CN112028620B - 一种多孔性羟基磷灰石生物活性材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多孔性羟基磷灰石生物活性材料及其制备方法和应用。以超硬石膏为原料,添加不同颗粒度的石蜡球造孔剂,用颗粒造孔法制备多孔性硫酸钙,经水热处理可得到力学强度、孔隙率和孔大小可控的且具通孔的和生物活性良好的多孔性羟基磷灰石生物材料,用作硬组织缺损修复材料和体外骨组织培养用细胞支架材料。与现有技术相比,本发明具有工艺简单易行且便于推广等优点。
Description
技术领域
本发明涉及生物材料领域,尤其是涉及一种多孔性羟基磷灰石生物活性材料及其制备方法和应用。
背景技术
现有的人体硬组织修复和替换材料有金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料等几种,各有优缺点。从仿生的角度讲,材料成分与人体骨组织越相近,得到的效果则是最好的。人工合成羟基磷灰石是临床上使用较多的材料,它含有人体组织所必需的钙和磷元素,成分组成、理化性质与人体正常骨的无机成分相似,且不含有其他有毒元素,植入人体后可与人体骨骼相结合,并逐渐被自体骨所替代,具有良好的生物相容性和骨引导性。人工羟基磷灰石在牙科领域已有多年的应用历史,己有多种表明羟基磷灰石复合细胞后在体内有成骨能力,此外还有诱导新骨形成的作用。它被植入体内后,钙和磷在体液的作用下会游离出材料表面,被机体组织所吸收,再通过羟基基团与体内组织的化学键结合,最终长出新的骨组织。总的来说,羟基磷灰石拥有良好的生物相容性;与天然骨的无机成分相似性好;机械性能、理化性质、生物学活性良好;来源广泛等优点。
除了材料的组成之外,材料的结构在很大程度上会直接影响到材料的临床应用。以前的研究表明,孔径在50-500微米的多孔块体生物材料最适合作为硬组织修复材料和细胞支架材料。孔径在这个范围的多孔生物材料的优点是有利于细胞迁移、组织长入及材料与活体组织的融合从而更有效地达到修复人体组织缺损和组织重建的目的。组织长入多孔结构中还能增强种植材料的驻扎和稳定性。此外,在近几年迅速发展的组织工程学研究中,可生物降解的多孔生物材料是一个必不可少的部分。以多孔支架作为细胞载体,让细胞在基质材料中生长并构建含有本体细胞基因信息的活体组织,再植入人体中以修复缺损组织和器官。因此,多孔羟基磷灰石生物材料作为硬组织缺损修复材料和用于体内外骨组织再生研究有着广泛的应用前景。
多孔羟基磷灰石生物陶瓷材料的制备方法多种多样,多以羟基磷灰石粉末为原料,以氯化钠、水等为造孔剂,通过溶解法、冷冻干燥法等进行制备。但利用简便易得石蜡和石膏为原料的方法还未见报道。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种与自体骨成分相似,同时孔径和孔隙率可控且具通孔的多孔性羟基磷灰石生物活性材料及其制备方法和应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种多孔性羟基磷灰石生物活性材料的制备方法,该方法包括以下步骤:
(1)造孔剂的制备:将熔融的石蜡加入聚乙烯醇水溶液中,加热并充分搅拌后,迅速冷却,形成大量石蜡小球,过筛后得到石蜡小球造孔剂;通过PVA溶液的乳化作用使石蜡成球,通过不同孔径的筛网筛选不同直径的石蜡球作为造孔剂,从而实现了材料孔径可控。
(2)将石蜡小球造孔剂和超硬石膏混合后,并灌入模具中,经加压、固化后脱模,并修整表面,得到半成品;通过调节超硬石膏与石蜡球的质量比调节制得材料的孔隙率。
(3)将半成品置于正己烷中加热、浸泡,直至除去石蜡,再用乙醇洗涤,风干后,得到多孔性硫酸钙;
(4)将多孔性硫酸钙与磷酸三钠溶液混合后,水热处理,得到多孔性羟基磷灰石生物活性材料。通过这部水热反应,可以使硫酸钙转化为羟基磷灰石,使材料成分与自体骨更相近。具有更好的生物相容性,与自体骨成分更为相近,可以促进细胞黏附生长,对于骨再生有良好的促进作用。
进一步地,所述的聚乙烯醇水溶液浓度为1.8-2.1%(W/V)。
进一步地,所述的石蜡与聚乙烯醇水溶液的质量体积比为50g:(500-800)ml。
进一步地,所述的石蜡小球造孔剂与超硬石膏的质量比为1:(1.1-1.5)。
进一步地,所述的超硬石膏为α-半水硫酸钙,所述的加压的压力为0.8-1.2MPa,时间为15-20min,所述的固化温度为25-37℃,时间为8-12h。
进一步地,所述的加热的温度为60-65℃。
进一步地,所述的多孔性硫酸钙与磷酸三钠的质量比为(1.3-1.5):1,所述的磷酸三钠溶液的浓度为0.18-0.22mol/L。
进一步地,所述的水热的温度为175-185℃,时间为24-48h。
一种如上所述的方法制备的多孔性羟基磷灰石生物活性材料。
一种如上所述的多孔性羟基磷灰石生物活性材料的应用,该材料应用于硬组织缺损修复材料和体外骨组织培养用细胞支架材料。
本发明选用了硫酸钙作为原料后经水热处理制作多孔支架,且制作工艺更为简单、不需要大型精密设备,便于推广和实施。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)本发明原料廉价易得,石膏及石蜡均为临床工作中的常见材料;
