积比为1:0的浆料10mL放置在流延机中，以0.05m/s的流延的速度进行流延，得到厚度为0.2～1mm的第一层流延膜。
(3)在第一层流延膜的基础上，将聚己内酯和硅磷酸钙粉体的体积比为7:3的浆料置于流延机中，以相同的流延参数流延叠加至第一层流延膜上，得到第二层流延膜；然后在第二层流延膜的基础上，将聚己内酯和硅磷酸钙粉体的体积比为5:5的浆料置于流延机中，以相同的流延参数流延叠加至第二层流延膜上，得到第三层流延膜；接着在第三层流延膜的基础上，将聚己内酯和硅磷酸钙粉体的体积比为3:7的浆料置于流延机中，以相同的流延参数流延叠加至第三层流延膜上，得到第四层流延膜；最后待溶剂完全挥发后，制备得到所述包含多层流延膜的梯度复合材料。
特别说明的是，当每层所述流延膜包含聚己内酯和硅磷酸钙两种组分时，在所述聚己内酯和硅磷酸钙的体积比为1:0时，将该层流延膜记作聚己内酯膜(PCL膜)或聚己内酯层(PCL层)，简记为PCL；在所述聚己内酯和硅磷酸钙的体积比为7:3时，将该层流延膜记作7P/3C膜或7P/3C层，简记为7P/3C；在所述聚己内酯和硅磷酸钙的体积比为5:5时，将该层流延膜记作5P/5C膜或5P/5C层，简记为5P/5C；在所述聚己内酯和硅磷酸钙的体积比为3:7时，将该层流延膜记作3P/7C膜或3P/7C层，简记为3P/7C。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的梯度复合材料；优选的是，所述梯度复合材料包含4层流延膜，且从第一层流延膜到第四层流延膜，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量依次为0％、30％、50％和70％。本发明所制得的梯度复合材料能够有效促进成骨细胞和成纤维细胞早期粘附和增殖，显著提高腱-骨整合性。
本发明在第三方面提供了本发明在第二方面所述的梯度复合材料作为腱-骨愈合补片材料的应用。
下文将通过举例的方式对本发明进行进一步的说明，但是本发明的保护范围不限于这些实施例。
实施例1
①将聚己内酯和硅磷酸钙粉体按照不同的体积比1:0、7:3、5:5和3:7分别混合于4个50mL的封口瓶内，然后往每个封口瓶中加入一定的二氯甲烷溶解聚己内酯，待聚己内酯完全溶解后得到分散均匀的硅磷酸钙的体积百分含量不同的4种浆料。
②将①得到的4种浆料采用表1中的制备参数进行分层流延，制得硅磷酸钙的体积百分含量递增的4种单层的流延膜。在表1中，流延体积表示的是每种用于流延的所述浆料的用量。
对本实施例制得的4种单层流延膜进行性能测试：
图1为本实施例制备的4种单层流延膜的背散射表面形貌图(SEM图)。由图1可见，经过本实施例制备的4种流延膜材料表面无机组分硅磷酸钙(CPS)和有机组分聚己内酯(PCL)分布均匀，且随着无机成分CPS体积百分含量的增加，流延膜材料表面的白色区域增加。
实施例2
在实施例1得到的4种单层流延膜上分别进行小鼠成骨细胞和成纤维细胞粘附实验：每种单层流延膜样品经75％酒精灭菌2小时后，将密度为5×104个/mL的细胞悬浮液1mL接种于样品表面，培养特定时间(1、4、24h)后，用磷酸缓冲盐溶液(PBS缓冲液)清洗每种单层流延膜样品2遍，用质量分数为4％的多聚甲醛进行细胞固定，再用PBS缓冲液清洗后加入500μL体积的质量分数为0.1％的曲拉通100进行细胞通透，最后使用罗丹明染料和4，6-联脒-2-苯基吲哚(DAPI)分别对细胞进行细胞骨架和细胞核染色，在荧光显微镜下观察细胞骨架和细胞核情况。
图2为本实施例4种单层流延膜样品表面成骨细胞的形貌观察实验结果。由图2可见，随着CPS体积百分含量的增加，流延膜材料表面越有利于成骨细胞的粘附和铺展，成骨细胞在3P/7C样品表面细胞数量最多，且粘附状态较好。
图3为本实施例4种单层流延膜样品表面成纤维细胞的形貌观察实验结果。由图3可知，成纤维细胞在复合材料表面的粘附和铺展状态好于单一PCL表面。在复合材料组中，5P/5C组表面对成纤维细胞粘附和铺展效果最佳，7P/3C组次之，3P/7C相对而言对成纤维细胞粘附和铺展效果一般。
实施例3
在实施例1得到的4种单层流延膜上分别进行小鼠成骨细胞和小鼠成纤维细胞增殖实验：每种单层流延膜样品经75％酒精灭菌2小时后，将密度为2.5×104个/mL的细胞悬浮液1mL接种于样品表面，培养特定时间(1、4、7天)后，用PBS缓冲液清洗样品2遍，加入0.5mL含有体积浓度为10％的阿尔玛蓝的500mL培养基进一步培养4h，取100μL培养基测试560nm激发波长和590nm发射波长处的荧光强度值以表征细胞增殖率。
图4为本实施例4种单层流延膜样品对成骨细胞的增殖实验结果。由图4可见，在培养时间为1天时，四组样品之间细胞的增殖率没有显著性差异；当培养时间为4天时，含有无机成分CPS的流延膜组的细胞增殖率明显大于PCL组；当培养时间为7天时，每组之间的差异性更为明显，细胞增殖率在4组之间的关系：PCL＜7P/3C＜5P/5C≈3P/7C。
