CN115317670A - 一种可塑型煅烧骨修复材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可塑型煅烧骨修复材料的制备方法,包括以下步骤:首先、动物松质骨块经高温水煮和干燥后,经臭氧和辐照的联合处理后粉碎,经碱液浸泡处理,获得脱脂去蛋白骨颗粒;其次、将脱脂去蛋白骨颗粒低温煅烧,获得松质骨颗粒;最后、将松质骨颗粒加入含有泊洛沙姆的粘结剂流体中,混合均匀,倒入模具中冷却成型,固化后取出,经灭菌处理,即得到可塑型煅烧骨修复材料。本发明制得的可塑型煅烧骨修复材料,其主要成分为弱结晶形态的羟基磷灰石,碳酸根含量≥2%,含氮量≤150ppm。该可塑型煅烧骨修复材料具有优异的生物相容性和低免疫原风险,能够达到止血和促成骨双重作用,具有固态和可塑态双重形态、植入体内后可以完全降解等诸多优势。
Description
技术领域
本发明属于生物医用材料技术领域,具体涉及一种可塑型煅烧骨修复材料及其制备方法。
背景技术
骨移植是治疗骨缺损的主要方法之一,通常自体骨移植的效果最好,但自体骨的来源受限,自体骨的取骨过程容易产生手术并发症,会增加病人的痛苦。而人工合成的骨替代材料(如生物陶瓷、磷酸钙骨水泥、高分子多聚体、及金属材料等)制造工艺较复杂、生产过程要求条件较高,还有可能含有有害因素危害病人健康,有的植入体内后难以吸收替代,妨碍骨组织的改建和修复。理想的骨移植材料应具有类似自然骨的内联孔结构,以支持和引导新生骨不断向纵深生长延伸,最后完全填充整块材料。
煅烧骨是将动物骨脱脂脱蛋白后经高温煅烧制成,具有天然骨的骨小梁、小梁间隙及骨内管腔系统,保留了天然骨的内联孔结构,具有一定的强度,能够起到支撑作用。煅烧骨内的天然多孔结构具有很大的内表面积,有利于细胞因子的复合和新生骨组织细胞的长入。
目前,大部分研究和产品是通过600℃以上的煅烧温度达到去除有机成分的目的,否则有机残留较多,但是600℃以上的煅烧温度会导致晶相增长、比表面积下降,导致样品亲水性和成骨能力下降。另一方面,如单纯降低煅烧温度,则无法有效的去除天然骨中蛋白残留,导致制得的骨修复材料存在较高的免疫原风险,使其应用受到限制。此外,目前临床上的产品以骨粉为主,临床操作较为麻烦。
基于此,开发一种具有优异的生物相容性、低免疫原风险的可塑型弱结晶形态的煅烧骨修复材料具有重要的研究和应用意义,也是亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种具有优异的生物相容性和低免疫原风险、能够达到止血和促成骨双重作用、具备固态和可塑态双重形态、植入体内后可以完全降解的可塑型煅烧骨修复材料的制备方法。
本发明的目的之二在于提供一种具有优异的生物相容性和低免疫原风险、能够达到止血和促成骨双重作用、具备固态和可塑态双重形态、植入体内后可以完全降解的可塑型煅烧骨修复材料。
本发明实现目的之一采用的技术方案是:提供了一种可塑型煅烧骨修复材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、动物松质骨块经高温水煮和干燥后,置于臭氧浓度为20ppm的环境中3~6h,再经过剂量为30~50kGy的辐照处理2h,而后粉碎为粒径≤3mm的颗粒,经碱液浸泡处理数次,清洗干燥,获得脱脂去蛋白骨颗粒;
S2、将所述脱脂去蛋白骨颗粒于300~350℃条件下煅烧5~30h,获得松质骨颗粒;
S3、将所述松质骨颗粒加入含有泊洛沙姆的粘结剂流体中,混合均匀,倒入模具中冷却成型,固化后取出,经灭菌处理,即得到可塑型煅烧骨修复材料。
本发明针对现有技术中存在的,高温煅烧导致碳酸根分解及晶体增长,不利于成骨;而低温煅烧不能有效去除蛋白残留,容易引发免疫原风险的问题,提供了一种在低温煅烧(300~350℃)的前提下,将蛋白质含量控制在1000ppm(0.1%)以下,将含氮量控制在不高于150ppm的可塑型煅烧骨修复材料的制备方法。在该制备方法中,在对动物松质骨块的处理过程中,在高温水煮及碱处理的步骤中,引入了臭氧处理和辐照处理的联合处理方法。其中,臭氧处理能够氧化碳链从而分解蛋白质,而辐照处理通过分解肽链进一步分解蛋白质。通过两者相互配合,能够使骨颗粒内残留的蛋白变性并破坏蛋白分子链,同时由于臭氧处理从而减少辐照处理导致的交联,确保后续碱液处理能够与蛋白质充分反应,有效的去除蛋白残留,为后续的低温煅烧处理提供前提保障。由于采用较低的煅烧温度,本发明能够有效的保留煅烧骨中的碳酸根成分及弱结晶形态,提高材料的成骨能力,使其更有利于细胞因子的复合和新生骨组织细胞的长入。
进一步的,经大量研究发现,臭氧和辐照联合处理方法中,当臭氧浓度设置为20ppm,处理时间为3~6h,再经过剂量为30~50kGy的辐照处理2h时,对骨颗粒中蛋白质的破坏与分解能够起到更好的效果。
同时,本发明考虑到以骨粉为主的骨修复材料,在临床应用上操作不便,无法满足快速塑性植入的需求的问题,将制得的松质骨颗粒按照一定比例与含有泊洛沙姆的粘结剂流体进行混合,制成具有一定硬度、且容易塑性的修复骨块,进而满足对于不规则骨缺损部位的快速塑型植入需求。
进一步的,所述步骤S1中,高温水煮的温度为90~120℃,时间为2~20h;粉碎后的粒径≤3mm;所述碱液为0.1~2mol/L的氢氧化钠溶液。
优选地,氢氧化钠溶液浸泡处理的温度为40~90℃,时间为1~24h,重复上述浸泡操作2~3次后,清洗至pH<8,置于90~120℃的条件下干燥3~8小时,使产物充分干燥。
在上述操作中,高温水煮去除松质骨内的可见骨髓,干燥、粉碎过筛,获得黄色骨颗粒,而后经臭氧及辐照联合处理,加速蛋白的破坏和蛋白分子链的断裂,碱处理进一步去除杂质,获得白色的脱脂去蛋白骨颗粒。
优选地,所述步骤S1中,动物松质骨块选自猪的四肢骨或盆骨、牛的四肢骨或盆骨中的一种。
进一步的,所述步骤S2中,所述粘结剂流体按重量份数计,包括溶剂20~60份,泊洛沙姆40~60份,增稠剂5~20份。
进一步的,所述溶剂选自棕榈异丙酯、甘油三酸脂、维生素E醋酸酯中的一种;所述增稠剂选自海藻酸钠、羧甲纤维素钠、羟丙甲纤维素中的一种。
进一步的,所述粘结剂流体的制备方法包括:将所述溶剂、泊洛沙姆和增稠剂于70~95℃进行混合,得到粘结剂流体。优选地,所述混合在真空条件下进行。在本发明中,设置70℃以上的混合温度,能够确保原料充分溶解,形成粘稠、均匀流动的液体。在真空条件下进行混合,能够去除混合过程产生的气泡并防止原料发生氧化反应。
进一步的,所述步骤S2中,所述松质骨颗粒与粘结剂流体的质量比为1:2~3。在上述比例范围条件下,松质骨颗粒与粘结剂流体相互配合,制得的骨块的硬度为10~40HA,其可塑性、粘附性均具有较好的表现,能够更好的满足对于不规则骨缺损部位的快速塑型植入需求。
进一步的,所述步骤S3中,模具包括硅胶模具。
本发明实现目的之二采用的技术方案是:提供了一种基于本发明目的之一所述的制备方法制得的可塑型煅烧骨修复材料。
