CN112062949B - 半芳香聚氨基酸、半芳香聚氨基酸基骨修复材料及其制备 - Google Patents

半芳香聚氨基酸、半芳香聚氨基酸基骨修复材料及其制备 Download PDF

Info

Publication number
CN112062949B
CN112062949B CN202010950443.2A CN202010950443A CN112062949B CN 112062949 B CN112062949 B CN 112062949B CN 202010950443 A CN202010950443 A CN 202010950443A CN 112062949 B CN112062949 B CN 112062949B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bio
bone repair
hours
repair material
polyamino acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010950443.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112062949A (zh
Inventor
严永刚
焦雪菲
邓光进
刘朋真
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhongding Kairui Technology Chengdu Co ltd
Original Assignee
Zhongding Kairui Technology Chengdu Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhongding Kairui Technology Chengdu Co ltd filed Critical Zhongding Kairui Technology Chengdu Co ltd
Priority to CN202010950443.2A priority Critical patent/CN112062949B/zh
Publication of CN112062949A publication Critical patent/CN112062949A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112062949B publication Critical patent/CN112062949B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G69/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
    • C08G69/02—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/26—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from polyamines and polycarboxylic acids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14—Macromolecular materials
    • A61L27/18—Macromolecular materials obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G69/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
    • C08G69/02—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/26—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/28—Preparatory processes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants

Abstract

本发明涉及一种半芳香聚氨基酸、半芳香聚氨基酸基骨修复复合材料及它们的制备方法，属于高分子合成领域。本发明提供一种半芳香聚氨基酸，所述半芳香聚氨基酸的结构式如式Ⅰ所示，n≥100。本发明首次提出一种新型的聚氨基酸，以生物基双氨基酸氨基酸为活性氨基酸单体，以双酰氯芳香化合物为芳香单元，通过共缩聚得到具有活性的生物基半芳香聚氨基酸；其大幅度提升了聚氨基酸的生物力学性能。由于该类聚合物含有丰富的活性基团、能与特定成骨元素无机化合物反应、形成稳定的界面，从而制得一种骨修复材料。

Description

半芳香聚氨基酸、半芳香聚氨基酸基骨修复材料及其制备
技术领域
本发明涉及一种半芳香聚氨基酸、半芳香聚氨基酸基骨修复复合材料及它们的制备方法，属于高分子合成领域。
背景技术
聚氨基酸的构成基本单元是氨基酸，氨基酸也是构成人体蛋白质的基本单元。聚氨基酸在体内可以被特定的酶降解从而被人体所吸收，具有独特的生物相容性和生物可降解性。
骨是人体的支撑系统，承担人体重量、运动和活动的核心体系。近十年本发明申请人致力于将氨基酸用于骨组织修复材料，从分子链设计、无机填充物选择、以及全有机填充聚氨基酸等，如聚合物形式的组织修复材料及制备方法(CN 101342383 B)、多组分氨基酸聚合物形式的组织修复材料及制备方法(CN 101385869 B)、含钙的磷酸盐成分的可降解生物活性复合材料及制备方法(CN 101417149 B)、氨基酸共聚物-硫酸钙复合材料及制备方法(CN 101560326 B)、多元氨基酸聚合物-羟基磷灰石骨修复材料、支撑型植入物及制备方法(CN104324415B)、可控降解多元氨基酸共聚物-有机钙/磷盐填充型复合骨植入物及制备方法(CN 104307048 B)等，但是真正与骨组织结构和性能接近的修复体及其骨移植物还需要更深入的研究。课题组还提出了温度与模量双控型纳米羟基磷灰石聚氨基酸复合骨移植物材料及其制备方法，为生物力学跟匹配的骨修复材料提供了一个可选的途径。
