CN110859992B - 一种骨修复材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种骨修复材料及其制备方法，该方法包括：将第一透明质酸钠溶液与聚乙烯醇溶液混合，得到透明质酸钠纺丝原液；根据静电纺丝法处理透明质酸钠纺丝原液，得到一次交联纳米纤维膜；将一次交联纳米纤维膜置于EDC溶液中反应，得到二次交联纳米纤维膜；将二次交联纳米纤维膜碎片与无机骨颗粒混合均匀后，再与第二透明质酸钠溶液混合，混合均匀后经塑形、冻干和灭菌后，制备得到骨修复材料。本发明制备的骨修复材料具有良好的可塑性，又具有良好的引导骨组织再生性，还具有良好的手术操作性、细胞相容性和骨再生性，其孔隙率和强度均可以满足要求。
Description
技术领域
本发明涉及医药材料技术领域，具体涉及一种骨修复材料及其制备方法。
背景技术
目前，每年我国的各种骨缺损病例可达到300万例，且每年以10％的比例在增加，而其中骨缺损修复一直为骨科领域的难点，因此骨修复材料是解决这一问题的研究重点。
在各种骨移植支架材料中，颗粒状或者块状的支架材料居多，这些材料不仅手术操作不便，而且在填充后与缺损之间的缝隙不易控制，弥合性差，最终延长骨缺损愈合的时间。
而以天然高分子材料为载体制备的骨修复材料具有可塑形、不松散、贴合性好的特点，其中透明质酸(HA)即是这样一种理想的天然高分子材料。透明质酸是存在于生物组织中细胞外基质内的一种聚阴离子粘多糖，在空间上呈刚性的螺旋柱状结构，其独特的分子结构和理化性质在机体内显示出多种良好的生理功能，具有润滑关节、调节血管壁的通透性、调节蛋白质、水电解质扩散、促进细胞分化、促进创伤愈合等功能。由于其具有良好的生物安全性，近年来其在骨修复材料方面的应用逐渐受到人们的关注。
一般来说，理想的骨组织修复支架材料应该具备高孔隙率和较高的抗压强度，生物大分子透明质酸的加入可以增加材料的孔隙率，在植入初期透明质酸快速降解，形成大量的孔隙，但是会影响材料的力学强度，使其抗压强度不能满足使用需求。目前，利用透明质酸制备兼具良好孔隙率和较高力学强度的骨修复材料是本领域的重点和难点。
发明内容
本发明提供一种骨修复材料及其制备方法，以解决现有技术中的骨修复材料不能同时兼顾孔隙率和力学强度的问题。
第一方面，本发明提供一种骨修复材料的制备方法，所述方法包括：
将第一透明质酸钠溶液与聚乙烯醇溶液混合，得到透明质酸钠纺丝原液；
根据静电纺丝法处理所述透明质酸钠纺丝原液，得到一次交联纳米纤维膜；
将所述一次交联纳米纤维膜置于EDC溶液中反应，得到二次交联纳米纤维膜；
将所述二次交联纳米纤维膜碎片与无机骨颗粒混合均匀后，再与第二透明质酸钠溶液混合，混合均匀后经塑形、冻干和灭菌后，制备得到骨修复材料。
作为本发明第一方面的优选方式，所述得到透明质酸钠纺丝原液的步骤中，将浓度为1％的所述第一透明质酸钠溶液与浓度为2％的所述聚乙烯醇溶液按照质量比为3:1～1:3的比例混合，得到浓度为1％的所述透明质酸钠纺丝原液。
作为本发明第一方面的优选方式，所述第一透明质酸钠溶液中透明质酸钠的分子量为60万～120万。
作为本发明第一方面的优选方式，所述得到一次交联纳米纤维膜的步骤中，将所述透明质酸钠纺丝原液加入到溶液供给装置中，设置电纺电压为15～25kV，温度为30～50℃，流速为0.5～1.5mL/h，纺丝口与接收装置之间的纺丝距离为15～25cm，接收装置为平面铜箔板，启动装置进行静电纺丝，经过4～10小时后得到厚度为0.5～1mm的一次交联纳米纤维膜。
