CN114870099B - 一种具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料及其制备方法 - Google Patents

一种具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114870099B
CN114870099B CN202210331920.6A CN202210331920A CN114870099B CN 114870099 B CN114870099 B CN 114870099B CN 202210331920 A CN202210331920 A CN 202210331920A CN 114870099 B CN114870099 B CN 114870099B
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
ccnc
bone screw
alginate
ccs
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
CN202210331920.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114870099A (zh
Inventor
金晓强
叶招明
滕王锶源
章增杰
俞小华
李恒元
张永兴
汪方乾
陈亮
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.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
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 Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN202210331920.6A priority Critical patent/CN114870099B/zh
Publication of CN114870099A publication Critical patent/CN114870099A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114870099B publication Critical patent/CN114870099B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
    • A61L31/04—Macromolecular materials
    • A61L31/042—Polysaccharides
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • A61B17/58—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
    • A61B17/68—Internal fixation devices, including fasteners and spinal fixators, even if a part thereof projects from the skin
    • A61B17/84—Fasteners therefor or fasteners being internal fixation devices
    • A61B17/86—Pins or screws or threaded wires; nuts therefor
    • A61B17/866—Material or manufacture
    • 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
    • A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
    • A61L31/02—Inorganic materials
    • A61L31/028—Other inorganic materials not covered by A61L31/022 - A61L31/026
    • 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
    • A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