但是现有技术中，并未有关于生物基半芳香聚氨基酸以及将其用于骨修复材料的相关报道。
发明内容
本发明首次提出一种新型的聚氨基酸，以生物基双氨基酸氨基酸为活性氨基酸单体(生物基氨基酸单元的特点)，以双酰氯芳香化合物为芳香单元，通过共缩聚得到具有活性的生物基半芳香聚氨基酸；其大幅度提升了聚氨基酸的生物力学性能。由于该类聚合物含有丰富的活性基团、能与特定成骨元素无机化合物反应、形成稳定的界面，从而制得一种骨修复材料，其弯曲强度可达150MPa、模量可达10GPa，抗压强度可达180MPa、模量可达15GPa，与人体密质骨一致、具有良好的生物力匹配性能，并具有成骨活性，在承重骨修复、重建和替代方面具有广泛的应用前景。
本发明的技术方案：
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种半芳香聚氨基酸，其结构式如式Ⅰ所示：
Figure BDA0002676686360000021
其中，n为聚合度，n≥100；
Figure BDA0002676686360000022
本发明要解决的第二个技术问题是提供上述半芳香聚氨基酸的制备方法，所述制备方法为：在惰性气体保护下，芳香族酰氯化合物、氨基酸和分子链柔性调节剂在极性非质子溶剂中于0℃～200℃反应1～8小时；然后降温、洗涤和干燥制得半芳香聚氨基酸聚合物。
进一步，各原料的比例为：芳香族酰氯化合物与氨基酸的摩尔比为0.8～1.20：1，优选0.95～1.05：1；所述分子链柔性调节剂的摩尔量不高于氨基酸摩尔量的30％。
进一步，上述制备方法为：在惰性气体保护下，在极性非质子溶剂中加入芳香族酰氯化合物和分子链柔性调节剂搅拌使其完全溶解，然后加入氨基酸，升温至0℃～200℃(优选为50～200℃)反应1～8小时；最后降温至60℃以下，经洗涤、干燥得半芳香聚氨基酸聚合物。
进一步，所述芳香族酰氯化合物选自下述化合物中的一种：对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、4，4‘-联苯基乙酰氯、2,6-萘二甲酰氯、2,6-吡啶二甲酰氯、2,2-联吡啶-4,4-二甲酰氯、2,5-呋喃二甲酰氯或1,3,5-苯三甲酰氯等中的至少一种。
进一步，所述氨基酸选自：L-精氨酸、D-精氨酸、DL-精氨酸、L-赖氨酸、D-赖氨酸、DL-赖氨、L-组氨酸、D-组氨酸或DL-组氨酸中的至少一种。
进一步，所述分子链柔性调节剂包括：2,5-二氨基苯甲酸、3,5-二氨基苯甲酸或1,4-环己二酰氯中的至少一种。
进一步，所述极性非质子溶剂包括：N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N-环己基吡咯烷酮(NCHP)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)、六甲基磷酰胺(HMPA)、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基酰胺、N-乙基己内酰胺、N,N-乙烯基吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(MI)内酰胺、四甲基脲、二甲基亚砜或环丁砜中任一种。
本发明要解决的第三个技术问题是指出上述半芳香聚氨基酸可用作生物基骨修复材料的基本骨架、医用隔离膜或临床手术防粘连膜等。
本发明要解决的第四个技术问题是提供一种生物基骨修复材料，所述生物基骨修复材料的结构式如式Ⅱ所示：
Figure BDA0002676686360000031
式Ⅱ中，n为聚合度，n≥100；
Figure BDA0002676686360000032
Figure BDA0002676686360000041
MX为具有成骨元素的化合物。
进一步，所述具有成骨元素的化合物MX选自：碳酸盐(MgCO3、CaCO3 SrCO3ZnCO3SrCO3、ZrCO3等)、硅酸三钙(Ca3SiO5，C3S)、硅酸二钙(2CaO·SiO2，C2S)、氢氧化钙[Ca(OH)2]、柠檬酸钙(C12H10Ca3O14)、羟基磷灰石(Ca5PO4OH)、磷酸钙(Ca3(PO4)2)、磷酸氢钙(CaHO4P)、硫酸钙(CaSO4.0.5H2O)、磷酸锶(Sr3(PO4)2)磷酸镁(Mg3(PO4)2)或三硅酸镁Mg2O8Si3等。
进一步，所述MX的含量占复合材料总质量的5～75wt％，优选40～60wt％。
进一步，所述生物基骨修复材料的抗弯曲强度为80～150MPa，弯曲模量为5～15GPa，抗压缩强度为100～180MPa，抗压缩模量为7～20GPa。
本发明要解决的第五个技术问题是提供上述生物基骨修复材料的制备方法，所述制备方法为：在生成式I所示的半芳香聚氨基酸的聚合反应后期，加入具有成骨元素的化合物原位复合即可得到生物基骨修复材料。
进一步，所述生物基骨修复材料的制备方法为：在惰性气体保护下，芳香族酰氯化合物、氨基酸和分子链柔性调节剂在极性非质子溶剂中于0℃～200℃反应1～8小时；在聚合反应结束半个小时前(聚合反应根据单体差异时间有所差异、但不会超过8小时)，加入具有成骨元素的化合物继续反应1～5小时(使其形成均匀钧一的复合材料)；然后降温、洗涤和干燥制得生物基骨修复材料。
本发明要解决的第六个技术问题是指出上述生物基骨修复材料可制成颈椎融合器、胸腰椎融合器、椎体、椎板或不规则骨创伤支撑体；如可通过注塑成型加工，加工温度为220～380℃，优选250～320℃。
