CN108853600A - 一种可降解骨组织工程材料的制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于可降解材料领域，尤其涉及一种可降解组织工程填充材料的制备方法和应用。所述的制备方法，具体包括以下步骤：将3‑9g的HA溶解于20‑100 mL水中，搅拌成为悬浮液，静置3 ‑5h；将2‑8g的PLGA溶解于40‑100mL 分析纯N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)和10‑50mL分析纯二氯甲烷(CH2Cl2)中，均质5h；待PLGA完全溶解后，将HA制成悬浮液缓慢滴加至PLGA溶液中，得到白色乳状液，将此乳状液室温下均质5h，使PLGA与HA悬浮液混合均匀；边均质边加入过量无水乙醇，将得到的悬浮液置入0‑4℃空间，静置5h；将冷藏好的溶液用循环真空抽滤泵进行抽滤，然后用100度蒸馏水煮5次，放入烘干箱，180℃条件下烘干5‑10h。该降解组织工程填充材料具有一定的可塑性的和优良的生物活性。

Description

一种可降解骨组织工程材料的制备方法和应用
技术领域
本发明属于可降解材料领域，尤其涉及一种可降解组织工程填充材料的制备方法和应用。
背景技术
目前，临床上主要应用的是价格昂贵的进口组织工程填充材料，原料大多数来源于动物，存在一定的免疫源性和交叉感染等风险；并且临床上应用的人工骨粉呈细沙状，无原位固化作用，不易塑型，而且粘膜缝合后存在一定张力，愈合过程中还有组织水肿等使张力增加，因此很难维持三维空间，致使新骨形成速率缓慢、形态差，无法满足临床需要。
聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)由两种单体——乳酸和羟基乙酸随机聚合而成，是一种可降解的功能高分子有机化合物，具有良好的生物相容性、无毒、良好的成囊和成膜的性能。PLGA在人体内代谢的最终产物是CO2和H2O，中间产物乳酸也是体内正常糖代谢的产物，不会在重要器官聚集，因此具有优异的可生物降解吸收性，同时具有良好的生物相容性、无毒、良好的成囊和成膜的性能，被广泛应用于制药、医用工程材料和现代化工业领域。在美国PLGA通过FDA认证，被正式作为药用辅料收录进美国药典。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种可降解组织工程填充材料的制备方法和应用。该降解组织工程填充材料具有一定的可塑性的和优良的生物活性；制得的骨粉、骨块呈现白色颗粒状，颗粒度为300-2000μm，具有可控降解性，降解时间为2-3个月。
为了实现上述目的，本发明提供的可降解组织工程填充材料的制备方法，具体包括以下步骤。
步骤1、溶解：将2-9g的HA溶解于20-100 mL水中，搅拌成为悬浮液，静置3 -5h。
步骤2、将2-8g的PLGA溶解于40-100mL 分析纯N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和10-50mL分析纯二氯甲烷(CH2Cl2)中，均质5h。
步骤3、待PLGA完全溶解后，将HA制成悬浮液缓慢滴加至PLGA溶液中，得到白色乳状液，将此乳状液室温下均质5h，使PLGA与HA悬浮液混合均匀；边均质边加入过量无水乙醇，将得到的悬浮液置入0-4℃空间，静置5h。
步骤4、抽滤：将冷藏好的溶液用循环真空抽滤泵进行抽滤，然后用100度蒸馏水煮5次，放入烘干箱，180℃条件下烘干5-10h。
优选的，所述的HA与PLGA的重量比为2：8，4：6，6：4或8：2。
所述的分析纯N,N-二甲基甲酰胺与分析纯二氯甲烷的体积比为8:2。
所述的PLGA的原料按重量分数配比为50-90%乳酸和20-50%羟基乙酸。
所述的缓慢滴加的速度为2-3滴/分。
优选的，本发明提供的可降解组织工程填充材料的制备方法，具体包括以下步骤。
步骤1、称量3g HA，20ml蒸馏水；将蒸馏水盛放于容器中，将容器放在磁力搅拌器上，打开磁力搅拌器，将速度设置为5-10转/秒，采用点滴方式将3-9g的HA匀速滴入蒸馏水中，待所有HA进入溶液后，均质3 -5h。
步骤2、称量2g PLGA，20-50ml分析纯N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和分析纯二氯甲烷(CH2Cl2)（8:2 v/v）；将容器封口放入置物台上，加入磁力搅拌，调整磁力搅拌为10-20转/秒，并将磁力搅拌器加热至50-80℃，时间3-5h；然后将2-8g的PLGA均质3-5h，入封口容器中，再均质3-5h；控制容器温度50-80℃以控制反应速度，至液体反应均匀。
