CN114873921A - 一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料,包括多孔的生物玻璃陶瓷基体,所述生物玻璃陶瓷基体包括以下重量份数的原料:SiO235‑60份、Na2O 12‑25份、CaO10‑22份、P2O53‑5.5份、K2O 4‑10份、B2O38‑10份和ORb210‑28份;所述生物玻璃陶瓷基体与造孔剂和有机聚合物共同制成所述含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解材料。本发明的制备方法简单易操作,制备得到的材料具有良好生物相容性,能与体液反应生产多孔纳米羟基磷灰石,可降解促进新骨生成,同时通过吸附蛋白和生长因子等作用机理,可促进骨创面愈合与新骨生成。
Description
技术领域
本发明涉及一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料及其制备方法,属于生物医药技术领域。
背景技术
骨创伤是医疗事故中最常见的创作。目前所进形的骨科手术中,绝大一部分是需要进行骨移植、修改及填充。其中,对于人体腔内的骨填充以及骨修复材料的研究也引起了研究者的关注。
可用于创面修复和骨植入的材料通常具有良好的生物相容性,特别是骨植入材料组成是与人体骨骼成分相同或相近的、无害的组分,在植入人体内,不会产生排斥的效果,并且在要求植入后保持其形状固定的一定强度。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料及其制备方法,材料具有良好生物相容性,能与体液反应生产多孔纳米羟基磷灰石,可降解促进新骨生成,同时通过吸附蛋白和生长因子等作用机理,可促进骨创面愈合与新骨生成。
本发明是通过以下技术方案来实现的:
一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料,包括多孔的生物玻璃陶瓷基体,所述生物玻璃陶瓷基体包括以下重量份数的原料: SiO2 35-60份、Na2O 12-25份、CaO10-22份、P2O5 3-5.5份、K2O 4-10份、B2O3 8-10份和ORb2 10-28份;所述生物玻璃陶瓷基体与造孔剂和有机聚合物共同制成所述含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解材料。
所述的一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料,所述造孔剂为聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、碳酸氢铵、苯甲酸或聚乙二醇中的一种或几种,其加入量为材料总量的20-35%。
所述的一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料,所述有机聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙醇酸、羟丁基壳聚糖、硫酸羟基氯喹聚谷氨酸聚合物、丝素蛋白、透明质酸锌或透明质酸钠,其加入量为材料总量的0.2-2.5%。
所述的一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)制备生物玻璃陶瓷基体:将原料称量后装入铂金坩埚中,通过分级加热反应,1380-1520℃条件下完全熔化后,倒入纯化水中淬冷成无孔生物玻璃陶瓷,捞出60℃烘干,粉碎过筛,得到粉末备用;
(2)配置:向步骤(1)得到的粉末中加入造孔剂和有机聚合物,得到混合物;
(3)模压成型:将步骤(2)得到的混合物置于无水乙醇溶液,并进行搅拌,然后装入不锈钢模具中模压并脱模,得到成型的混合块;
(4)加热造孔:将步骤(3)中得到的成型的混合块装入氧化锆坩埚盘中,放入真空高温炉,150-500℃处理后得到有机聚合多孔生物玻璃陶瓷块状材料;
(5)灭菌:将步骤(4)中得到的有机聚合多孔生物玻璃陶瓷块状材料进行钴60灭菌后得到成品。
所述的一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料的制备方法,所述步骤(1)中得到的粉末粒径为1-500微米。
所述的一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料的制备方法,所述步骤(1)中1380-1520℃保温60-80min。
所述的一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料的制备方法,所述步骤(3)中模具为条形。
所述的一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料的制备方法,所述步骤(3)中模压压力为2-5MPa。
本发明所达到的有益效果:
本发明的可降解骨创材料增加了硼元素,有利于改善材料力学性能,并且人们的身体如果缺乏硼元素,可能会出现骨质松软的情况,还有可能生长发育缓慢,添加了硼元素之后可减少这种情况;本发明的可降解骨创材料还添加铷(Rb)元素,可增加人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)的ALP活性,VEGF和COLI的分泌以及HIF-1α的表达。
本发明制备方法简单易操作,无任何固体污染以及有害气体和液体排放,现代工业化熔炉温度可以轻松做到1700度以上,而我们仅需要再1350-1550度高温之间完成材料熔化,并且采用铂金或者铂铑坩埚,在1550度内操作不会造成坩埚浪费与损耗,且可实现连续热熔加工,材料可以连续获取,不需要考虑原料预反应周期,有利于规模化生产。