本发明的有益效果：
本发明利用氨基酸和芳香族酰氯化合物(如双酰氯芳香化合物)通过共缩聚反应制得了一种具有活性的生物基半芳香聚氨基酸；并在半芳香聚氨基酸中加入具有成骨元素的化合物原位复合制得一类生物基半芳香聚氨基酸骨修复材料，所得骨修复材料其弯曲强度可达150MPa、模量可达10GPa,抗压强度可达180MPa、模量可达15GPa，与人体密质骨一直、具有良好的生物力匹配性能，并具有成骨活性，其生物力学性能与人体骨组织接近；其细胞毒性≤1级，无毒性、无刺激；具有良好的生物活性和生物安全性；在承重骨修复、重建和替代方面具有广泛的应用前景。
具体实施方式
本发明提供了一种半芳香聚氨基酸，其结构式如式Ⅰ所示：
Figure BDA0002676686360000051
其中，
Figure BDA0002676686360000052
Figure BDA0002676686360000053
Figure BDA0002676686360000061
Figure BDA0002676686360000062
(分别为D、L、DL精氨酸：
Figure BDA0002676686360000063
Figure BDA0002676686360000064
(分别为D、L、DL赖氨酸：
Figure BDA0002676686360000065
Figure BDA0002676686360000066
(分别为D、L、DL组氨酸
Figure BDA0002676686360000067
Figure BDA0002676686360000071
)；因为R涉及映像手性结构，因此本发明此处用一个平面代替三个构型结构。
本发明设计了一类生物基半芳香聚氨基酸：以碱性生物基天然氨基酸为活性氨基酸单体
Figure BDA0002676686360000072
以双酰氯芳香化合物为芳香单元
Figure BDA0002676686360000073
并采用双氨基活性芳香氨基酸作为分子链刚性调节单元，以无水极性非质子溶剂为介质，在干燥惰性气体保护下于0～200℃、通过共缩聚得到具有活性的生物基半芳香聚氨基酸，在聚合后期加入具有成骨元素的化合物原位复合，形成一类生物基半芳香聚氨基酸复合骨修复材料。
本发明聚合反应过程大概可以示意为：
Figure BDA0002676686360000074
进一步，所述反应可以实体化举例为如下方式：
Figure BDA0002676686360000081
本发明式Ⅰ所示的具体物质如下：
Figure BDA0002676686360000082
Figure BDA0002676686360000091
式Ⅱ所示的具体物质如下：
Figure BDA0002676686360000092
本发明中，所述芳香族酰氯化合物选自下述化合物中的一种：
对苯二甲酰氯
Figure BDA0002676686360000093
间苯二甲酰氯
Figure BDA0002676686360000094
4，4‘-联苯基乙酰氯
Figure BDA0002676686360000095
2,6-萘二甲酰氯
Figure BDA0002676686360000096
2,6-吡啶二甲酰氯
Figure BDA0002676686360000097
2,2-联吡啶-4,4-二甲酰氯
Figure BDA0002676686360000098
2,5-呋喃二甲酰氯
Figure BDA0002676686360000099
或1,3,5-苯三甲酰氯
Figure BDA00026766863600000910
等中的至少一种。
所述氨基酸选自：L-精氨酸
Figure BDA0002676686360000101
D-精氨酸、
Figure BDA0002676686360000102
DL-精氨酸
Figure BDA0002676686360000103
L-赖氨酸
Figure BDA0002676686360000104
D-赖氨酸
Figure BDA0002676686360000105
DL-赖氨
Figure BDA0002676686360000106
L-组氨酸
Figure BDA0002676686360000107
D-组氨酸
Figure BDA0002676686360000108
DL-组氨酸
Figure BDA0002676686360000109
所述分子链柔性调节剂包括：2,5-二氨基苯甲酸
Figure BDA00026766863600001010
3,5-二氨基苯甲酸
Figure BDA00026766863600001011
或1,4-环己二酰氯
Figure BDA00026766863600001012
中的至少一种；其摩尔分数根据聚合物链得的刚性决定，但不超过30％摩尔。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实例范围之中。
实施例1
在5L的反应器内加入2500ml无水NMP，在氮气保护下加入162.4g对苯二甲酰氯、41.8g1,4-环己二酰氯搅拌下逐步溶解完；待溶解完成后，加入117.0gL-赖氨酸、31gL-组氨酸，在氮气保护下搅拌2个小时，逐步升温至120℃、反应4个小时；然后降温至60℃以下，分别用去离子水洗涤6次，于80℃真空干燥12小时，得到半芳香聚氨基酸聚合物268g，产率约为96％,该产品熔点295℃；可在320℃挤塑注塑。
重复上述实验，物料减半，在反应结束半个小时前，加入羟基磷灰石(Ca5PO4OH)60g、磷酸锶(Sr3(PO4)2)30g，继续在氮气保护下，于120℃反应2个小时，然后降温至60℃以下，分别用去离子水洗涤6次，于80℃真空干燥12小时，得到半芳香聚氨基酸聚合物复合材料220g。