    • A61L31/14—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L31/148—Materials at least partially resorbable by the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00004—(bio)absorbable, (bio)resorbable, resorptive

Abstract

本发明公开了一种具有取向‑同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料及其制备方法。该方法包括：首先制取添加有HA‑CCNC、Alginate和CCS的碱溶CS溶液；经离心后，加热原位凝胶化得到具有取向结构的HA‑CCNC/CS/Alginate/CCS水凝胶；透析后，在Ca2+/Mg2+混合溶液中通过梯度渗透工艺进行双金属离子原位交联，以获得同心圆结构；然后浸渍于QCS溶液中；最后通过旋转烘干法、激光套螺纹工艺转变成具有取向‑同心圆结构的全天然多糖基复合接骨钉。该接骨钉具有高生物相容性、骨诱导再生能力、弯曲强度、抗感染和可生物降解能力，可在骨修复领域展现出巨大的应用前景。

Description

一种具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨 钉材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物医用材料制备领域，具体涉及一种具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料及其制备方法。
背景技术
接骨钉作为骨修复过程中常用的骨固定器械，可以用于治疗骨折、骨骼变形等病症。为了避免金属接骨钉带来的炎症、二次手术等缺陷，新一代可降解接骨钉材料得到发展，其中以聚乳酸、壳聚糖接骨钉材料尤为突出，但是聚乳酸在降解过程中会产生酸性降解产物，因此壳聚糖接骨钉越来越引起大家的重视。
但是现有单一壳聚糖接骨钉材料，常常使用酸溶法制备，机械强度难以达到实际使用需求；虽然壳聚糖具有良好的生物相容性，但是在骨诱导再生能力上并不突出；而且手术过程常常会带入大量的细菌，引起手术部位的炎症感染，严重时可危及病人生命安全。
为了解决上述问题，本发明使用碱溶壳聚糖、海藻酸钠、羧化壳聚糖、季铵化壳聚糖、羟基磷灰石和纤维素纳米晶等作为原料，通过原料和工艺的优化，设计一种具有取向-同心圆结构的可降解天然多糖基复合接骨钉材料，使得该材料同时具有高生物相容性、骨诱导再生能力、弯曲强度、抗菌性能和可生物降解能力，有望在骨修复、骨组织工程领域实现应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，以及结合各类材料和工艺的优点，提供一种具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料及其制备方法。
本发明采用以下技术方案实现：
该具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料使用多步法制得，具体制备步骤如下：
1)首先将CS、CCS、Alginate粉末在一水合氢氧化锂和尿素混合水溶液中充分溶胀，经多次冷冻-解冻过程制备得到碱溶CS复合溶液，再加入HA-CCNC粉末混合均匀；
2)将上述溶液使用离心工艺(离心速率5000-6000r/min，时长5min，转速过低无法脱泡，过高易使HA-CCNC沉淀)进行脱泡，以及实现溶液中大分子(包括CS、CCS、Alginate)取向，然后将溶液转移至烘箱内(通常温度可为60-80℃，时长2h)，实现材料的原位凝胶化，制得具有竖直(接骨钉轴向)取向结构的柱状HA-CCNC/CS/Alginate/CCS水凝胶材料(此时水凝胶的凝胶化程度不高，凝胶基体结构处于半稳定状态)；
3)将HA-CCNC/CS/Alginate/CCS水凝胶材料在大量去离子水中透析以去除体系中的溶质后，使用透析袋(半透膜)对其进行包裹封装(柱状水凝胶侧面为半透膜，上下两个截面为密封结构，保证后期梯度渗透过程只从侧面进行)，然后浸渍于不同浓度的Ca2+/Mg2+混合溶液中通过梯度渗透工艺进行双金属离子原位交联(此时水凝胶凝胶化结构逐渐稳定)，在微观结构层面形成多重聚合物网络结构，在宏观结构层面水凝胶获得同心圆结构(透析袋可以阻止水凝胶内部的大分子渗透扩散到透析液中，但是Ca2+/Mg2+可以进入到水凝胶基体中，同时通过改变Ca2+/Mg2+的浓度以使透析液渗透压发生变化，Ca2+/Mg2+对于水凝胶交联的致密程度同时发生改变，使得水凝胶获得同心圆结构)；
4)将步骤3)中制得的样品进行透析以后，浸渍于QCS溶液中4-6h，去离子水冲洗掉表面的QCS，透析以后获得HA-CCNC/CS/Alginate/CCS/QCS水凝胶材料；