从临床角度考虑,本发明的可降解骨创材料采用人体同元素的化工材料合成,同时通过有机聚合物相结合和造孔技术,可制备理想的骨组织填充材料孔径与正常骨大小相近,可以为细胞提供良好的微环境,能安全用于人体;具有良好的骨传导性,且有诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化并促进其增殖的潜能;可被加工成所需的形状,并具有很好的力学强度,使其在植入体内后的一定时间内仍可保持其形状。
制备得到的可降解骨创材料具有良好生物相容性,能与体液反应生产多孔纳米羟基磷灰石,可降解促进新骨生成,同时通过吸附蛋白和生长因子等作用机理,可促进骨创面愈合与新骨生成。
附图说明
图1是实施例1中动物实验的结果图。
图2是实施例2中动物实验的结果图。
图3是实施例3中动物实验的结果图。
图4是实施例3中可降解骨创材料活化前的图谱。
图5是实施例3中可降解骨创材料被人体体液活化后的图谱。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料,包括多孔的生物玻璃陶瓷基体,所述生物玻璃陶瓷基体包括以下重量份数的原料: SiO2 35份、Na2O 12份、CaO10份、P2O5 3份、K2O 4份、B2O3 8份和ORb2 10份;所述生物玻璃陶瓷基体与造孔剂和有机聚合物共同制成所述含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解材料。
其中,造孔剂为聚乙二醇6000,其加入量为材料总量的35%。所述有机聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯,其加入量为材料总量的0.2%。
一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)制备生物玻璃陶瓷基体:将原料称量后装入铂金坩埚中,通过分级加热反应,1380-1520℃条件下保温60-80min完全熔化后,倒入纯化水中淬冷成无孔生物玻璃陶瓷,捞出60℃烘干,粉碎过筛,得到粉末备用;粉末粒径为1-500微米;
(2)配置:向步骤(1)得到的粉末中加入造孔剂和有机聚合物,得到混合物;
(3)模压成型:将步骤(2)得到的混合物置于无水乙醇溶液,并进行搅拌,然后装入不锈钢的条形模具中模压并脱模,得到成型的混合块,其中,模压压力为2-5MPa;
(4)加热造孔:将步骤(3)中得到的成型的混合块装入氧化锆坩埚盘中,放入真空高温炉,150-500℃处理后得到有机聚合多孔生物玻璃陶瓷块状材料;
(5)灭菌:将步骤(4)中得到的有机聚合多孔生物玻璃陶瓷块状材料进行钴60灭菌后得到成品。
成品通过处理成90微米以下粉末(供试品),即为可临床用骨创面修复材料。
动物实验:
1、大鼠皮肤缺损模型的建立:腹腔注射适量4%水合氯醛(1mL/100g)麻醉,将大鼠背部毛发使用电推工具剪短后,再涂抹6%硫酸钠溶液用来除掉毛发,毛发溶解后迅速使用清水冲洗。
2、分组实验:将大鼠分成两组,一组大鼠的背部敷贴制备好的供试品(BG组),另一组大鼠的背部敷贴0.9%的氯化钠溶液作为空白组(NC组)。
试验结论:试验结果见图1,BG作用于小鼠创面后观察,可提高愈合速率[(未用药痊愈时间-用药痊愈时间)/未用药痊愈时间]55%,未用药15天和用药9天愈合面积相当;愈合率95%(已愈合面积/创面面积)。
作用机理图: 供试品与伤口体液接触后,通过离子交换在表面形成HCA结构。下调内皮细胞上的Cx43蛋白可降低ROS活性水平, 从而抑制NLRP3炎症小体对caspase-1的激活, 削弱GSDMD的活性,促进了血管的形成,加速了创面的愈合。
实施例2
一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料,包括多孔的生物玻璃陶瓷基体,所述生物玻璃陶瓷基体包括以下重量份数的原料: SiO2 60份、Na2O 25份、CaO 22份、P2O5 5.5份、K2O 10份、B2O3 10份和ORb2 28份;所述生物玻璃陶瓷基体与造孔剂和有机聚合物共同制成所述含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解材料。
其中,所述造孔剂为聚苯乙烯微球,其加入量为材料总量的20%。所述有机聚合物为透明质酸钠,其加入量为材料总量的2.5%。
一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)制备生物玻璃陶瓷基体:将原料称量后装入铂金坩埚中,通过分级加热反应,1380-1520℃条件下保温60-80min完全熔化后,倒入纯化水中淬冷成无孔生物玻璃陶瓷,捞出60℃烘干,粉碎过筛,得到粉末备用;粉末粒径为1-500微米;
(2)配置:向步骤(1)得到的粉末中加入造孔剂和有机聚合物,得到混合物;
(3)模压成型:将步骤(2)得到的混合物置于无水乙醇溶液,并进行搅拌,然后装入不锈钢的条形模具中模压并脱模,得到成型的混合块,其中,模压压力为2-5MPa;
(4)加热造孔:将步骤(3)中得到的成型的混合块装入氧化锆坩埚盘中,放入真空高温炉,150-500℃处理后得到有机聚合多孔生物玻璃陶瓷块状材料;
(5)灭菌:将步骤(4)中得到的有机聚合多孔生物玻璃陶瓷块状材料进行钴60灭菌后得到成品。
成品通过处理成90-710微米粉末(供试品)即为颗粒状骨缺损植入填充材料。
动物实验:
1、模型制备:制备了兔股骨下端软骨面非负重区直径 4mm,深达骨髓腔的软骨-骨缺损。
2、植入:将供试品植入缺损处,术后 4周和14周分别通过软骨区特异性染色的方法观察缺损修复效果。
结果见图2,其中,G代表生物玻璃植骨材料、B代表新生骨。在植入14周后,材料降解80%。(剩余植骨材料体积/整体植骨材料体积)