作为本发明第一方面的优选方式，所述得到二次交联纳米纤维膜的步骤中，所述EDC溶液的浓度为0.01％～0.1％，所述一次交联纳米纤维膜与所述EDC溶液的质量比为1:20～1:1，反应时间为0.5～1.5小时。
作为本发明第一方面的优选方式，所述二次交联纳米纤维膜碎片为在30～40℃下、经真空烘干后裁切成的边长为1mm的正方形碎片，所述无机骨颗粒的粒径为0.1～2mm。
作为本发明第一方面的优选方式，所述制备得到骨修复材料的步骤中，所述二次交联纳米纤维膜碎片与所述无机骨颗粒按照质量比为1:1～1:10的比例混合，并在转速为10～30r/min的条件下搅拌10分钟至均匀。
作为本发明第一方面的优选方式，所述制备得到骨修复材料的步骤中，将浓度为0.5～2％的所述第二透明质酸钠溶液与所述二次交联纳米纤维膜碎片和所述无机骨颗粒的混合物按照质量比为1:1～5:1的比例混合，并在转速为30～60r/min的条件下搅拌20分钟至均匀。
作为本发明第一方面的优选方式，所述第二透明质酸钠溶液中透明质酸钠的分子量为60万～120万。
第二方面，本发明提供一种骨修复材料，其由第一方面所述的制备方法制备得到。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)对由静电纺丝法得到的一次交联纳米纤维膜进行二次交联，二次交联后得到的二次交联纳米纤维膜，可有效减缓降解速率，延长保形时间；同时其保持膜片形式，增强效果更好，可以有效减轻纳米颗粒的团聚现象，使其在骨颗粒中分散的更均匀；
(2)未经修饰的透明质酸钠溶液和二次交联纳米纤维膜的联合应用，相比于单纯使用透明质酸钠溶液，透明质酸钠溶液在材料内部更能快速降解，在植入初期即可形成更多的内部通道，形成丰富的三维内联孔结构，便于细胞营养液的渗入；同时，二次交联纳米纤维膜又可以满足植入初期需要较大力学强度的要求；
(3)将具有良好细胞粘附性的透明质酸钠高分子材料和天然无机骨颗粒复合，既具有良好的可塑性，又具有良好的引导骨组织再生性，还具有良好的手术操作性、细胞相容性和骨再生性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例制备的骨修复材料的可塑形性照片；
图2为本发明实施例制备的二次交联纳米纤维膜和骨修复材料的SEM照片；其中，图2-1为二次交联纳米纤维膜的SEM照片，图2-2为骨修复材料的SEM照片；
图3为不同形式的透明质酸钠对骨修复材料的抗压强度对比图；
图4为本发明实施例制备的骨修复材料的孔隙结构分析图；其中，图4-1为骨修复材料的孔径分布图，图4-2为骨修复材料的孔隙率分析图；
图5为本发明实施例制备的骨修复材料和对照组材料分别进行兔脊柱椎体间融合试验24周后的试验结果照片；其中，图5-1为骨修复材料进行兔脊柱椎体间融合试验24周后的试验结果照片，图5-2为对照组材料进行兔脊柱椎体间融合试验24周后的试验结果照片。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例提供一种骨修复材料的制备方法，该方法包括：
S1、将第一透明质酸钠溶液与聚乙烯醇溶液混合，得到透明质酸钠纺丝原液；
S2、根据静电纺丝法处理透明质酸钠纺丝原液，得到一次交联纳米纤维膜；
S3、将一次交联纳米纤维膜置于EDC溶液中反应，得到二次交联纳米纤维膜；
S4、将二次交联纳米纤维膜碎片与无机骨颗粒混合均匀后，再与第二透明质酸钠溶液混合，混合均匀后经塑形、冻干和灭菌后，制备得到骨修复材料。