将上述半芳香聚氨基酸聚合物复合材料通过哈克流变仪于320℃挤塑制得力学样条，测得其抗压强度为150MPa，弯曲强度120MPa，弯曲模量8.5GPa，与人体密质骨接近，可用作骨修复材料；通过在800℃6小时灼烧，机物残余量占复合材料的40％。
按照0.2g/ml标准取样，于37℃浸泡72小时，过滤得到提取液，分别使用原始浓度和稀释5倍的提取液进行小鼠成骨细胞培养，观察分析24小时、48小时和72小时的细胞形态和细胞生长分化率；提取液按照T16886规定制备，细胞毒性检测使用MTT法，按照T16886规定检测(下面实施例的细胞毒性实验均按照该方法测定)，原始浓度和稀释5倍的细胞增值率分别是：95％，110％。
实施例2
在5L的反应器内加入2500ml无水NMP，在氮气保护下加入162.4g间苯二甲酰氯、41.8g1,4-环己二酰氯搅拌下逐步溶解完，待溶解完成后，加入112.0gL-赖氨酸、31gL-组氨酸，在氮气保护下搅拌2个小时，逐步升温至120℃、反应4个小时；然后降温至60℃以下，分别用去离子水洗涤6次，于80℃真空干燥12小时，得到半芳香聚氨基酸聚合物269g，产率约为97％，该产品熔点285℃；可在310℃挤塑注塑。
重复上述实验，物料减半，在反应结束半个小时前，加入羟基磷灰石(Ca5PO4OH)60g、磷酸锶(Sr3(PO4)2)30g，继续在氮气保护下，于120℃反应2个小时，然后降温至60℃以下，分别用去离子水洗涤6次，于80℃真空干燥12小时，得到半芳香聚氨基酸聚合物复合材料221g。
将上述半芳香聚氨基酸聚合物复合材料通过哈克流变仪与320℃挤塑制得力学样条，其抗压强度为130MPa，弯曲强度110MPa，弯曲模量7.5GPa，与人体密质骨接近；通过在800℃6小时灼烧，机物残余量无占复合材料的40％。
按照0.2g/ml标准取样，于37℃浸泡72小时，过滤得到提取液，分别使用原始浓度和稀释5倍的提取液进行小鼠成骨细胞培养，观察分析24小时、48小时和72小时的细胞形态和细胞增值率；原始浓度和稀释5倍的细胞增值率分别是：95％，110％。
实施例3
在5L的反应器内加入2500ml无水NMP，在氮气保护下加入162.4g对苯二甲酰氯、41.8g1,4-环己二酰氯搅拌下逐步溶解完，待溶解完成后，加入102.3gL-赖氨酸、31gL-组氨酸、15.2g2,5-二氨基苯甲酸，在氮气保护下搅拌2个小时，逐步升温至120℃、反应4个小时。然后降温至60℃以下，分别用去离子水洗涤6次，于80℃真空干燥12小时，得到半芳香聚氨基酸聚合物272g，产率约为97％，该产品熔点295℃；可在320℃挤塑注塑。
重复上述实验，物料减半，在反应结束半个小时前，加入羟基磷灰石(Ca5PO4OH)55g、磷酸锶(Sr3(PO4)2)25g，继续在氮气保护下，于120℃反应2个小时，然后降温至60℃以下，分别用去离子水洗涤6次，于80℃真空干燥12小时，得到半芳香聚氨基酸聚合物复合材料208g。
将上述半芳香聚氨基酸聚合物复合材料通过哈克流变仪与300℃挤塑制得力学样条，其抗压强度为130MPa，弯曲强度110MPa，弯曲模量7.0GPa,与人体密质骨接近；通过在800℃6小时灼烧，无机物残余量占复合材料的38％。
按照0.2g/ml标准取样，于37℃浸泡72小时，过滤得到提取液，分别使用原始浓度和稀释5倍的提取液进行小鼠成骨细胞培养，观察分析24小时、48小时和72小时的细胞形态和细胞增值率；原始浓度和稀释5倍的细胞增值率分别是：95％，110％。
实施例4
在5L的反应器内加入1300ml无水NMP，在氮气保护下加入2,6-吡啶二甲酰氯91.8g、对苯二甲酰氯10.2g，搅拌下逐步溶解，待溶解完成后，加入65.8gL-赖氨酸、8.7gL-精氨酸，在氮气保护下搅拌2个小时，逐步升温至120℃、反应4个小时。然后降温至60℃以下，分别用去离子水洗涤6次，于80℃真空干燥12小时，得到半芳香聚氨基酸聚合物135g，产率约为96％，该产品熔点265℃；可在300℃挤塑注塑。
重复上述实验，物料保持相同量，在反应结束半个小时前，加入羟基磷灰石(Ca5PO4OH)60g、磷酸锶(Sr3(PO4)2)30g，继续在氮气保护下，于120℃反应2个小时，然后降温至60℃以下，分别用去离子水洗涤6次，于80℃真空干燥12小时，得到半芳香聚氨基酸聚合物复合材料218g。
将上述半芳香聚氨基酸聚合物复合材料通过哈克流变仪与300℃挤塑制得力学样条，其抗压强度为135MPa，弯曲强度118MPa，弯曲模量8.0GPa，与人体密质骨接近；通过在800℃6小时灼烧，无机物残余量占复合材料的40％。
按照0.2g/ml标准取样，于37℃浸泡72小时，过滤得到提取液，分别使用原始浓度和稀释5倍的提取液进行小鼠成骨细胞培养，观察分析24小时、48小时和72小时的细胞形态和细胞生长分化率，原始浓度和稀释5倍的细胞增值率分别是：98％，106％。
实施例5
在5L的反应器内加入1300ml无水NMP，在氮气保护下加入2,2-联吡啶-4,4-二甲酰氯133.5g、10.5g1,4-环己二酰氯搅拌下逐步溶解，待溶解完成后，加入65.8gL-赖氨酸、7.6g2,5-二氨基苯甲，在氮气保护下搅拌2个小时，逐步升温至120℃、反应4个小时；然后降温至60℃以下，分别用去离子水洗涤6次，于80℃真空干燥12小时，得到半芳香聚氨基酸聚合物172g，产率约为95％，该产品熔点278℃，可在305℃挤塑注塑。
重复上述实验，物料保持原有量，在反应结束半个小时前，加入羟基磷灰石(Ca5PO4OH)60g、磷酸锶(Sr3(PO4)2)30g，继续在氮气保护下，于120℃反应2个小时，然后降温至60℃以下，分别用去离子水洗涤6次，于80℃真空干燥12小时，得到半芳香聚氨基酸聚合物复合材料220g。
将上述半芳香聚氨基酸聚合物复合材料通过哈克流变仪与320℃挤塑制得力学样条，其抗压强度为120MPa，弯曲强度102MPa，弯曲模量7.5GPa，与人体密质骨接近；通过在800℃6小时灼烧，无机物残余量占复合材料的35％。