实施例3
一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料,包括多孔的生物玻璃陶瓷基体,所述生物玻璃陶瓷基体包括以下重量份数的原料: SiO2 40份、Na2O 20份、CaO 18份、P2O5 4份、K2O 6份、B2O3 9份和ORb2 15份;所述生物玻璃陶瓷基体与造孔剂和有机聚合物共同制成所述含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解材料。
其中,所述造孔剂为碳酸氢铵,其加入量为材料总量的30%。所述有机聚合物为丝素蛋白,其加入量为材料总量的0.2%。
一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)制备生物玻璃陶瓷基体:将原料称量后装入铂金坩埚中,通过分级加热反应,1380-1520℃条件下保温60-80min完全熔化后,倒入纯化水中淬冷成无孔生物玻璃陶瓷,捞出60℃烘干,粉碎过筛,得到粉末备用;粉末粒径为1-500微米;
(2)配置:向步骤(1)得到的粉末中加入造孔剂和有机聚合物,得到混合物;
(3)模压成型:将步骤(2)得到的混合物置于无水乙醇溶液,并进行搅拌,然后装入不锈钢的条形模具中模压并脱模,得到成型的混合块,其中,模压压力为2-5MPa;
(4)加热造孔:将步骤(3)中得到的成型的混合块装入氧化锆坩埚盘中,放入真空高温炉,150-500℃处理后得到有机聚合多孔生物玻璃陶瓷块状材料;
(5)灭菌:将步骤(4)中得到的有机聚合多孔生物玻璃陶瓷块状材料进行钴60灭菌后得到成品。
成品(供试品)可作为块状骨缺损植入填充材料,临床降解周期约14周,可降解75%以上。
动物实验:
1、模型制备:制备了兔股骨下端软骨面非负重区直径 4mm,深达骨髓腔的软骨-骨缺损。
2、植入:将供试品植入缺损处,术后 4周和14周分别通过软骨区特异性染色的方法观察缺损修复效果。
结果见图3,在植入14周后,材料降解75%。(剩余植骨材料体积/整体植骨材料体积)
同时,对本实施例的可降解材料进行检测,检测结果如下:重金属≤20PPM,细胞毒性≤2级,皮内刺激:无,致敏:无,生物活性:可与人体体液发生作用,生成碳羟基磷灰石特征双峰,表明具有生物活性;如图4和图5所示,与人体体液发生作用后,在562~602±20cm-1处出现明显双峰。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料,其特征是,包括多孔的生物玻璃陶瓷基体,所述生物玻璃陶瓷基体包括以下重量份数的原料: SiO2 35-60份、Na2O12-25份、CaO10-22份、P2O5 3-5.5份、K2O 4-10份、B2O3 8-10份和ORb2 10-28份;所述生物玻璃陶瓷基体与造孔剂和有机聚合物共同制成所述含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解材料。
2.根据权利要求1所述的一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料,其特征是,所述造孔剂为聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、碳酸氢铵、苯甲酸或聚乙二醇中的一种或几种,其加入量为材料总量的20-35%。
3.根据权利要求1所述的一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料,其特征是,所述有机聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙醇酸、羟丁基壳聚糖、硫酸羟基氯喹聚谷氨酸聚合物、丝素蛋白、透明质酸锌或透明质酸钠,其加入量为材料总量的0.2-2.5%。
4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料的制备方法,其特征是,包括以下步骤:
(1)制备生物玻璃陶瓷基体:将原料称量后装入铂金坩埚中,通过分级加热反应,1380-1520℃条件下完全熔化后,倒入纯化水中淬冷成无孔生物玻璃陶瓷,捞出60℃烘干,粉碎过筛,得到粉末备用;
(2)配置:向步骤(1)得到的粉末中加入造孔剂和有机聚合物,得到混合物;
(3)模压成型:将步骤(2)得到的混合物置于无水乙醇溶液,并进行搅拌,然后装入不锈钢模具中模压并脱模,得到成型的混合块;
(4)加热造孔:将步骤(3)中得到的成型的混合块装入氧化锆坩埚盘中,放入真空高温炉,150-500℃处理后得到有机聚合多孔生物玻璃陶瓷块状材料;
(5)灭菌:将步骤(4)中得到的有机聚合多孔生物玻璃陶瓷块状材料进行钴60灭菌后得到成品。
5.根据权利要求4所述的一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料的制备方法,其特征是,所述步骤(1)中得到的粉末粒径为1-500微米。
6.根据权利要求4所述的一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料的制备方法,其特征是,所述步骤(1)中1380-1520℃保温60-80min。
7.根据权利要求4所述的一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料的制备方法,其特征是,所述步骤(3)中模具为条形。
8.根据权利要求4所述的一种含有机聚合物的多孔生物玻璃陶瓷可降解骨创材料的制备方法,其特征是,所述步骤(3)中模压压力为2-5MPa。
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