5)将步骤4)中的样品使用旋转烘干工艺烘干(旋转速率为30-50r/min)，使得水凝胶材料受热均匀，烘干时凝胶表面各处水分挥发速率接近，从而减少接骨钉材料内部缺陷，也使得接骨钉材料呈直线型。最后将烘干后的柱状体固定于旋转平台之上进行打磨，打磨完毕后，可以为激光刻蚀设备设定好特定的程序，经过激光刻蚀技术完成在柱状体表面的套螺纹工序，制得所需的具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料。
上述技术方案中，进一步的，上述步骤1)所述HA-CCNC的制备方法如下所示：首先在超声条件下配制CCNC溶液，然后在超声条件下滴加Ca2+溶液，最终溶液中的Ca2+浓度为0.05-0.08mol/L，CCNC的浓度为0.05wt％-0.15wt％；使用氨水调节上述溶液pH为10，并滴加浓度为0.02-0.08mol/L的磷酸盐溶液直至沉淀完全，然后将样品密封后至于50-60℃环境下反应3-5天；最后使用离心使产物沉淀，反复清洗，冻干得到所需的HA-CCNC纳米复合填料。其中，所述的Ca2+溶液可以是氯化钙、硝酸钙等，所述的磷酸盐溶液可以是磷酸氢二钠、磷酸氢二铵或磷酸氢二钾等。
进一步的，上述步骤1)中所述的碱溶CS复合溶液使用冷冻-爆破法制得，将原料于8.4wt％一水合氢氧化锂/6wt％尿素混合溶剂体系中混合均匀(上述一水合氢氧化锂和尿素用量为整个碱溶CS溶液中质量占比)，再至于-20℃环境冷冻，室温凿冰直至溶解，然后再于-20℃冷冻，反复三次即可得碱溶CS复合溶液。所述碱溶CS复合溶液中，CS浓度为2wt％-4wt％，分子量为1000000-2200000；Alginate浓度为0.5wt％-1.5wt％，粘度为0.02-0.05Pa﹒s(10g/L，20℃)；CCS浓度为0.5wt％-1.0wt％，羧化度80％-90％；后期加入的HA-CCNC浓度为0.05wt％-0.15wt％。
进一步的，上述步骤3)中的Ca2+/Mg2+混合溶液总浓度为0.1-3mol/L，两者之间的摩尔比例分别可以设定为100：0，80：20，60：40，50：50，40：60，20：80，0：100，所述Ca2+溶液可为氯化钙、硝酸钙等；该浸渍过程具有梯度，可以每次设置三个Ca2+/Mg2+混合溶液的总浓度梯度(三个浸渍过程中Ca2+/Mg2+的比例保持相同)，对材料基体进行双金属离子交联。
进一步的，上述步骤4)中的QCS溶液浓度为1-5wt％，QCS分子量为3000-10000，季铵化程度为80-90％。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
1)该接骨钉材料同时使用了CS、HA、CCNC、Alginate、CCS和QCS作为原料，除了HA用于诱导成骨之外，其余原料均为天然多糖，具有全天然多糖基体的特色，并且上述原料在本体系中扮演了不同的角色，为该接骨钉材料提供了各项功能。其中CS、Alginate和CCS作为主要原料制备得到接骨钉材料基体，具有优异的生物相容性和可生物降解性能。CS使用冷冻-爆破法(碱溶法)制得，能为基体带来优异的机械强度和原位凝胶化能力(原位凝胶化过程保留离心导致的大分子链取向结构)，并且碱溶CS不会与Alginate和CCS作用产生凝胶化沉淀(传统酸溶法中CS会质子化，然后与Alginate和CCS发生凝胶化)；HA具有独特的骨诱导再生能力，但是易发生聚集，CCNC则是作为HA的成核位点，大大促进HA的生成，同时还抑制了HA的聚集，HA-CCNC以纳米复合的形式引入，既可以增强固定的骨诱导再生能力，又可以达到纳米增强的目的；QCS则是具有良好的接触式杀菌性能，可能治疗接骨钉在使用过程中人体因骨折产生的炎症问题。
2)该接骨钉材料同时使用碱溶(冷冻-爆破法)、离心取向、高温凝胶化、透析、梯度渗透、二次透析、梯度浸渍、浸泡、旋转烘干、激光刻蚀套螺纹等组合工艺制得，该工艺过程是根据各种原料的特性进行定制的，具有独创性。
3)该接骨钉材料具有非常优异的机械性能，该性能来源于微观化学结构和宏观三维结构的独特性。
从宏观结构物理结构来看，该接骨钉材料具有取向-同心圆结构。首先通过离心工艺使得大分子分子链进行取向，同时结合碱溶CS溶液原位凝胶化的特点，保留大分子链的取向结构；然后再通过将HA-CCNC/CS/Alginate/CCS水凝胶在不同浓度的Ca2+/Mg2+混合溶液中通过梯度渗透工艺进行双金属离子原位交联，以使水凝胶获得同心圆结构。该取向-同心圆结构中的取向结构提供一个接骨钉轴向的取向，可以引导细胞沿直径方向长入；同心圆结构提供一个沿径向的多层结构，可以提高接骨钉的弯曲强度；
从微观化学结构上来看，碱溶CS的高强度(相比于酸溶壳聚糖)，HA-CCNC的纳米增强功能，离心导致大分子链的轴向排列，以及使用Alginate、CCS作为原料，与碱溶CS分子进行缠结，Ca2+/Mg2+对Alginate、CCS的交联形成多重网络结构，均对接骨钉机械性能的增强提供助力。