按照0.2g/ml标准取样，于37℃浸泡72小时，过滤得到提取液，分别使用原始浓度和稀释5倍的提取液进行小鼠成骨细胞培养，观察分析24小时、48小时和72小时的细胞形态和细胞增值率；原始浓度和稀释5倍的细胞增值率分别是：95％，105％。
实施例6
在5L的反应器内加入2500ml无水NMP，在氮气保护下加入162.4g对苯二甲酰氯、41.8g1,4-环己二酰氯搅拌下逐步溶解完，待溶解完成后，加入112.0gL-赖氨酸、31gL-组氨酸，在氮气保护下搅拌2个小时，逐步升温至120℃、反应4个小时；然后降温至60℃以下，分别用去离子水洗涤6次，于80℃真空干燥12小时，得到半芳香聚氨基酸聚合物268g，产率约为96％，该产品熔点295℃；可在320℃挤塑注塑。
重复上述实验，物料减半，在反应结束半个小时前，加入磷酸钙(Ca3(PO4)2)60g、碳酸锶(SrCO4)30g，继续在氮气保护下，于120℃反应2个小时，然后降温至60℃以下，分别用去离子水洗涤6次，于80℃真空干燥12小时，得到半芳香聚氨基酸聚合物复合材料210g。
将上述半芳香聚氨基酸聚合物复合材料通过哈克流变仪与320℃挤塑制得力学样条，其抗压强度为130MPa，弯曲强度108MPa，弯曲模量6.8GPa，与人体密质骨接近；通过在800℃6小时灼烧，无机物残余量占复合材料的36％。
按照0.2g/ml标准取样，于37℃浸泡72小时，过滤得到提取液，分别使用原始浓度和稀释5倍的提取液进行小鼠成骨细胞培养，观察分析24小时、48小时和72小时的细胞形态和细胞增值率；原始浓度和稀释5倍的细胞增值率分别是：95％，110％。
实施例7
在5L的反应器内加入2500ml无水NMP，在氮气保护下加入162.4g间苯二甲酰氯、41.8g1,4-环己二酰氯搅拌下逐步溶解完，待溶解完成后，加入112.0gL-赖氨酸、31gL-组氨酸，在氮气保护下搅拌2个小时，逐步升温至120℃、反应4个小时；然后降温至60℃以下，分别用去离子水洗涤6次，于80℃真空干燥12小时，得到半芳香聚氨基酸聚合物269g，产率约为97％，该产品熔点285℃；可在310℃挤塑注塑。重复上述实验，物料减半，在反应结束半个小时前，加入羟基磷灰石(Ca5PO4OH)60g、磷酸锶(Sr3(PO4)2)30g,继续在氮气保护下，于120℃反应2个小时，然后降温至60℃以下，分别用去离子水洗涤6次，于80℃真空干燥12小时，得到半芳香聚氨基酸聚合物复合材料221g。
将上述半芳香聚氨基酸聚合物复合材料通过哈克流变仪与320℃挤塑制得力学样条，其抗压强度为130MPa，弯曲强度110MPa，弯曲模量7.5GPa,与人体密质骨接近；通过在800℃6小时灼烧，机物残余量无占复合材料的40％。
按照0.2g/ml标准取样，于37℃浸泡72小时，过滤得到提取液，分别使用原始浓度和稀释5倍的提取液进行小鼠成骨细胞培养，观察分析24小时、48小时和72小时的细胞形态和细胞增值率，提取液按照T16886规定制备，细胞毒性检测使用MTT法，按照T16886规定检测，原始浓度和稀释5倍的细胞增值率分别是：95％，110％。
实施例8
在5L的反应器内加入2500ml无水NMP，在氮气保护下加入162.4g间苯二甲酰氯、41.8g1,4-环己二酰氯搅拌下逐步溶解完，待溶解完成后，加入112.0gL-赖氨酸、31gL-组氨酸，在氮气保护下搅拌2个小时，逐步升温至120℃、反应4个小时；然后降温至60℃以下，分别用去离子水洗涤6次，于80℃真空干燥12小时，得到半芳香聚氨基酸聚合物269g,产率约为97％,该产品熔点285℃。可在310℃挤塑注塑。重复上述实验，物料减半，在反应结束半个小时前，加入碳酸钙(CaCO3)60g、磷酸锶(Sr3(PO4)2)30g,继续在氮气保护下，于120℃反应2个小时，然后降温至60℃以下，分别用去离子水洗涤6次，于80℃真空干燥12小时，得到半芳香聚氨基酸聚合物复合材料212g。
将上述半芳香聚氨基酸聚合物复合材料通过哈克流变仪与320℃挤塑制得力学样条，其抗压强度为122MPa，弯曲强度109MPa，弯曲模量6.6GPa,与人体密质骨接近；通过在800℃6小时灼烧，机物残余量无占复合材料的36％。
按照0.2g/ml标准取样，于37℃浸泡72小时，过滤得到提取液，分别使用原始浓度和稀释5倍的提取液进行小鼠成骨细胞培养，观察分析24小时、48小时和72小时的细胞形态和细胞增值率，原始浓度和稀释5倍的细胞增值率分别是：92％，105％。
实施例9
在5L的反应器内加入2500ml无水NMP，在氮气保护下加入162.4g对苯二甲酰在5L的反应器内加入1300ml无水NMP，在氮气保护下加入2,6-吡啶二甲酰氯91.8g、对苯二甲酰氯10.2g，搅拌下逐步溶解，待溶解完成后，加入65.8gL-赖氨酸、8.7gL-精氨酸，在氮气保护下搅拌2个小时，逐步升温至120℃、反应4个小时。然后降温至60℃以下，分别用去离子水洗涤6次，于80℃真空干燥12小时，得到半芳香聚氨基酸聚合物135g,产率约为96％,该产品熔点265℃。可在300℃挤塑注塑。重复上述实验，物料保持相同量，在反应结束半个小时前，加入羟基磷灰石(Ca5PO4OH)75g、磷酸锶(Sr3(PO4)2)35g,继续在氮气保护下，于120℃反应2个小时，然后降温至60℃以下，分别用去离子水洗涤6次，于80℃真空干燥12小时，得到半芳香聚氨基酸聚合物复合材料218g。
将上述半芳香聚氨基酸聚合物复合材料通过哈克流变仪与300℃挤塑制得力学样条，其抗压强度为155MPa，弯曲强度138MPa，弯曲模量9.0GPa,与人体密质骨接近；通过在800℃6小时灼烧，无机物残余量占复合材料的45％。
按照0.2g/ml标准取样，于37℃浸泡72小时，过滤得到提取液，分别使用原始浓度和稀释5倍的提取液进行小鼠成骨细胞培养，观察分析24小时、48小时和72小时的细胞形态和细胞增值率；原始浓度和稀释5倍的细胞增值率分别是：96％，108％。