(2)本发明工艺简单,所涉及反应在一般生物、材料实验室均可完成;可以通过不同目数的筛网调整石蜡球的孔径来调整最终制得材料的孔径,可以通过调整石膏与石蜡球的质量比调整所制得材料的孔隙率;
(3)本发明所得生物材料与人体硬组织构成相近,可以在填补缺损的同时促进骨组织细胞黏附增殖及骨再生,可满足组织工程的体内外研究的需求。
附图说明
图1为实施例1中产品的俯视图;
图2为实施例1中产品的剖面图;
图3为实施例1中产品的扫面电镜图;
图4为实施例1中产品的晶体结构图;
图5为实施例1中产品的XRD衍射结果图;
图6为实施例2中产品的扫面电镜图;
图7为实施例3中产品的扫面电镜图;
图8为实施例4中产品的扫面电镜图;
图9为实施例5中产品的扫面电镜图;
图10为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种多孔性羟基磷灰石生物活性材料的制备方法,如图10,该方法包括以下步骤:
(1)造孔剂的制备:将50g熔融的石蜡加入500ml 2%(W/V)聚乙烯醇水溶液中,在80℃水浴状态下充分机械搅拌后,加入冰水迅速冷却,形成大量石蜡小球,过筛后得到直径为400-500μm石蜡小球造孔剂;
(2)将造孔剂和超硬石膏(α-半水硫酸钙)(水粉比0.4)按质量比1:1.2混合后,并灌入直径10mm、高度30mm,两端装有可拆卸堵头(高10mm)的模具中,经1Mpa加压20min、25℃固化过夜后脱模,并修整表面,得到半成品
(3)将半成品置于55℃的正己烷中加热、浸泡,直至除去石蜡,再用乙醇洗去正己烷,风干后,得到多孔性硫酸钙;
(4)将多孔性硫酸钙与0.2mol/L的磷酸三钠(多孔性硫酸钙与磷酸三钠质量比1.5:1)溶液混合后,置于反应釜内180℃水热处理24h,得到多孔性羟基磷灰石生物活性材料,如图1-5。
制得的多孔材料的抗压强度0.261MPa,孔隙率54.73%。
实施例2
与实施例1的不同之处在于,造孔剂和超硬石膏(α-半水硫酸钙)按质量比1:1.1,制得本发明的多孔材料的抗压强度0.245MPa,孔隙率58.64%,如图6。
实施例3
与实施例1的不同之处在于,造孔剂和超硬石膏(α-半水硫酸钙)按质量比1:1.3,制得本发明的多孔材料的抗压强度0.175MPa,孔隙率53.73%,如图7。
实施例4
与实施例1的不同之处在于,造孔剂和超硬石膏(α-半水硫酸钙)按质量比1:1.4,制得本发明的多孔材料的抗压强度0.181MPa,孔隙率52.85%,如图8。
实施例5
与实施例1的不同之处在于,造孔剂和超硬石膏(α-半水硫酸钙)按质量比1:1.5,制得本发明的多孔材料的抗压强度0.281MPa,孔隙率48.76%,如图9。
显然,本发明的上述实施仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (9)
1.一种多孔性羟基磷灰石生物活性材料的制备方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)造孔剂的制备:将熔融的石蜡加入聚乙烯醇水溶液中,加热并充分搅拌后,迅速冷却,形成大量石蜡小球,过筛后得到石蜡小球造孔剂;
(2)将石蜡小球造孔剂和超硬石膏混合后,并灌入模具中,经加压、固化后脱模,并修整表面,得到半成品;所述的石蜡小球造孔剂与超硬石膏的质量比为1:(1.1-1.2);
(3)将半成品置于正己烷中加热、浸泡,直至除去石蜡,再用乙醇洗涤,风干后,得到多孔性硫酸钙;
(4)将多孔性硫酸钙与磷酸三钠溶液混合后,水热处理,得到多孔性羟基磷灰石生物活性材料。
2.根据权利要求1所述的一种多孔性羟基磷灰石生物活性材料的制备方法,其特征在于,所述的聚乙烯醇水溶液浓度为1.8-2.1%(W/V)。
3.根据权利要求1所述的一种多孔性羟基磷灰石生物活性材料的制备方法,其特征在于,所述的石蜡与聚乙烯醇水溶液的质量体积比为50g:(500-800)ml。
4.根据权利要求1所述的一种多孔性羟基磷灰石生物活性材料的制备方法,其特征在于,所述的超硬石膏为α-半水硫酸钙,所述的加压的压力为0.8-1.2MPa,时间为15-20min,所述的固化温度为25-37℃,时间为8-12h。
5.根据权利要求1所述的一种多孔性羟基磷灰石生物活性材料的制备方法,其特征在于,所述的加热的温度为60-65℃。
6.根据权利要求1所述的一种多孔性羟基磷灰石生物活性材料的制备方法,其特征在于,所述的多孔性硫酸钙与磷酸三钠的质量比为(1.3-1.5):1,所述的磷酸三钠溶液的浓度为0.18-0.22mol/L。
7.根据权利要求1所述的一种多孔性羟基磷灰石生物活性材料的制备方法,其特征在于,所述的水热的温度为175-185℃,时间为24-48h。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的方法制备的多孔性羟基磷灰石生物活性材料。
9.一种如权利要求8所述的多孔性羟基磷灰石生物活性材料的应用,其特征在于,该材料应用于硬组织缺损修复材料和体外骨组织培养用细胞支架材料。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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