4)该接骨钉材料使用旋转烘干工艺，使得水凝胶受热均匀，内部缺陷大大减少，并且表面各处水分挥发速率基本保持一致，接骨钉不会发生弯曲，最后材料可保持直线型；此外可以使用激光刻蚀技术精确地在接骨钉表面形成螺纹结构，满足接骨钉的使用要求。
5)该接骨钉材料同时负载有Ca2+、Mg2+和HA，伴随着离子扩散作用与CS/Alginate/CCS基体的降解，Ca2+、Mg2+首先从基体内部扩散出来促进成骨，后期HA-CCNC也随着基体的降解起到二次促成骨的作用。
6)该接骨钉材料由于具有高生物相容性、骨诱导再生能力、弯曲强度、抗菌性能和可生物降解能力，因此在骨修复领域展现出巨大的应用前景。
附图说明
图1为具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料的结构示意图；
图2为具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料在烘干前的状态。
具体实施方式
下面结合具体实例进一步说明本发明。
实施例1：
1)首先按2wt％CS(分子量2000000)、0.8wt％CCS、0.05wt％Alginate(粘度0.025Pa﹒s(10g/L，20℃))粉末在8.4wt％一水合氢氧化锂和6wt％尿素混合水溶液中充分溶胀，经多次冷冻-解冻过程制备得到碱溶CS复合溶液，再加入0.05wt％HA-CCNC混合均匀；
2)将上述溶液使用离心工艺(离心速率5000r/min，时长5min)进行脱泡，以实现溶液中大分子(包括CS、CCS、Alginate)取向，然后将溶液转移至烘箱内(温度60℃，时长2h)，实现材料的原位凝胶化，得到具有取向结构的HA-CCNC/CS/Alginate/CCS水凝胶材料；
3)将HA-CCNC/CS/Alginate/CCS水凝胶材料在大量去离子水中透析以去除体系中的溶质后，使用透析袋对其进行包裹封装，然后先后浸渍于浓度为0.1mol/L，0.5mol/L，1mol/L的Ca2+/Mg2+溶液(Ca2+:Mg2+＝0:100)中各30min，通过梯度渗透工艺进行双金属离子原位交联，以使水凝胶获得同心圆结构；
4)将步骤3)中制得的样品进行透析以后，浸渍于QCS溶液中4h，透析以后获得HA-CCNC/CS/Alginate/CCS/QCS水凝胶材料；
5)将步骤4)中的样品使用旋转烘干工艺(旋转速率为30r/min)，使得水凝胶材料受热均匀，烘干时凝胶表面各处水分挥发速率接近，从而减少最终接骨钉材料内部缺陷，也使得最终的接骨钉呈直线型。最后经过激光刻蚀套螺纹工艺制得所需的具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料。
6)该接骨钉材料最终的弯曲强度为358MPa。
实施例2：
1)首先按2wt％CS(分子量2000000)、0.8wt％CCS、0.05wt％Alginate(粘度0.025Pa﹒s(10g/L，20℃))粉末在8.4wt％一水合氢氧化锂和6wt％尿素混合水溶液中充分溶胀，经多次冷冻-解冻过程制备得到碱溶CS复合溶液，再加入0.05wt％HA-CCNC混合均匀；
2)将上述溶液使用离心工艺(离心速率5000r/min，时长5min)进行脱泡，以及实现溶液中大分子(包括CS、CCS、Alginate)取向，然后将溶液转移至烘箱内(温度80℃，时长2h)，实现材料的原位凝胶化，得到具有取向结构的HA-CCNC/CS/Alginate/CCS水凝胶材料；
3)将HA-CCNC/CS/Alginate/CCS水凝胶材料在大量去离子水中透析以去除体系中的溶质后，使用透析袋对其进行包裹封装，然后先后浸渍于浓度为0.5mol/L，1.0mol/L，2mol/L的Ca2+/Mg2+混合溶液(Ca2+:Mg2+＝50：50)溶液中各30min，通过梯度渗透工艺进行双金属离子原位交联，以使水凝胶获得同心圆结构；
4)将步骤3)中制得的样品进行透析以后，浸渍于1wt％QCS溶液中4h，透析以后获得HA-CCNC/CS/Alginate/CCS/QCS水凝胶材料；
5)将步骤4)中的样品使用旋转烘干工艺(旋转速率为30r/min)，使得水凝胶材料受热均匀，烘干时凝胶表面各处水分挥发速率接近，从而减少最终接骨钉材料内部缺陷，也使得最终的接骨钉呈直线型。最后经过套螺纹工艺制得所需的具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料。
6)相比于实施例1，该接骨钉材料最终的弯曲强度为425MPa，在更高浓度的Ca2+/Mg2+混合溶液中浸渍交联，使得材料弯曲强度显著提高。
实施例3：