实施例10
同实施例1，把117.0gL-赖氨酸、31gL-组氨酸更换为117.0gD-赖氨酸、31gD-组氨酸。结果与同实施例1非常接近。
实施例11
同实施例1，把117.0gL-赖氨酸、31gL-组氨酸更换为117.0gDL-赖氨酸、31gDL-组氨酸。结果与同实施例1没有统计意义上的差别。
对比例1以非生物基氨基酸为主的非芳香聚氨基酸和羟基磷灰石复合材料比较
称取ε-氨基己酸131g加入250ml的三颈瓶中，加50ml蒸馏水，通氮气保护，搅拌并升温至180℃脱水，升到202℃水全部脱完，继续升温到210℃，熔融态下预聚合1小时，之后继续升温至220℃进行聚合反应4小时。
在该温度和氮气保护下，加入干燥过的纳米羟基磷灰石50g,保持220℃，在氮气保护下缓慢搅拌1个小时，结束全部反应、氮气保护下冷却至室温，复合材料162g。
将上述纳米羟基磷灰石聚氨基酸复合骨移植物材料，粉碎成粒，粒度5-10目，通过哈克流变仪挤塑制得力学样条，其抗压强度为90MPa，弯曲强度75MPa，弯曲模量5GPa；利用DSC测定其玻璃化温度和熔点，其玻璃化温度为82℃，熔点为201℃。通过在800℃6小时灼烧，残余量羟基磷灰石为55.1g,占复合材料的30％。
该复合材料中聚合物为PA6，活性差，加入羟基磷灰石后其强度与模量与人体密质骨不匹配。
对比例2
取6-氨基己酸、丙氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸分别为105.25g、8.9g、8.25g、7.3g加入250ml三颈瓶中，并加入50ml蒸馏水，在电动搅拌下升温到200℃，并通氮气保护，待其脱水完后继续升温到210℃使其融化，再升温到220℃，聚合反应2小时后(111.7)，加入羟基磷灰石50g，继续220℃反应2小时，得到161g羟基磷灰石/聚氨基酸复合材料，即得无机物含量30％。
将上羟基磷灰石聚氨基酸复合骨移植物材料，粉碎成粒，粒度5-10目，通过哈克流变仪挤塑制得力学样条，其抗压强度为80MPa，弯曲强度65MPa，弯曲模量3GPa；利用DSC测定其玻璃化温度和熔点，其玻璃化温度为50℃，热形变温度为55℃，熔点为177℃。
虽然改材料含有多种氨基酸，但主链结构混乱，没有形成链接分子链的化学键，柔性太高、变形性太大，热形变温度低，模量低，不适于承重骨修复使用。
对比例3
取6-氨基己酸、丙氨酸、羟脯氨酸、赖氨酸分别为117.9g、4.45g、3.28g、3.65g加入250ml三颈瓶中，并加入50ml蒸馏水，在电动搅拌下升温到200℃，并通氮气保护，待其脱水完后继续升温到210℃使其融化，再升温到220℃，聚合反应2小时后(129.28)，加入羟基磷灰石70g，继续220℃反应2小时，获得199g复合材料，即无机物含量35％。
将上述羟基磷灰石聚氨基酸复合骨移植物材料，粉碎成粒，粒度5-10目，通过哈克流变仪挤塑制得力学样条，其抗压强度为90MPa，弯曲强度75MPa，弯曲模量4GPa；利用DSC测定其玻璃化温度和熔点，其玻璃化温度为60℃，熔点为182℃。
虽然改材料含有多种氨基酸，但主链活性氨基酸基团没有形成有效的链接，没有形成链接分子链的化学键，柔性太高、变形性太大，不适于承重骨修复使用。
对比例4
取6-氨基己酸、丙氨酸、苯丙氨酸、羟脯氨酸、赖氨酸分别为98.25g、8.9g、8.25g、6.55g、7.3g加入250ml三颈瓶中，并加入50ml蒸馏水，在电动搅拌下升温到200℃，并通氮气保护，待其脱水完后继续升温到210℃使其融化，再升温到220℃，聚合反应2小时后(111.25)，加入羟基磷灰石80g，继续220℃反应2小时，获得190g复合材料，即无机物含量40％。
将上述羟基磷灰石聚氨基酸复合骨移植物材料，粉碎成粒，粒度5-10目，通过哈克流变仪挤塑制得力学样条，其抗压强度为95MPa，弯曲强度82MPa，弯曲模量5.5GPa；利用DSC测定其玻璃化温度和熔点，其玻璃化温度为61℃，熔点为185℃。
虽然改材料含有多种氨基酸，但主链活性氨基酸基团没有形成有效的链接，没有形成链接分子链的化学键，柔性太高、变形性太大，不适于承重骨修复使用。

Claims (8)

1.一种生物基骨修复材料，其特征在于，所述生物基骨修复材料采用下述制备方法得到：在惰性气体保护下，芳香族酰氯化合物、氨基酸和分子链柔性调节剂在极性非质子溶剂中于0℃～200℃反应1～8小时；在聚合反应结束半个小时前，加入具有成骨元素的化合物继续反应1～5小时；然后降温、洗涤和干燥制得生物基骨修复材料；
其中，所述氨基酸选自：L-精氨酸、D-精氨酸、DL-精氨酸、L-赖氨酸、D-赖氨酸、DL-赖氨酸、L-组氨酸、D-组氨酸或DL-组氨酸中的至少一种；所述分子链柔性调节剂包括：2,5-二氨基苯甲酸、3,5-二氨基苯甲酸或1,4-环己二酰氯中的至少一种；所述芳香族酰氯化合物选自下述化合物中的一种：对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、4，4‘-联苯基乙酰氯、2,6-萘二甲酰氯、2,6-吡啶二甲酰氯、2,2-联吡啶-4,4-二甲酰氯、2,5-呋喃二甲酰氯或1,3,5-苯三甲酰氯中的至少一种；并且，芳香族酰氯化合物与氨基酸的摩尔比为0.8～1.20：1，所述分子链柔性调节剂的摩尔量不高于氨基酸摩尔量的30%；
所述具有成骨元素的化合物选自：碳酸盐、硅酸三钙、硅酸二钙、氢氧化钙、柠檬酸钙、羟基磷灰石、磷酸钙、磷酸氢钙、硫酸钙、磷酸锶、磷酸镁或三硅酸镁；所述具有成骨元素的化合物的含量占生物基骨修复材料总质量的5～75wt%。
2.根据权利要求1所述的生物基骨修复材料，其特征在于，芳香族酰氯化合物与氨基酸的摩尔比为0.95～1.05：1。
3.根据权利要求1所述的生物基骨修复材料，其特征在于，降温至60℃以下，经洗涤、干燥得生物基骨修复材料。