本发明提供的骨修复材料的制备方法，通过二次交联的方式得到二次交联纳米纤维膜，其具有减缓降解速率、延长保形时间的功能，同时由于其具有膜片形式，能在骨颗粒中分散的更均匀。此外，还将未经修饰的透明质酸钠溶液和二次交联纳米纤维膜进行联合应用，从而植入初期即可形成更多的内部通道，从而形成丰富的三维内联孔结构，便于细胞营养液的渗入，又可以满足植入初期需要较大力学强度的要求。
在上述实施例的基础上，步骤S1中，将浓度为1％的第一透明质酸钠溶液与浓度为2％的聚乙烯醇溶液按照质量比为3:1～1:3的比例混合，得到浓度为1％的透明质酸钠纺丝原液。
一般地，得到的透明质酸钠纺丝原液会在真空干燥器中进行脱泡处理，然后静置。
该浓度下的透明质酸钠纺丝原液，有利于后续的静电纺丝过程的进行，可增强静电纺纳米纤维的柔顺性。
其中，第一透明质酸钠溶液中透明质酸的分子量为60万～120万。优选该分子量的透明质酸，是由于该分子量区间的透明质酸钠既具有足够的粘度，又能保证在体内快速降解。本步骤中，第一透明质酸钠溶液是未经修饰的透明质酸钠溶液。
在上述实施例的基础上，步骤S2中，根据静电纺丝法处理透明质酸钠纺丝原液的具体过程可按照如下方式实施：将步骤S1中得到的透明质酸钠纺丝原液加入到溶液供给装置中，设置电纺电压为15～25kV，温度为30～50℃，流速为0.5～1.5mL/h，纺丝口与接收装置之间的纺丝距离为15～25cm，接收装置为平面铜箔板，启动装置进行静电纺丝，经过4～10小时后得到厚度为0.5～1mm的一次交联纳米纤维膜。
静电纺丝技术能够连续制备纳米级或亚微米级超细纤维，具有比表面积大、连通性好、纤维形式增强、形态结构与细胞外基质类似等特点，可提供良好的细胞生长环境，在组织工程支架制备方面具有独特的优势。
由于透明质酸钠高分子材料特殊的单螺旋锁水作用极大地限制了其在静电纺丝过程中溶剂的挥发，未挥发的溶剂在收集板上会使得到的纳米纤维相互溶解粘连在一起，不能得到纤维膜片，因此其容易团聚，不能均匀分散在其他材料中。
因此，本发明中先采用静电纺丝法得到一次交联纳米纤维膜，然后进行二次交联，得到的二次交联纳米纤维膜可有效减缓降解速率，延长保形时间，同时其可以保持膜片形式，增强效果更好，可以有效减轻纳米颗粒的团聚现象，使其在骨颗粒中分散的更均匀。
利用静电纺丝法处理透明质酸钠纺丝原液时，严格控制溶液供给装置中的各个参数，如电纺电压、温度、流速、纺丝口与接收装置之间的纺丝距离等，并将接收装置设置为平面铜箔板，更有利于获得连续的、尺寸均一、缺陷可控的纳米纤维，最终可得到厚度为0.5～1mm的一次交联纳米纤维膜。
在上述实施例的基础上，步骤S3中，EDC溶液的浓度为0.01％～0.1％，一次交联纳米纤维膜与EDC溶液的质量比为1:20～1:1，反应时间为0.5～1.5小时。
一般地，在该步骤中，优选将一次交联纳米纤维膜的四角夹持固定，然后浸没在EDC溶液中进行二次交联反应，反应结束后再浸渍在纯化水中清洗2～5小时，清洗时每隔1小时需更换清洗液。本发明中，EDC指1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺。
进行二次交联反应，有利于提高纳米纤维膜的保形性，膜片形式的纳米纤维可以更好的提升增强效果。
在上述实施例的基础上，步骤S4中，所用的二次交联纳米纤维膜碎片为在30～40℃下、经真空烘干后裁切成的边长为1mm的正方形碎片，所用的无机骨颗粒的粒径为0.1～2mm。
将二次交联纳米纤维膜真空干燥后裁切成边长为1mm的正方形碎片，与无机骨颗粒的粒径范围保持一致，从而能更好地与无机骨颗粒混合，降低团聚现象。
在上述实施例的基础上，步骤S4中，所述二次交联纳米纤维膜碎片与无机骨颗粒按照质量比为1:1～1:10的比例混合，并在转速为10～30r/min的条件下搅拌10分钟至均匀。
在此质量比下，既能充分保证骨修复所需的有效成分无机骨颗粒所占的比例，同时又可保证无机骨颗粒之间充填充足的具有良好力学增强作用的二次交联纳米纤维膜碎片，降解较慢的二次交联纳米纤维膜，起到持续增强的作用。将二者混合时，控制转速为10～30r/min，能够防止较大的剪切力使无机骨颗粒和二次交联纳米纤维膜碎片发生破碎，同时又能够使二者充分混合。
在上述实施例的基础上，步骤S4中，将浓度为0.5～2％的第二透明质酸钠溶液与二次交联纳米纤维膜碎片和无机骨颗粒的混合物按照质量比为1:1～5:1的比例混合，并在转速为30～60r/min的条件下搅拌20分钟至均匀。
本步骤中，第二透明质酸钠溶液也是未经修饰的透明质酸钠溶液。在此质量比下，有利于发挥第二透明质酸钠溶液的塑形作用，增强手术操作的便捷性，并促进在植入初期形成适宜的孔隙率，增强细胞营养液的渗入。将二者混合时，控制转速为30～60r/min，能够使得第二透明质酸钠溶液充分地填入二次交联纳米纤维膜碎片和无机骨颗粒之间，使得未经修饰的第二透明质酸钠溶液将二者充分包裹。
在上述实施例的基础上，步骤S4中，第二透明质酸钠溶液中透明质酸钠的分子量为60万～120万。
第二透明质酸钠溶液的浓度优选为0.5～2％，可以使得其中的透明质酸钠具有较佳的流动性，混合更加充分。并且，其中透明质酸钠的分子量优选为60万～120万，其目的在于在特定的添加比例范围内，最大程度发挥其粘性，并在植入体内后快速降解。
步骤S4中，三者混合均匀后，装进不锈钢多孔塑形模具中塑形。然后将该塑形模具放入冻干机中，再在-80℃下预冻2小时，经过18小时的冷冻干燥后通过环氧乙烷灭菌，即制备得到块状骨修复材料。
本发明实施例提供一种骨修复材料，其由上述实施例中所述的制备方法制备得到。
制备得到的骨修复材料参照图1所示，该骨修复材料具有良好的可塑性，又具有良好的引导骨组织再生性，还具有良好的手术操作性、细胞相容性和骨再生性，其孔隙率和强度均可以满足要求。
为了进一步理解本发明，下面结合具体实施例对本发明提供的骨修复材料及其制备方法进行具体描述。
实施例一
(1)将浓度为1％的第一透明质酸钠溶液与浓度为2％的聚乙烯醇溶液按照质量比为3:1的比例混合，配制成浓度为1％的透明质酸钠纺丝原液，并利用真空干燥器进行脱泡处理，静置；其中，第一透明质酸钠溶液中所用的透明质酸钠的分子量为60万；
(2)将上述步骤中得到的透明质酸钠纺丝原液加入到10ml的溶液供给装置中，设置电纺电压为25kV，温度为30℃，流速为0.5mL/h，纺丝口与接收装置之间的距离为25cm，接收装置为平面铜箔版，启动装置进行静电纺丝，经过4小时后得到厚度为0.5mm的一次交联纳米纤维膜；
(3)将上述步骤中得到的一次交联纳米纤维膜的四角夹持固定，并浸没在浓度为0.01％的EDC溶液中进行二次交联反应，其中一次交联纳米纤维膜与EDC溶液的质量比为1:20，反应0.5小时，然后浸渍在纯化水中清洗5小时，清洗时每隔1小时需更换清洗液，得到二次交联纳米纤维膜；
(4)将上述步骤中得到的二次交联纳米纤维膜在30～40℃条件下，经真空烘干后，裁切成边长为1mm的正方形碎片；
(5)筛选粒径为0.1～2mm的无机骨颗粒，将二次交联纳米纤维膜碎片与无机骨颗粒按照质量比为1:1的比例混合，并在转速为10r/min的条件下搅拌10分钟至均匀；
(6)将浓度为2％的第二透明质酸钠溶液与二次交联纳米纤维膜碎片和无机骨颗粒的混合物按照质量比为5:1的比例混合，并在转速为30r/min的条件下搅拌20分钟至均匀；其中，第二透明质酸钠溶液中所用的透明质酸钠的分子量为120万；
(7)将上述步骤中得到的混合物装进不锈钢多孔塑形模具中塑形，然后将该塑形模具放入冻干机中，再在-80℃下预冻2小时，经过18小时的冷冻干燥后通过环氧乙烷灭菌，即制备得到块状骨修复材料。
实施例二
(1)将浓度为1％的第一透明质酸钠溶液与浓度为2％的聚乙烯醇溶液按照质量比为1:3的比例混合，配制成浓度为1％的透明质酸钠纺丝原液，并利用真空干燥器进行脱泡处理，静置；其中，第一透明质酸钠溶液中所用的透明质酸的分子量为120万；
(2)将上述步骤中得到的透明质酸钠纺丝原液加入到10ml的溶液供给装置中，设置电纺电压为15kV，温度为50℃，流速为1.5mL/h，纺丝口与接收装置之间的距离为15cm，接收装置为平面铜箔版，启动装置进行静电纺丝，经过10小时后得到厚度为1mm的一次交联纳米纤维膜；
(3)将上述步骤中得到的一次交联纳米纤维膜的四角夹持固定，并浸没在浓度为0.1％的EDC溶液中进行二次交联反应，其中一次交联纳米纤维膜与EDC溶液的质量比为1:10，反应1.5小时，然后浸渍在纯化水中清洗2小时，清洗时每隔1小时需更换清洗液，得到二次交联纳米纤维膜；
(4)将上述步骤中得到的二次交联纳米纤维膜在30～40℃条件下，经真空烘干后，裁切成边长为1mm的正方形碎片；
(5)筛选粒径为0.1～2mm的无机骨颗粒，将二次交联纳米纤维膜碎片与无机骨颗粒按照质量比为1:10的比例混合，并在转速为30r/min的条件下搅拌10分钟至均匀；
(6)将浓度为2％的第二透明质酸钠溶液与二次交联纳米纤维膜碎片和无机骨颗粒的混合物按照质量比为1:1的比例混合，并在转速为60r/min的条件下搅拌20分钟至均匀；其中，第二透明质酸钠溶液中透明质酸钠的分子量为60万；
(7)将上述步骤中得到的混合物装进不锈钢多孔塑形模具中塑形，然后将该塑性模具放入冻干机中，再在-80℃下预冻2小时，经过18小时的冷冻干燥后通过环氧乙烷灭菌，即制备得到块状骨修复材料。
实施例三
(1)将浓度为1％的第一透明质酸钠溶液与浓度为2％的聚乙烯醇溶液按照质量比为2.5:1的比例混合，配制成浓度为1％的透明质酸钠纺丝原液，并利用真空干燥器进行脱泡处理，静置；其中，第一透明质酸钠溶液中所用的透明质酸的分子量为80万；
(2)将上述步骤中得到的透明质酸钠纺丝原液加入到10ml的溶液供给装置中，设置电纺电压为18kV，温度为45℃，流速为0.8mL/h，纺丝口与接收装置之间的距离为20cm，接收装置为平面铜箔版，启动装置进行静电纺丝，经过6小时后得到厚度为0.85mm的一次交联纳米纤维膜；
(3)将上述步骤中得到的一次交联纳米纤维膜的四角夹持固定，并浸没在浓度为0.04％的EDC溶液中进行二次交联反应，其中一次交联纳米纤维膜与EDC溶液的质量比为1:20，反应1小时，然后浸渍在纯化水中清洗3.5小时，清洗时每隔1小时需更换清洗液，得到二次交联纳米纤维膜；
(4)将上述步骤中得到的二次交联纳米纤维膜在30～40℃条件下，经真空烘干后，裁切成边长为1mm的正方形碎片；
(5)筛选粒径为0.1～2mm的无机骨颗粒，将二次交联纳米纤维膜碎片与无机骨颗粒按照质量比为1:2的比例混合，并在转速为25r/min的条件下搅拌10分钟至均匀；
(6)将浓度为0.8％第二透明质酸钠溶液与二次交联纳米纤维膜碎片和无机骨颗粒的混合物按照质量比为1:3的比例混合，并在转速为42r/min的条件下搅拌20分钟至均匀；其中，第二透明质酸钠溶液中透明质酸钠的分子量为95万；
(7)将上述步骤中得到的混合物装进不锈钢多孔塑形模具中塑形，然后将该塑形模具放入冻干机中，再在-80℃下预冻2小时，经过18小时的冷冻干燥后通过环氧乙烷灭菌，即制备得到块状骨修复材料。
实施例四
(1)将浓度为1％的第一透明质酸钠溶液与浓度为2％的聚乙烯醇溶液按照质量比为1:1的比例混合，配制成浓度为1％的透明质酸钠纺丝原液，并利用真空干燥器进行脱泡处理，静置；其中，第一透明质酸钠溶液中所用的透明质酸的分子量为80万；
(2)将上述步骤中得到的透明质酸钠纺丝原液加入到10ml的溶液供给装置中，设置电纺电压为20kV，温度为30℃，流速为1.0mL/h，纺丝口与接收装置之间的距离为20cm，接收装置为平面铜箔版，启动装置进行静电纺丝，经过7小时后得到厚度为0.8mm的一次交联纳米纤维膜；
(3)将上述步骤中得到的一次交联纳米纤维膜的四角夹持固定，并浸没在浓度为0.05％的EDC溶液中进行二次交联反应，其中一次交联纳米纤维膜与EDC溶液的质量比为1:1，反应0.7小时，然后浸渍在纯化水中清洗4小时，清洗时每隔1小时需更换清洗液，得到二次交联纳米纤维膜；
(4)将上述步骤中得到的二次交联纳米纤维膜在30～40℃条件下，经真空烘干后，裁切成边长为1mm的正方形碎片；
(5)筛选粒径为0.1～2mm的无机骨颗粒，将二次交联纳米纤维膜碎片与无机骨颗粒按照质量比为1:5的比例混合，并在转速为20r/min的条件下搅拌10分钟至均匀；
(6)将浓度为1.0％第二透明质酸钠溶液与二次交联纳米纤维膜碎片和无机骨颗粒的混合物按照质量比为3:1的比例混合，并在转速为40r/min的条件下搅拌20分钟至均匀；其中，第二透明质酸钠溶液中透明质酸钠的分子量为80万；
(7)将上述步骤中得到的混合物装进不锈钢多孔塑形模具中塑形，然后将该塑形模具放入冻干机中，再在-80℃下预冻2小时，经过18小时的冷冻干燥后通过环氧乙烷灭菌，即制备得到块状骨修复材料。
实施例五
(1)将浓度为1％的第一透明质酸钠溶液与浓度为2％的聚乙烯醇溶液按照质量比为1:2.2的比例混合，配制成浓度为1％的透明质酸钠纺丝原液，并利用真空干燥器进行脱泡处理，静置；其中，第一透明质酸钠溶液中所用的透明质酸的分子量为60万；
(2)将上述步骤中得到的透明质酸钠纺丝原液加入到10ml的溶液供给装置中，设置电纺电压为21kV，温度为35℃，流速为1.2mL/h，纺丝口与接收装置之间的距离为18cm，接收装置为平面铜箔版，启动装置进行静电纺丝，经过5小时后得到厚度为0.9mm的一次交联纳米纤维膜；
(3)将上述步骤中得到的一次交联纳米纤维膜的四角夹持固定，并浸没在浓度为0.0.02％的EDC溶液中进行二次交联反应，其中一次交联纳米纤维膜与EDC溶液的质量比为1:5，反应0.5小时，然后浸渍在纯化水中清洗3小时，清洗时每隔1小时需更换清洗液，得到二次交联纳米纤维膜；
(4)将上述步骤中得到的二次交联纳米纤维膜在30～40℃条件下，经真空烘干后，裁切成边长为1mm的正方形碎片；
(5)筛选粒径为0.1～2mm的无机骨颗粒，将二次交联纳米纤维膜碎片与无机骨颗粒按照质量比为1:8的比例混合，并在转速为15r/min的条件下搅拌10分钟至均匀；
(6)将浓度为1.5％第二透明质酸钠溶液与二次交联纳米纤维膜碎片和无机骨颗粒的混合物按照质量比为4:1的比例混合，并在转速为35r/min的条件下搅拌20分钟至均匀；其中，第二透明质酸钠溶液中透明质酸钠的分子量为60万；