图5为本实施例4种单层流延膜样品对成纤维细胞的增殖实验结果。由图5可见，在培养时间为1天时，四组样品之间细胞的增殖率没有显著性差异；当培养时间为4天时，含有无机成分CPS的复合材料组细胞增殖率明显大于PCL组；当培养时间为7天时，每组之间的差异性更为明显，细胞增殖率在4组之间的关系：PCL＜5P/5C＜7P/3C＜3P/7C。
实施例4
①将聚己内酯和硅磷酸钙粉体按照不同的体积比1:0、7:3、5:5和3:7分别混合于4个50mL的封口瓶内，然后往每个封口瓶中加入一定的二氯甲烷溶解聚己内酯，待聚己内酯完全溶解后得到分散均匀的硅磷酸钙的体积百分含量不同的4种浆料。
②将①得到的4种浆料采用表1中的制备参数按硅磷酸钙体积百分含量递增的方式进行逐层流延，制得包含4层流延膜的梯度复合材料。
图6为本实施例制得的梯度复合材料截面成分分布图。由图6可知，每层流延膜的厚度约为200μm，伴随着CPS体积百分含量的增加，在背散射图(SEM图)中，对应的流延膜的白色部分随之增加。
实施例5
取48只6月龄新西兰成年雌性新西兰白兔(体重2.5～3.5kg)消毒麻醉后，取肱骨大结节的正中切口，长约1.5cm钝性分离三角肌，显露冈上肌肌腱在肱骨大结节上的止点，于大结节止点处，锐性切断冈上肌肌腱，彻底切除大结节上的止点组织，并打磨至骨松质，用直径为1mm的克氏针在大结节上打2个骨孔。对照组(无任何植入材料)采用改良Mason-Allen缝合法缝合冈上肌肌腱末端，并将2号缝线穿过足印区两个相互交叉的骨隧道打结固定；实验组则将预先制备并经高温高压灭菌的PCL膜、PCL-CPS单层复合膜(简记为PCL-CPS膜或PCL-CPS，PCL-CPS单层复合膜包含的PCL与CPS的体积比为5:5)和与实施例4组分相同的梯度复合材料(记作G-PCL-CPS膜或G-PCL-CPS)原位植入腱-骨界面后再缝合打结固定，逐层闭合切口用2号缝线进行腱-骨缝合，将冈上肌缝合于原解剖止点，缝合牢固、检查组织无活动性出血后关闭伤口。将对照组和实验组分别于术后8周，16周(每组共12只，每个时间点6只)处死动物取材，取下冈上肌-腱骨连接处-肱骨近端复合体。每组每个时间点取6个冈上肌-腱骨连接处-肱骨近端复合体，测量冈上肌肌腱止点的横截面积，固定所述复合体，测量其承受的生物力学参数。每组每个时间点取6个冈上肌-腱骨连接处-肱骨近端复合体，对腱骨止点进行番红-快绿染色。
图7为本实施例进行动物实验后体内组织力学测试结果图。从图中可以看出，在术后时间为8周时，实验组的力学强度大于对照组，G-PCL-CPS膜在4组中力学强度值最大；在术后时间为16周时，4组样品的力学强度值都在增加，实验组的力学强度依然优于对照组，G-PCL-CPS膜力学强度相比于对照组提高38.6％。实验组与对照组的力学强度测试结果如表2所示。
图8为本实施例进行动物实验后体内新生成的软骨组织番红-快绿染色结果图。从图中可以看出，在术后时间为8周时，实验组PCL-CPS和G-PCL-CPS组出现明显的软骨组织，而G-PCL-CPS组在腱骨止点处形成的软骨区域更大；在术后时间为16周时，实验组PCL-CPS和G-PCL-CPS组的软骨区域增加，尤其是G-PCL-CPS组呈现软骨组织的梯度分布。
实施例6
实施例6与实施例4基本相同，不同之处在于：
①将聚己内酯和硅磷酸钙粉体按照不同的体积比1:0、92:8、75:25和55:45分别混合于4个50mL的封口瓶内，然后往每个封口瓶中加入一定的二氯甲烷溶解聚己内酯，待聚己内酯完全溶解后得到分散均匀的硅磷酸钙的体积百分含量不同的4种浆料。
将本实施例制备的梯度复合材料采用与实施例5相同的方式进行动物实验并进行体内组织力学性能测试，本实施例的力学强度测试结果如表3所示。
对比例1
①配制聚已内酯的质量分数为15％的二氧六环水溶液，将所述二氧六环水溶液分成四份，向每份所述二氧六环水溶液中加入不同质量分数的β-磷酸三钙，得到β-磷酸三钙的质量百分含量依次为0％、20％、40％和70％的4种浆料。
②将①得到的4种浆料按β-磷酸三钙质量百分含量递增的方式进行逐层灌注，制得包含4层膜的梯度复合材料，每层膜的厚度为3mm。
将本对比例制备的梯度复合材料采用与实施例5相同的方式进行动物实验并进行体内组织力学性能测试，本对比例的力学强度测试结果如表3所示。
对比例2
对比例2与实施例4基本相同，不同之处在于：
将①制得的4种浆料按硅磷酸钙体积百分含量递增的方式进行逐层灌注，制得包含4层膜的梯度复合材料。
将本对比例制备的梯度复合材料采用与实施例5相同的方式进行动物实验并进行体内组织力学性能测试，本对比例的力学强度测试结果如表3所示。
对比例3
对比例3与实施例4基本相同，不同之处在于：
将①制得的4种浆料按硅磷酸钙体积百分含量递增的方式进行逐层喷涂，制得包含4层膜的梯度复合材料。
将本对比例制备的梯度复合材料采用与实施例5相同的方式进行动物实验并进行体内组织力学性能测试，本对比例的力学强度测试结果如表3所示。
表1：实施例1和实施例4的流延制备参数。