4.根据权利要求1所述的生物基骨修复材料，其特征在于，所述极性非质子溶剂包括：N-甲基-2-吡咯烷酮、N-环己基吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、六甲基磷酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基酰胺、N-乙基己内酰胺、N,N-乙烯基吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮内酰胺、四甲基脲、二甲基亚砜或环丁砜中任一种。
5.根据权利要求1所述的生物基骨修复材料，其特征在于，所述碳酸盐为：MgCO3、CaCO3、SrCO3、ZnCO3或ZrCO3。
6.根据权利要求1所述的生物基骨修复材料，其特征在于，所述具有成骨元素的化合物的含量占生物基骨修复材料总质量的40～60wt%。
7.根据权利要求1所述的生物基骨修复材料，其特征在于，所述生物基骨修复材料的抗弯曲强度为80～150MPa，弯曲模量为5～15GPa， 抗压缩强度为100～180MPa，抗压缩模量为7～20GPa。
8.生物基骨修复材料用于制备颈椎融合器、胸腰椎融合器、椎体、椎板或不规则骨创伤支撑体，所述生物基骨修复材料为权利要求1～7任一项所述的生物基骨修复材料。
CN202010950443.2A 2020-09-11 2020-09-11 半芳香聚氨基酸、半芳香聚氨基酸基骨修复材料及其制备 Active CN112062949B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010950443.2A CN112062949B (zh) 2020-09-11 2020-09-11 半芳香聚氨基酸、半芳香聚氨基酸基骨修复材料及其制备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010950443.2A CN112062949B (zh) 2020-09-11 2020-09-11 半芳香聚氨基酸、半芳香聚氨基酸基骨修复材料及其制备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112062949A CN112062949A (zh) 2020-12-11
CN112062949B true CN112062949B (zh) 2023-04-25

Family

ID=73695200

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010950443.2A Active CN112062949B (zh) 2020-09-11 2020-09-11 半芳香聚氨基酸、半芳香聚氨基酸基骨修复材料及其制备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112062949B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112546296B (zh) * 2020-12-14 2022-04-22 中鼎凯瑞科技成都有限公司 具有光显效应和自定位功能的复合骨修复材料及制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106832265A (zh) * 2017-03-15 2017-06-13 长春鑫螯科技有限公司 一种交联聚氨基酸型金属吸附剂、制备方法及吸附金属的方法
CN107033833A (zh) * 2017-03-15 2017-08-11 中国科学院长春应用化学研究所 一种聚氨基酸组合物及其制备方法和应用
CN110639062A (zh) * 2018-12-17 2020-01-03 中鼎凯瑞科技成都有限公司 一种温度与模量双控型纳米羟基磷灰石聚氨基酸复合骨移植材料及其制备方法
CN110669216A (zh) * 2019-10-21 2020-01-10 四川斯派恩新材料有限公司 一种生物基半芳香族聚酰胺及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0228525D0 (en) * 2002-12-06 2003-01-15 Univ Cambridge Tech Polymers and their use

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106832265A (zh) * 2017-03-15 2017-06-13 长春鑫螯科技有限公司 一种交联聚氨基酸型金属吸附剂、制备方法及吸附金属的方法
CN107033833A (zh) * 2017-03-15 2017-08-11 中国科学院长春应用化学研究所 一种聚氨基酸组合物及其制备方法和应用
CN110639062A (zh) * 2018-12-17 2020-01-03 中鼎凯瑞科技成都有限公司 一种温度与模量双控型纳米羟基磷灰石聚氨基酸复合骨移植材料及其制备方法
CN110669216A (zh) * 2019-10-21 2020-01-10 四川斯派恩新材料有限公司 一种生物基半芳香族聚酰胺及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Asymmetric interaction of optically active polymers with asymmetric small molecules. I. Interaction of optically active acidic polymers with amino acids;Ihara Yasuji et al.,;《Journal of Polymer Science Part A-1 Polymer Chemistry》;19711231;第2413-2418页 *