(7)将上述步骤中得到的混合物装进不锈钢多孔塑形模具中塑形，然后将该塑形模具放入冻干机中，再在-80℃下预冻2小时，经过18小时的冷冻干燥后通过环氧乙烷灭菌，即制备得到块状骨修复材料。
实施例六
(1)将浓度为1％的第一透明质酸钠溶液与浓度为2％的聚乙烯醇溶液按照质量比为1:1.5的比例混合，配制成浓度为1％的透明质酸钠纺丝原液，并利用真空干燥器进行脱泡处理，静置；其中，第一透明质酸钠溶液中所用的透明质酸的分子量为95万；
(2)将上述步骤中得到的透明质酸钠纺丝原液加入到10ml的溶液供给装置中，设置电纺电压为17kV，温度为40℃，流速为0.9mL/h，纺丝口与接收装置之间的距离为15cm，接收装置为平面铜箔版，启动装置进行静电纺丝，经过9小时后得到厚度为0.75mm的一次交联纳米纤维膜；
(3)将上述步骤中得到的一次交联纳米纤维膜的四角夹持固定，并浸没在浓度为0.08％的EDC溶液中进行二次交联反应，其中一次交联纳米纤维膜与EDC溶液的质量比为1:0，反应0.5小时，然后浸渍在纯化水中清洗3小时，清洗时每隔1小时需更换清洗液，得到二次交联纳米纤维膜；
(4)将上述步骤中得到的二次交联纳米纤维膜在30～40℃条件下，经真空烘干后，裁切成边长为1mm的正方形碎片；
(5)筛选粒径为0.1～2mm的无机骨颗粒，将二次交联纳米纤维膜碎片与无机骨颗粒按照质量比为1:2.5的比例混合，并在转速为15r/min的条件下搅拌10分钟至均匀；
(6)将浓度为2.5％的第二透明质酸钠溶液与二次交联纳米纤维膜碎片和无机骨颗粒的混合物按照质量比为2.8:1的比例混合，并在转速为55r/min的条件下搅拌20分钟至均匀；其中，第二透明质酸钠溶液中透明质酸钠的分子量为95万；
(7)将上述步骤中得到的混合物装进不锈钢多孔塑形模具中塑形，然后将该塑形模具放入冻干机中，再在-80℃下预冻2小时，经过18小时的冷冻干燥后通过环氧乙烷灭菌，即制备得到块状骨修复材料。
对上述实施例中制备的骨修复材料及其制备过程中的中间产物的各项性能进行评价，具体如下：
(1)对上述实施例一制备的二次交联纳米纤维膜和骨修复材料进行电子扫描，参照图2所示，其中图2-1为二次交联纳米纤维膜的SEM照片，图2-2为骨修复材料的SEM照片。从图2-1中可以看出，二次交联后透明质酸钠呈纤维状纵横网状分布，并相互缠绕，这种结构有利于力学性能的提高；从图2-2中可以看出，未经修饰的透明质酸钠及二次交联纳米纤维膜分布在无机骨颗粒之间，包裹并连接着无机骨颗粒，从而可增强其可塑形性和力学强度，并且未经修饰的透明质酸钠提供了充足的疏松网状结构，有利于组织液的快速渗入。
(2)对不同形式的透明质酸钠对骨修复材料的抗压强度的影响进行分析，参照图3所示。从图3中可以看出，单纯的未经修饰的透明质酸钠溶液与无机骨颗粒混合后，抗压强度较低；交联透明质酸钠与无机骨颗粒混合后，抗压强度有所提高，但是效果有限；未经修饰的透明质酸钠凝胶经静电纺丝处理后与无机骨颗粒混合，微观的纳米结构有助于材料力学性能的提高，但其呈凝胶状，增强效果仍然不佳；上述实施例二制备的骨修复材料，充分利用了纳米纤维膜的优点，纤维间相互作用力增加，增强了无机相和有机相之间的结合，使得抗压强度大幅度提高。
(3)对上述实施例一制备的骨修复材料的孔隙结构进行分析，参照图4所示，其中图4-1为骨修复材料的孔径分布图，图4-2为骨修复材料的孔隙率分析图。从图4-1中可以看出，该骨修复材料具有天然骨的二级孔分布，分别为微米级和纳米级，其中微米级孔有利于细胞迁移，纳米级孔有利于组织液渗入；从图4-2中可以看出，该骨修复材料具有较高的孔面积，其孔面积达89％，孔隙率高达80％，与天然骨组织的孔隙率十分接近，较高的孔隙率得益于疏松的未经修饰的透明质酸钠、网状的二次交联纳米纤维膜和多孔结构的无机骨颗粒三者的复合。