1)首先按2wt％CS(分子量2000000)、0.8wt％CCS、0.05wt％Alginate(粘度0.025Pa﹒s(10g/L，20℃))粉末在8.4wt％一水合氢氧化锂和6wt％尿素混合水溶液中充分溶胀，经多次冷冻-解冻过程制备得到碱溶CS复合溶液，再加入0.05wt％HA-CCNC混合均匀；
2)将上述溶液使用离心工艺(离心速率5000r/min，时长5min)进行脱泡，以及实现溶液中大分子(包括CS、CCS、Alginate)取向，然后将溶液转移至烘箱内(温度60℃，时长2h)，实现材料的原位凝胶化，得到具有取向结构的HA-CCNC/CS/Alginate/CCS水凝胶材料；
3)将HA-CCNC/CS/Alginate/CCS水凝胶材料在大量去离子水中透析以去除体系中的溶质后，使用透析袋对其进行包裹封装，然后先后浸渍于浓度为0.1mol/L，0.5mol/L，1mol/L的Ca2+/Mg2+混合溶液(Ca2+:Mg2+＝100：0)中各30min，通过梯度渗透工艺进行双金属离子原位交联，以使水凝胶获得同心圆结构；
4)将步骤3)中制得的样品进行透析以后，浸渍于5wt％QCS溶液中6h，透析以后获得HA-CCNC/CS/Alginate/CCS/QCS水凝胶材料；
5)将步骤4)中的样品使用旋转烘干工艺(旋转速率为30r/min)，使得水凝胶材料受热均匀，烘干时凝胶表面各处水分挥发速率接近，从而减少最终接骨钉材料内部缺陷，也使得最终的接骨钉呈直线型。最后经过激光刻蚀套螺纹工艺制得所需的具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料。
6)相比于实施例1，该接骨钉材料最终的弯曲强度为379MPa，提高QCS浓度和在QCS溶液中的浸渍时间，更多的QCS进入到水凝胶基体中，与带羧基的Alginate和CCS交联，在一定程度上增强接骨钉的弯曲强度。同时QCS的增加也会提升接骨钉的抗菌性能。
实施例4：
1)首先按2wt％CS(分子量2000000)、0.8wt％CCS、0.15wt％Alginate(粘度0.05Pa﹒s(10g/L，20℃))粉末在8.4wt％一水合氢氧化锂和6wt％尿素混合水溶液中充分溶胀，经多次冷冻-解冻过程制备得到碱溶CS复合溶液，再加入0.15wt％HA-CCNC混合均匀；
2)将上述溶液使用离心工艺(离心速率5000r/min，时长5min)进行脱泡，以及实现溶液中大分子(包括CS、CCS、Alginate)取向，然后将溶液转移至烘箱内(温度60℃，时长2h)，实现材料的原位凝胶化，得到具有取向结构的HA-CCNC/CS/Alginate/CCS水凝胶材料；
3)将HA-CCNC/CS/Alginate/CCS水凝胶材料在大量去离子水中透析以去除体系中的溶质后，使用透析袋对其进行包裹封装，然后先后浸渍于浓度为0.1mol/L，0.5mol/L，1mol/L的Ca2+/Mg2+混合溶液(Ca2+:Mg2+＝20:80)中各30min，通过梯度渗透工艺进行双金属离子原位交联，以使水凝胶获得同心圆结构；
4)将步骤3)中制得的样品进行透析以后，浸渍于QCS溶液中4h，透析以后获得HA-CCNC/CS/Alginate/CCS/QCS水凝胶材料；
5)将步骤4)中的样品使用旋转烘干工艺(旋转速率为30r/min)，使得水凝胶材料受热均匀，烘干时凝胶表面各处水分挥发速率接近，从而减少最终接骨钉材料内部缺陷，也使得最终的接骨钉呈直线型。最后经过激光刻蚀套螺纹工艺制得所需的具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料。
6)相比于实施例1，该接骨钉材料最终的弯曲强度为403MPa，提高Alginate的浓度和分子量，以及HA-CCNC的添加量，使得接骨钉材料的弯曲强度增强。
实施例5：
1)首先按2wt％CS(分子量2000000)、0.8wt％CCS、0.05wt％Alginate(粘度0.025Pa﹒s(10g/L，20℃))粉末在8.4wt％一水合氢氧化锂和6wt％尿素混合水溶液中充分溶胀，经多次冷冻-解冻过程制备得到碱溶CS复合溶液，再加入0.05wt％HA-CCNC混合均匀；
2)将上述溶液使用离心工艺(离心速率8000r/min，时长5min)进行脱泡，以及实现溶液中大分子(包括CS、CCS、Alginate)取向，然后将溶液转移至烘箱内(温度60℃，时长2h)，实现材料的原位凝胶化，得到具有取向结构的HA-CCNC/CS/Alginate/CCS水凝胶材料；
3)将HA-CCNC/CS/Alginate/CCS水凝胶材料在大量去离子水中透析以去除体系中的溶质后，使用透析袋对其进行包裹封装，然后先后浸渍于浓度为0.1mol/L，1mol/L，2mol/L的Ca2+/Mg2+混合溶液(Ca2+:Mg2+＝0:100)中各30min，通过梯度渗透工艺进行双金属离子原位交联，以使水凝胶获得同心圆结构；