Studies on Microcapsules. XII. Preparation and Characterization of Carboxylated Polyphthalamide Microcapsules;YOSHIMICHI SHIGER et al.,;《Can. J. Chem》;19711231;第49卷;第3623-3626页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112062949A (zh) 2020-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4634720A (en) Process for the preparation of hard tissue prosthetics
US4698375A (en) Composites of unsintered calcium phosphates and synthetic biodegradable polymers useful as hard tissue prosthetics
US5007930A (en) Composites of unsintered calcium phosphates and synthetic biodegradable polymers useful as hard tissue prosthetics
US4636526A (en) Composites of unsintered calcium phosphates and synthetic biodegradable polymers useful as hard tissue prosthetics
US4842604A (en) Composites of unsintered calcium phosphates and synthetic biodegradable polymers useful as hard tissue prosthetics
CN101301491B (zh) 多醛基海藻酸钠交联聚磷酸钙/壳聚糖的复合支架及其制备与应用
JP5108523B2 (ja) 光架橋性ポリ（カプロラクトンフマレート）
CN104324415B (zh) 多元氨基酸聚合物-羟基磷灰石骨修复材料、支撑型植入物及制备方法
WO2008006252A1 (fr) MATÉRIAU COMPOSITE DE POLY(ACIDE GLYCOLIQUE-L-LYSINE-L-ACIDE LACTIQUE) À GREFFAGE POLYPEPTIDIQUE AVEC MOTIF RGD ET DE PHOSPHATE β-TRICALCIQUE, ET MÉTHODE DE PRÉPARATION DUDIT MATÉRIAU
CN112062949B (zh) 半芳香聚氨基酸、半芳香聚氨基酸基骨修复材料及其制备
Djordjevic et al. Poly [octanediol‐co‐(citric acid)‐co‐(sebacic acid)] elastomers: novel bio‐elastomers for tissue engineering
CN105237714A (zh) 水响应形状记忆聚氨酯及其制备方法
Mercado-Pagán et al. Synthesis and characterization of novel elastomeric poly (D, L-lactide urethane) maleate composites for bone tissue engineering
CN101698117B (zh) 骨修复复合材料及其制备方法
CN101342384A (zh) 含陶瓷成分的复合聚合物骨修复材料及制备方法
US20220411592A1 (en) Method for inducing gelation and biomimetic mineralization of silk fibroin solution by alkaline phosphatase
CN110893249A (zh) 一种具有成骨活性的珍珠粉聚氨基酸复合骨修复材料及其制备方法和用途
Matyszczak et al. Kinetics of polycondensation of sebacic acid with glycerol
CN111388752B (zh) Pva纤维/聚氨基酸/羟基磷灰石骨支撑材料及其制备
JP7332218B2 (ja) Ｎｔ３を融合した絹フィブロイン神経移植片の製造方法
CN101417149B (zh) 含钙的磷酸盐成分的可降解生物活性复合材料及制备方法
CN101947334B (zh) 带生物活性表层结构的组织工程材料及其制备方法
CN101385869B (zh) 多组分氨基酸聚合物形式的组织修复材料及制备方法
Xiong et al. Improved cell adhesion of poly (amino acid) surface by cyclic phosphonate modification for bone tissue engineering
Ali Akbari Ghavimi et al. Controlled ion release from novel polyester/ceramic composites enhances osteoinductivity

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant