CN114366857A - 一种可降解人工骨复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可降解人工骨复合材料的制备方法，包括以下步骤：将聚酯材料与溶剂混合并搅拌至完全溶解，得到聚酯溶液；将壳聚糖、矿化胶原与聚酯溶液混合并搅拌至分散均匀，得到共混液；将共混液静置除泡后灌模，真空冷冻干燥后得到所需复合材料。本发明所述的可降解人工骨复合材料的制备方法能够实现聚酯类高分子材料‑壳聚糖‑矿化胶原溶液状态下均匀共混，通过冷冻干燥制备人工骨复合材料，用该种方法制备的人工骨复合材料可以中和聚酯酸性降解产物，更有利于骨生成，减少炎症反应。
Description
技术领域
本发明属于生物工程技术领域，尤其是涉及一种可降解人工骨复合材料的制备方法。
背景技术
骨组织作为人体的重要组织，当发生创伤、肿瘤切除、骨骼畸形和截骨矫正术等造成的大型骨缺陷时往往需要进行骨修复、替换治疗。
自体骨和异体骨能有效促进骨再生，但自体骨容易损伤自己，造成取出骨头的部位血肿，局部感染和损伤神经等；异体骨存在材料来源有限，低效益成本比率等问题。人工骨修复材料来源比较广泛，且不会损伤自体和产生排异反应，因此人工骨越来越受到关注。
人工骨修复材料主要包括无机材料、生物高分子材料及其复合材料。其中无机材料如羟基磷灰石等具有良好的生物相容性、骨诱导性性，能促进骨细胞黏附、增殖和骨修复，但机械性能差，难以塑形，且降解缓慢；生物高分子材料如聚乳酸(PLA)具有良好的生物相容性、降解性、机械性能和塑性形等，但是骨诱导性差；单一人工骨材料均有各自的长处和不足，尚不能同时满足理想的骨组织工程细胞外基质材料各方面的要求。将多种类型材料复合，可以综合考虑材料、结构、功能之间的各种因素，取长补短，使之具有更好的成骨能力。
矿化胶原/可降解生物高分子复合人工骨材料因具备良好的生物相容性、骨诱导性、骨传导性、降解性，有利于骨细胞的粘附和增殖，快速促进骨缺损的修复而受到了广泛的关注。其中生物可降解高分子材料主要是聚乳酸、聚己内酯等聚酯类高分子材料，其中聚乳酸被美国FDA批准为生物降解性医用材料，是在人工骨中应用非常广泛的生物可降解高分子材料，该材料可以弥补矿化胶原的机械强度差和塑形性差的缺点。但是聚酯类材料降解过程中会产生酸性降解产物，引发集体产生无菌性炎症反应。因此我们需要对人工骨修复材料配方进行改良和优化。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种可降解人工骨复合材料的制备方法，以实现聚酯类高分子材料-壳聚糖-矿化胶原溶液状态下均匀共混，中和聚酯酸性降解产物，更有利于骨生成，减少炎症反应。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种可降解人工骨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚酯材料与溶剂混合，机械搅拌至聚酯材料完全溶解，得到聚酯溶液；
(2)将壳聚糖、矿化胶原与聚酯溶液混合，机械搅拌至壳聚糖和矿化胶原分散均匀，得到共混液；
(3)将共混液静置除泡后灌模，真空冷冻干燥后得到所需复合材料；
优选地，所述聚酯材料为聚乳酸。
本发明的原理在于将壳聚糖(CS)、聚酯材料、矿化胶原三种材料形成均匀的共混溶液，然后通过冷冻干燥技术制备人工骨复合材料。壳聚糖是自然界中仅有的一种碱性氨基多糖，有优异的生物相容性、生物降解性能和细胞黏附性能等特点，可以中和聚乳酸/聚己内酯等聚酯类高分子材料的酸性降解产物。
进一步地，所述溶剂包括1,4二氧六环、丙酮、氯仿、二甲基亚砜中的一种或多种。
进一步地，步骤(1)中聚酯材料与溶剂的质量体积比为1:6-20，搅拌时间为0.5-5d。
进一步地，步骤(2)中聚酯材料、壳聚糖、矿化胶原的质量比为1:0.1-1：0.1-2。
进一步地，步骤(2)中搅拌时间为1-7d。
进一步地，步骤(3)中静置除泡时间为0.2-10h。
进一步地，步骤(3)中真空冷冻干燥包括预冻、一次干燥及解析干燥。
进一步地，所述预冻的处理温度为-50℃～-10℃，预冻的处理时间为0.5-5h。
进一步地，所述一次干燥的处理温度为-45℃～0℃；优选地，一次干燥的处理方法为梯度升温干燥，温度梯度为1-5℃，每个温度梯度的持续时间为0.5-5h。
进一步地，所述解析干燥的处理温度为0℃～55℃；优选地，解析干燥的处理方法为梯度升温干燥，温度梯度为1-5℃，每个温度梯度的持续时间为0.5-5h。
相对于现有技术，本发明所述的可降解人工骨复合材料的制备方法具有以下优势：
本发明所述的可降解人工骨复合材料的制备方法能够实现聚酯类高分子材料-壳聚糖-矿化胶原溶液状态下均匀共混，通过冷冻干燥制备人工骨复合材料，用该种方法制备的人工骨复合材料可以中和聚酯酸性降解产物，更有利于骨生成，减少炎症反应。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例制得的人工骨复合材料pH值变化曲线示意图。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例及附图来详细说明本发明。
实施例1：
制备聚乳酸溶液：将5g聚乳酸加入40ml的1,4二氧六环中，机械搅拌1天至聚乳酸完全溶解得到聚乳酸溶液；
制备共混液：将3g矿化胶原加入聚乳酸溶液中，机械搅拌2天至矿化胶原充分分散均匀得到共混液；
冻干：将共混液静置30min除泡，然后灌模，真空冷冻干燥制备聚乳酸-矿化胶原人工骨复合材料。
冻干条件：预冻温度-20℃，时间2h；一次干燥温度-15℃、-10℃、-5℃、0℃，每个温度梯度时间1h；解析干燥温度5℃、10℃、20℃、40℃、50℃，每个温度梯度时间2h。
实施例2：
制备聚乳酸溶液：将5g聚乳酸中加入40ml的1,4二氧六环中，机械搅拌1天至聚乳酸完全溶解得到聚乳酸溶液；
制备共混液：将1.0g壳聚糖和3g矿化胶原加入聚乳酸溶液中，机械搅拌2天至壳聚糖和矿化胶原充分分散均匀得到共混液；
冻干：将共混液静置30min除泡，然后灌模，真空冷冻干燥制备聚乳酸-壳聚糖-矿化胶原人工骨复合材料。
冻干条件：预冻温度-20℃，时间2h；一次干燥温度-15℃、-10℃、-5℃、0℃，每个温度梯度时间1h；解析干燥温度5℃、10℃、20℃、40℃、50℃，每个温度梯度时间2h。
实施例3：
制备聚乳酸溶液：将5g聚乳酸中加入40ml的1,4二氧六环中，机械搅拌1天至聚乳酸完全溶解得到聚乳酸溶液；
制备共混液：将2.0g壳聚糖和3g矿化胶原加入聚乳酸溶液中，机械搅拌2天至壳聚糖和矿化胶原充分分散均匀得到共混液；
冻干：将共混液静置30min除泡，然后灌模，真空冷冻干燥制备聚乳酸-壳聚糖-矿化胶原人工骨复合材料。
冻干条件：预冻温度-20℃，时间2h；一次干燥温度-15℃、-10℃、-5℃、0℃，每个温度梯度时间1h；解析干燥温度5℃、10℃、20℃、40℃、50℃，每个温度梯度时间2h。
分别测量实施例1-3制得的人工骨复合材料的pH值随时间变化情况，测量结果如图1所示，随着降解时间进行，实施例1中不加壳聚糖样品的pH值降低最快，0-60天pH值从7.15降到5.01；随着壳聚糖含量增加，降解过程中pH值变化逐渐降低，当PLA:CS＝2.5:1时，0-60天PH值从7.14降到6.85。验证了降解过程中壳聚糖可以中和聚乳酸的酸性降解产物，根据实施例1-3测量结果对比，实施例3中PLA:CS＝2.5:1为壳聚糖的最佳添加比例，适用于工业化生产；
经检测实施例3得到的人工骨复合材料样品的孔隙率为78.5％，空隙尺寸60-300μm，抗压强度1.54MPa，容重0.26g/cm3，满足骨修复材料性能要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (10)
1.一种可降解人工骨复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚酯材料与溶剂混合并搅拌至完全溶解，得到聚酯溶液；
(2)将壳聚糖、矿化胶原与聚酯溶液混合并搅拌至分散均匀，得到共混液；
(3)将共混液静置除泡后灌模，真空冷冻干燥后得到所需复合材料；
优选地，所述聚酯材料为聚乳酸。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂包括1,4二氧六环、丙酮、氯仿、二甲基亚砜中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中聚酯材料与溶剂的质量体积比为1:6-20，搅拌时间为0.5-5d。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中聚酯材料、壳聚糖、矿化胶原的质量比为1:0.1-1：0.1-2。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中搅拌时间为1-7d。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中静置除泡时间为0.2-10h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中真空冷冻干燥包括预冻、一次干燥及解析干燥。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述预冻的处理温度为-50℃～-10℃，预冻的处理时间为0.5-5h。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述一次干燥的处理温度为-45℃～0℃；优选地，一次干燥的处理方法为梯度升温干燥，温度梯度为1-5℃，每个温度梯度的持续时间为0.5-5h。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述解析干燥的处理温度为0℃～55℃；优选地，解析干燥的处理方法为梯度升温干燥，温度梯度为1-5℃，每个温度梯度的持续时间为0.5-5h。
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