4)将步骤3)中制得的样品进行透析以后，浸渍于QCS溶液中4h，透析以后获得HA-CCNC/CS/Alginate/CCS/QCS水凝胶材料；
5)将步骤4)中的样品使用旋转烘干工艺(旋转速率为30r/min)，使得水凝胶材料受热均匀，烘干时凝胶表面各处水分挥发速率接近，从而减少最终接骨钉材料内部缺陷，也使得最终的接骨钉呈直线型。最后经过激光刻蚀套螺纹工艺制得所需的具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料。
6)相比于实施例1，该接骨钉材料最终的弯曲强度为443MPa，离心转速的提高，以及Ca2+/Mg2+溶液浓度的提高，使得接骨钉取向-同心圆结构更加完善，最终接骨钉弯曲强度提高。

Claims (7)

1.一种具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料，其特征在于，所述接骨钉材料是以壳聚糖CS、羟基磷灰石HA、羧基化纤维素纳米晶CCNC、海藻酸钠Alginate、羧化壳聚糖CCS和季铵化壳聚糖QCS为原料制得，整体呈取向结构，在取向结构的径向截面呈同心圆结构，所述接骨钉材料兼具有生物相容性、骨诱导再生能力、弯曲强度、抗感染和可生物降解能力；其制备方法包括如下步骤：
1）首先将CS、CCS、Alginate粉末在一水合氢氧化锂和尿素混合水溶液中充分溶胀，经多次冷冻-解冻过程制备得到碱溶CS复合溶液，再加入羟基磷灰石-羧基化纤维素纳米晶HA-CCNC粉末混合均匀；所述HA-CCNC粉末的制备方法如下：首先在超声条件下配制CCNC溶液，然后在超声条件下滴加Ca2+溶液，最终溶液中的Ca2+浓度为0.05-0.08 mol/L，CCNC的浓度为0.05 wt%-0.15 wt%，使用氨水调节上述溶液pH至10，并滴加浓度为0.02-0.08 mol/L的磷酸盐溶液直至沉淀完全，然后将样品密封后置于50-60 ℃环境下反应3-5天；最后使用离心使产物沉淀，反复清洗，冻干得到所需的HA-CCNC纳米复合填料；
2）将所得溶液使用离心工艺进行脱泡，实现溶液中大分子取向，所述大分子包括CS、CCS、Alginate，然后将溶液于60-80℃实现材料的原位凝胶化，制得具有取向结构的柱状HA-CCNC/CS/Alginate/CCS水凝胶材料；
3）将HA-CCNC/CS/Alginate/CCS水凝胶材料在去离子水中透析去除体系中的溶质后，对其进行包裹封装使得柱状的水凝胶材料的圆周侧面为半透膜、上下两个底面为密封结构，然后依次浸渍于不同浓度的Ca2+/Mg2+混合溶液中通过梯度渗透工艺进行双金属离子原位交联，在微观结构层面形成多重聚合物网络结构，在宏观结构层面水凝胶获得同心圆结构；
4）将步骤3）中制得的样品进行透析以后，浸渍于QCS溶液中4-6 h，去离子水冲洗掉表面的QCS，透析以后获得HA-CCNC/CS/Alginate/CCS/QCS水凝胶材料；
5）将步骤4）中的样品使用旋转烘干工艺烘干，最后将烘干后的柱状体进行打磨后套螺纹，制得具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料。
2.根据权利要求1所述的具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料，其特征在于：步骤1）中所述碱溶CS复合溶液中，CS浓度为2 wt%-4 wt%，分子量为1000000-2200000；Alginate浓度为0.5 wt%-1.5 wt%，10 g/L、20 ℃条件下粘度为0.02-0.05Pa﹒s；CCS浓度为0.5 wt%-1.0 wt%，羧化度80%-90%；之后加入HA-CCNC粉末，HA-CCNC浓度为0.05 wt%-0.15 wt%。
3.根据权利要求1所述的具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料，其特征在于，步骤2）中离心工艺条件为：离心速率5000-6000 r/min，时长5 min，转速过低无法脱泡，过高易使HA-CCNC沉淀。
4.根据权利要求1所述的具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料，其特征在于：步骤3）中所述Ca2+/Mg2+混合溶液的总浓度为0.1-3 mol/L，Ca2+/Mg2+摩尔比例设定为80：20，60：40，50：50，40：60，或20：80。
5.根据权利要求1所述的具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料，其特征在于，步骤4）中的QCS溶液浓度为1-5 wt%，QCS分子量为3000-10000，季铵化程度为80-90%。