步骤3、将反应后的溶液置入三口容器中，容器中间置入机械搅拌，使用增力搅拌器，速度为5-10转/秒，将含有HA的悬浮液以2-3滴/分的速度滴定于反应后的PLGA混合溶液中，得到白色乳状反应液体，均质3-5h。加入过量无水乙醇10-20ml，以10-30滴/分的速度滴定，搅拌速度为5-10转/秒；滴定结束后，将混合液置入0-4℃的空间内内静置5-10h。
步骤4、取出冷藏溶液，用循环真空抽滤泵进行抽滤，强度1Mpa，得到乳白色固体；高温清洗5-10次后，于温度为60℃的条件下，烘干3h，即得HA/PLGA复合材料。
所述PLGA的制备方法，包括以下步骤。
步骤1、精确量取一定量粘稠状液体异辛酸亚锡(Sn(Oct))，溶于二氯甲烷中，配成浓度为1 g／mL的溶液，摇匀后转移至棕色瓶中，密封避光保存，备用。
步骤2、封管中加入重量比例为（5-9）:（5-1）的单体丙交酯和乙交酯，分子量调节剂0.2-0.3L叔丁基二甲基硅烷醇，和步骤1制备的8-10L引发剂Sn(Oct)的二氯甲烷溶液；反复抽真空，通氩气保护，达到10-3pa；将封管置于160℃恒温箱中，5h后，反应物熔融，每隔10分钟摇晃一次，摇晃三次以上，反应5-10h；抽滤强度为1Mpa，60℃条件下干燥3-5h，得到所需不同分子量的PLGA。
本发明的显著效果。
本发明所用的PLGA是非常规PLGA，其玻璃化温度在40-60℃之间；纯的乳酸或羟基乙酸聚合物比较难溶，PLGA展现了更为广泛的溶解性，它能够溶解于更多更普遍的溶剂当中。传统PLGA合成路线，分子量差别较大，得到的PLGA往往呈团状，不易于分解，因此无法控制降解时间，本发明采用的是阶段控制反应过程，匹配反应温度和均质速度的关系，促使PLGA分子均匀化、细小化，最终实现分子量可控，达到降解速度可控的效果。
本发明在制备过程中，由于PLGA粘度较高，选用单一溶剂中溶解速度较慢，因此选择混合溶剂DMF溶解性能高于其他溶剂，可以通过强力溶解达到分子量均匀化。同时还需要适当加热，以促进溶解；将HA水悬浮液加入PLGA溶液时，需缓慢滴加，如果速度控制不好，容易造成团聚或结块；随着PLGA含量的增加，HA/PLGA复合材料韧性增加，在溶液中容易结块，可以采用组织粉碎机将结块的部分磨碎，或者使用粉碎机将得到的复合材料粉碎至需要的粒度；为了得到需要目数的骨粉，需要将制得的复合材料过筛子。本发明取乳酸(LA)、乙醇酸(GA)分别脱水环化二聚成丙交酯和乙交酯两种单体，再按不同比例在引发剂的作用下开环共聚，这样得到的PLGA为无规共聚物(PLGA)，其组成可用丙交酯和乙交酯（5-9）:（5-1）进行控制；通过对实验材料的大白鼠动物实验发现，对于使用本发明制备的HA/PLGA复合材料得到的组织工程支架材料及纳米可吸收膜，组织吸收效果明显。
本发明骨组织工程材料具有一定的可塑性的和优良的生物活性，制得的骨粉、骨块呈现白色颗粒状，颗粒度为控制在300-2000μm，该颗粒度最适合体内支架和降解的平衡，空隙率85%以上，具有可控降解性，降解时间为2-3个月。其他工艺方法得到的是圆状颗粒，无法实现充分降解。
附图说明
图1埋植入股骨里的材料。
图2一周组织切片的变化。
图3两周组织切片的变化。
图4四周组织切片的变化。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做详细的说明。
实施例1。
可降解组织工程填充材料的制备方法，具体包括以下步骤。
步骤1、PLGA的制备：精确量取一定量粘稠状液体异辛酸亚锡(Sn(Oct))，溶于二氯甲烷中，配成浓度为1g/mL的溶液，摇匀后转移至棕色瓶中，密封避光保存，备用；封管中加入82:18的单体丙交酯、乙交酯，分子量调节剂0.3L叔丁基二甲基硅醇（市售产品），和8L引发剂Sn(Oct)的二氯甲烷溶液；反复抽真空，通氩气保护，达到10-3pa；将封管置于160℃恒温箱中，5h后反应物熔融，然后每隔10 min摇晃一次，摇晃三次以上，再反应5h；抽滤强度为1Mpa，60℃条件下干燥3h，得到PLGA。
步骤2、称量3g HA，20ml蒸馏水；将蒸馏水盛放于容器中，将容器放在磁力搅拌器上，搅拌速度设置为10转/秒，采用点滴方式（2滴/分钟）将3g的HA均匀滴入蒸馏水中，待所有HA进入溶液后，均质3h；分别称量2g 步骤1制备的PLGA，40mlN,N-二甲基甲酰胺(分析纯)和10ml二氯甲烷(分析纯)，置于封口容器中，60℃加热条件下进行磁力搅拌，搅拌为20转/秒，均质5h；控制反应速度，至液体反应均匀；将反应后的溶液置入三口容器中，容器中置入机械搅拌，搅拌速度为8转/秒，同时将含有HA的悬浮液滴定于反应后的PLGA混合溶液中，得到白色乳状反应液体，均质5h，均质过程中加入无水乙醇10ml；冷藏室（0-4℃）内静置5h；取出冷藏溶液，用循环真空抽滤泵进行抽滤，得到乳白色固体；高温清洗5次后，180℃条件下烘干5 h，即得HA/PLGA复合材料。