(4)将上述实施例一制备的骨修复材料应用于兔脊柱椎体间融合，以人工羟基磷灰石颗粒作为对照组，术后24周取材Masson三色染色。参照图5所示，其中图5-1为骨修复材料进行兔脊柱椎体间融合试验24周后的试验结果照片，图5-2为对照组材料进行兔脊柱椎体间融合试验24周后的试验结果照片。从图5中可以看出，试验组材料周围的新生骨的矿化程度远高于对照组，试验组形成了大面积的成熟的板层骨，说明本发明制备的骨修复材料具有优异的骨修复性能，且生物相容性良好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.骨修复材料，其特征在于，所述骨修复材料由以下方法制备而成：
将浓度为1％的透明质酸钠溶液与浓度为2％的聚乙烯醇溶液按照质量比为3∶1的比例混合，得到浓度为1％的透明质酸钠纺丝原液，所述透明质酸钠溶液中透明质酸钠的分子量为60万；
将得到的透明质酸钠纺丝原液加入到10ml的溶液供给装置中，设置电纺电压为25kV，温度为30℃，流速为0.5mL/h，纺丝口与接收装置之间的距离为25cm，接收装置为平面铜箔版，启动装置进行静电纺丝，经过4小时后得到厚度为0.5mm的一次交联纳米纤维膜；
将得到的一次交联纳米纤维膜的四角夹持固定，并浸没在浓度为0.01％的EDC溶液中进行二次交联反应，其中一次交联纳米纤维膜与EDC溶液的质量比为1∶20，反应0.5小时，然后浸渍在纯化水中清洗5小时，清洗时每隔1小时需更换清洗液，得到二次交联纳米纤维膜；
将得到的二次交联纳米纤维膜在30～40℃条件下，经真空烘干后，裁切成边长为1mm的正方形碎片；
筛选粒径为0.1～2mm的无机骨颗粒，将二次交联纳米纤维膜碎片与无机骨颗粒按照质量比为1∶1的比例混合，并在转速为10r/min的条件下搅拌10分钟至均匀；
将浓度为2％的第二透明质酸钠溶液与二次交联纳米纤维膜碎片和无机骨颗粒的混合物按照质量比为5∶1的比例混合，并在转速为30r/min的条件下搅拌20分钟至匀；其中，第二透明质酸钠溶液中所用的透明质酸钠的分子量为120万；
将得到的混合物装进不锈钢多孔塑形模具中塑形，然后将该塑形模具放入冻干机中，再在-80℃下预冻2小时，经过18小时的冷冻干燥后通过环氧乙烷灭菌，即制备得到块状骨修复材料。
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Denomination of invention: A bone repair material and its preparation method Effective date of registration: 20231201 Granted publication date: 20220520 Pledgee: Pudong Development Bank of Shanghai Limited by Share Ltd. Xi'an branch Pledgor: SHAANXI BIO REGENERATIVE MEDICINE Co.,Ltd. Registration number: Y2023610000752 |
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