6.根据权利要求1所述的具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料，其特征在于，步骤5）中所述的旋转烘干工艺旋转速率为30-50 r/min。
7.如权利要求1所述的具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料的应用，其特征在于，作为用于骨组织工程领域的骨修复材料。
CN202210331920.6A 2022-03-30 2022-03-30 一种具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料及其制备方法 Active CN114870099B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210331920.6A CN114870099B (zh) 2022-03-30 2022-03-30 一种具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210331920.6A CN114870099B (zh) 2022-03-30 2022-03-30 一种具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114870099A CN114870099A (zh) 2022-08-09
CN114870099B true CN114870099B (zh) 2022-11-22

Family

ID=82670557

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210331920.6A Active CN114870099B (zh) 2022-03-30 2022-03-30 一种具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114870099B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008157280A1 (en) * 2007-06-13 2008-12-24 Fmc Corporation Implantable degradable biopolymer fiber devices
CN103463686A (zh) * 2013-09-09 2013-12-25 浙江大学 一种高强度医用壳聚糖接骨钉的制备方法
CN105148324A (zh) * 2015-08-31 2015-12-16 中原工学院 一种由矿化的纳米纤维素晶须构建的骨仿生材料及其制备方法
CN106496601A (zh) * 2016-10-26 2017-03-15 华南理工大学 一种可自成管状或杯状的高强度水凝胶及其制备方法
CN107456602A (zh) * 2017-08-04 2017-12-12 北京化工大学常州先进材料研究院 一种全生物可降解短纤增强的医用水凝胶体敷料及其制备方法
CN110818917A (zh) * 2019-11-19 2020-02-21 浙江大学 一种壳聚糖基纯物理交联双网络水凝胶及其制备方法
CN112043871A (zh) * 2020-08-31 2020-12-08 西南交通大学 一种用于骨/软骨修复的仿生定向双层水凝胶的制备方法
CN112402695A (zh) * 2020-11-27 2021-02-26 南方科技大学 一种取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料及其制备方法和应用

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0516846D0 (en) * 2005-08-17 2005-09-21 Knight David P Meniscal repair device

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008157280A1 (en) * 2007-06-13 2008-12-24 Fmc Corporation Implantable degradable biopolymer fiber devices
CN103463686A (zh) * 2013-09-09 2013-12-25 浙江大学 一种高强度医用壳聚糖接骨钉的制备方法
CN105148324A (zh) * 2015-08-31 2015-12-16 中原工学院 一种由矿化的纳米纤维素晶须构建的骨仿生材料及其制备方法