采用实施例1制备的HA/PLGA复合材料，对大白鼠进行股骨植入，结果见图1（其中A-B表示操作工人成功将HA/PLGA复合材料植入大白鼠股骨中，C-D表示材料植入后大白鼠的状态），通过组织切片观察，埋入骨组织的骨粉与骨组织有相对好的契合；植入一周后，与骨组织接触的的部位逐渐开始形成新骨，埋入的骨粉诱导骨组织的生长，见图2，由图可见，骨形成可见少量材料还未降解；植入两周后，见图3，由图可见材料中新骨形成，同时血管生成，材料开始降解；植入四周后，见图4，由图可见大量新骨形成，材料降解约50％，新骨长成大于50%。

Claims (7)

1.一种可降解组织工程填充材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、溶解：将3-9g的HA溶解于20-100 mL水中，搅拌成为悬浮液，静置3 -5h；
步骤2、将2-8g的PLGA溶解于40-100mL 分析纯N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和10-50mL分析纯二氯甲烷(CH2Cl2)中，均质5h；
步骤3、待PLGA完全溶解后，将HA制成悬浮液缓慢滴加至PLGA溶液中，得到白色乳状液，将此乳状液室温下均质5h，使PLGA与HA悬浮液混合均匀；边均质边加入过量无水乙醇，将得到的悬浮液置入0-4℃空间，静置5h；
步骤4、抽滤：将冷藏好的溶液用循环真空抽滤泵进行抽滤，然后用100度蒸馏水煮5次，放入烘干箱，180℃条件下烘干5-10h。
2.如权利要求1所述的可降解组织工程填充材料的制备方法，其特征在于，所述的HA与PLGA的重量比为2：8，4：6，6：4或8：2。
3.如权利要求1所述的可降解组织工程填充材料的制备方法，其特征在于，所述的分析纯N,N-二甲基甲酰胺与分析纯二氯甲烷的体积比为8:2。
4.如权利要求1所述的可降解组织工程填充材料的制备方法，其特征在于，所述的PLGA的原料按重量分数配比为50-90%乳酸和50-20%羟基乙酸。
5.如权利要求1所述的可降解组织工程填充材料的制备方法，其特征在于，所述的缓慢滴加的速度为2-3滴/分。
6.如权利要求1所述的可降解组织工程填充材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、称量3g HA，20ml蒸馏水；将蒸馏水盛放于容器中，将容器放在磁力搅拌器上，打开磁力搅拌器，将速度设置为5-10转/秒，采用点滴方式将3-9g的HA匀速滴入蒸馏水中，待所有HA进入溶液后，均质3 -5h；
步骤2、称量2g PLGA，20-50ml分析纯N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和分析纯二氯甲烷(CH2Cl2)（8:2 v/v）；将容器封口放入置物台上，加入磁力搅拌，调整磁力搅拌为10-20转/秒，并将磁力搅拌器加热至50-80℃，时间3-5h；然后将2-8g的PLGA均质3-5h，入封口容器中，再均质3-5h；控制容器温度50-80℃以控制反应速度，至液体反应均匀；
步骤3、将反应后的溶液置入三口容器中，容器中间置入机械搅拌，使用增力搅拌器，速度为5-10转/秒，将含有HA的悬浮液以2-3滴/分的速度滴定于反应后的PLGA混合溶液中，得到白色乳状反应液体，均质3-5h；
加入过量无水乙醇10-20ml，以10-30滴/分的速度滴定，搅拌速度为5-10转/秒；滴定结束后，将混合液置入0-4℃的空间内内静置5-10h；
步骤4、取出冷藏溶液，用循环真空抽滤泵进行抽滤，强度1Mpa，得到乳白色固体；高温清洗5-10次后，于温度为60℃的条件下，烘干3h，即得HA/PLGA复合材料。
7.如权利要球求1-6任一所述的可降解组织工程填充材料中的PLGA的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、精确量取一定量粘稠状液体异辛酸亚锡(Sn(Oct))，溶于二氯甲烷中，配成浓度为1 g／mL的溶液，摇匀后转移至棕色瓶中，密封避光保存，备用；
步骤2、封管中加入重量比例为（5-9）:（5-1）的单体丙交酯和乙交酯，分子量调节剂0.2-0.3L叔丁基二甲基硅烷醇，和步骤1制备的8-10L引发剂Sn(Oct)的二氯甲烷溶液；反复抽真空，通氩气保护，达到10-3pa；将封管置于160℃恒温箱中，5h后，反应物熔融，每隔10 分钟摇晃一次，摇晃三次以上，反应5-10h；抽滤强度为1Mpa，60℃条件下干燥3-5h，得到所需不同分子量的PLGA。
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