流延参数 实施例1 实施例4
流延速度(m/s) 0.05 0.05
流延体积(mL) 10 5
流延膜厚度(mm) 0.5 0.25
干燥时间(s) 300 200
操作温度(℃) 25 25
表2：实施例5中实验组与对照组进行动物实验后体内腱骨肌-腱骨连接处-肱骨近端力学强度测试结果。
力学强度(MPa) 对照组 PCL膜 PCL-CPS膜 G-PCL-CPS膜
8周 5.27±0.36 5.50±0.23 6.39±0.19 7.00±0.17
16周 5.93±0.13 6.09±0.15 6.86±0.19 7.32±0.42
表3：实施例5中G-PCL-CPS膜与实施例6、对比例1～3制得的梯度复合材料进行动物实验后体内腱骨肌-腱骨连接处-肱骨近端力学强度测试结果。
Figure BDA0001689104160000151
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种梯度复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（1）用有机溶剂将生物相容性聚合物与生物活性陶瓷粉体配制成生物活性陶瓷粉体含量不同的多种浆料；所述生物相容性聚合物为聚己内酯；所述生物活性陶瓷粉体为硅磷酸钙粉体；将所述硅磷酸钙粉体经过300目筛子过筛，使得硅磷酸钙粉体的粒径小于48μm；和
（2）将步骤（1）配制的所述多种浆料按生物活性陶瓷粉体含量递增或递减方式逐层流延或分层流延共压，制得包含多层流延膜的梯度复合材料；在所述梯度复合材料包含的多层流延膜中，从第一层流延膜到最后一层流延膜，所述生物相容性聚合物的体积百分含量逐层递减，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量逐层递增，且在每层流延膜中，所述生物相容性聚合物的体积百分含量与所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量之和为100%；所述梯度复合材料包含4层流延膜；在第一层流延膜中，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量为0%~5%；在第二层流延膜中，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量为25%~35%；在第三层流延膜中，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量为45%~55%；在第四层流延膜中，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量为65%~75%；所述流延的速度为0.05~0.1m/s；每种用于流延的所述浆料的用量为10~20mL；所述流延膜的厚度为0.2~2mm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述流延膜的厚度为0.2~1mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述方法还包括将步骤（2）制得的梯度复合材料于20℃~30℃下自然干燥的步骤。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述梯度复合材料包含4层流延膜；
在第一层流延膜中，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量为0%；
在第二层流延膜中，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量为30%；
在第三层流延膜中，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量为50%；
在第四层流延膜中，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量为70%。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述有机溶剂选自由二氯甲烷、三氯甲烷、六氟异丙醇、三氟乙醇和N，N’-二甲基甲酰胺组成的组。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：
所述有机溶剂为二氯甲烷。
7.由权利要求1至6任一项所述的制备方法制得的梯度复合材料。
8.根据权利要求7所述的梯度复合材料，其特征在于：
所述梯度复合材料包含4层流延膜，且从第一层流延膜到第四层流延膜，所述生物活性陶瓷粉体的体积百分含量依次为0%、30%、50%和70%。
9.根据权利要求7所述的梯度复合材料作为腱-骨愈合补片材料的应用。
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