CN106496601A (zh) * 2016-10-26 2017-03-15 华南理工大学 一种可自成管状或杯状的高强度水凝胶及其制备方法
CN107456602A (zh) * 2017-08-04 2017-12-12 北京化工大学常州先进材料研究院 一种全生物可降解短纤增强的医用水凝胶体敷料及其制备方法
CN110818917A (zh) * 2019-11-19 2020-02-21 浙江大学 一种壳聚糖基纯物理交联双网络水凝胶及其制备方法
CN112043871A (zh) * 2020-08-31 2020-12-08 西南交通大学 一种用于骨/软骨修复的仿生定向双层水凝胶的制备方法
CN112402695A (zh) * 2020-11-27 2021-02-26 南方科技大学 一种取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Anisotropic Structure of Calcium-Induced Alginate Gels by Optical and Small-Angle X-ray Scattering Measurements;Yasuyuki Maki，et al.;《Biomacromolecules》;20110419;第12卷(第6期);第2145–2152页 *
Preparation and characterization of nano-sized hydroxyapatite/alginate/chitosan composite scaffolds for bone tissue engineering;Hye-Lee Kim，et al.;《Materials Science and Engineering: C》;20150421;第54卷;第20-25页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114870099A (zh) 2022-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104474575B (zh) 共价交联形成的壳聚糖止血材料及其制备方法
CN105169454A (zh) 一种海藻酸盐复合水凝胶敷料及其制备方法和用途
CN102380128B (zh) 羟基磷灰石、透明质酸钠和魔芋葡甘聚糖复合材料及其制备方法
CN107362386A (zh) 一种温敏性羟丁基壳聚糖止血凝胶及应用
CN108976439B (zh) 一种互穿网络结构的智能响应型水凝胶制备方法
CN103007342B (zh) 生物可降解医用磷酸三钙/γ-聚谷氨酸复合材料及其制备方法
CN108018620B (zh) 抗菌性磷酸锆钠银海藻纤维及其制备方法
CN112336913B (zh) 一种抗菌消炎的医用凝胶
CN114000349A (zh) 海藻酸盐封装细菌纤维素复合光热抗菌医用敷料及制备方法
Hu et al. Recent Advances in Polysaccharide‐Based Physical Hydrogels and Their Potential Applications for Biomedical and Wastewater Treatment
CN107501579B (zh) 一种共价交联形成的壳聚糖止血材料及其制备方法
CN114870099B (zh) 一种具有取向-同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料及其制备方法
CN114561076B (zh) 一种聚乙烯醇明胶淀粉水凝胶及其制备方法
CN110157010B (zh) 一种基于多糖/聚肽的聚电解质复合物水凝胶止血剂
CN103554528A (zh) 一种交联剂改性的透明质酸-聚天冬氨酸原位交联型水凝胶的制备方法
CN113980109A (zh) 一种再生丝素蛋白材料的制备方法
CN105770983A (zh) 一种透明质酸生物粘合剂的制备方法
CN113105651A (zh) 一种可喷涂水凝胶及其制备方法与应用
CN108729225B (zh) 一种羧甲基壳聚糖上浆壳聚糖纤维的制备方法
CN108642858B (zh) 一种可控降解医用缝合线的制备方法
CN108653795B (zh) 一种载药高强医用缝合线的制备方法
CN110947022A (zh) 一种壳聚糖基复合抗菌敷料的制备方法
CN111249172A (zh) 一种美容注射凝胶及其制备方法
CN116407674A (zh) 一种载有单宁酸的高强度可自愈抗菌水凝胶的制备方法
CN104324413A (zh) 一种水凝胶敷料的制备方法

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