本发明制得的可塑型煅烧骨修复材料的主要成分为弱结晶形态的羟基磷灰石,其含氮量≤150ppm,能够显著降低免疫原风险;碳酸根含量>2%,增加骨修复材料植入体内的降解能力;修复材料中晶体呈纳米晶状态,不仅能够增加降解能力,而且有利于细胞的粘附与增殖,具有促进成骨的效果。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(1)本发明提供的一种可塑型煅烧骨修复材料的制备方法,利用臭氧及辐照联合的手段对高温水煮后的松质骨进行处理,加速蛋白的破坏和蛋白分子链的断裂,配合后续的碱液浸泡处理,能够将产物的含氮量控制在150ppm以下(蛋白含量低于0.1%),有效的降低免疫原风险,提高生物相容性;配合300~350℃的低温煅烧工艺,在去除蛋白的同时,保留了原有骨组织无机盐成分的比表面积和弱结晶形态,碳酸根含量为2%以上,使其具备良好的亲水性,有利于细胞的粘附增殖。
(2)本发明制得的可塑型煅烧骨修复材料,样品为块状形态,对于规则形状的骨缺损,可直接塞入,方便临床医生的操作和减少手术时间,同时粘合剂会在2周内优先降解,避免对于新骨的生长造成阻碍;此外,该可塑型煅烧骨修复材料不仅具有良好的成骨能力,还具有良好的止血效果。
(3)本发明制得的可塑型煅烧骨修复材料,样品揉捏后可以任意塑性,且具有良好的粘附性,对于不规则骨缺损部位可以进行快速塑性植入,特别对于牙槽嵴的扩展与重建、牙周骨缺损充填、牙槽嵴骨增量术、上颌窦提升术等有明显优势。
(4)本发明制得的可塑型煅烧骨修复材料,遇水会形成凝胶态,一方面能够防止修复材料溃散,另一方面能够起到长时间稳定止血的作用。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的松质骨颗粒的SEM图。
图2为本发明实施例1制得的松质骨颗粒的XRD图谱。
图3为本发明实施例1制得的松质骨颗粒的TG曲线。
图4为本发明实施例1制得的可塑型煅烧骨修复材料的外观。
图5为本发明实施例1制得的可塑型煅烧骨修复材料的止血照片。
图6为本发明对比例2制得煅烧骨颗粒修复材料的XRD图谱。
图7为本发明对比例2制得煅烧骨颗粒修复材料的SEM图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,但不作为本发明的限定。
实施例1
一种可塑型煅烧骨修复材料,其制备方法包括如下步骤:
步骤1:将切割后的松质骨块通过95℃热水清洗18小时,在120℃条件下干燥6小时。将干燥后的产物置于臭氧浓度为20ppm的环境中4h,再经过剂量为40kGy的辐照处理2h,而后粉碎为粒径≤3mm的颗粒,通过1M的氢氧化钠溶液在70℃条件下处理3小时,重复2次,清洗至pH为7.5,沥水,在105℃下干燥6小时,获得脱脂去蛋白骨颗粒;
步骤2:将步骤1制得的脱脂去蛋白骨颗粒在350℃条件下煅烧25小时,自然降温,得到松质骨颗粒,测得其含氮量为93ppm。
步骤3:按重量份数,取维生素E 40份,泊洛沙姆50份,羟丙甲纤维素10份,将各组分在95℃的真空条件下搅拌为均匀的流体。将40份松质骨颗粒添加到流体中,均匀搅拌,并倒入硅胶模具中冷却成型,固化后取出得到骨块。将骨块包装,经辐照灭菌,得到可塑型煅烧骨修复材料。该煅烧骨修复材料为块状,揉捏后可以任意塑形。
实施例2
一种可塑型煅烧骨修复材料,其制备方法包括如下步骤:
步骤1:将切割后的松质骨块通过110℃热水清洗5小时,在120℃条件下干燥6小时。将干燥后的产物置于臭氧浓度为20ppm的环境中3h,再经过剂量为50kGy的辐照处理2h,而后粉碎为粒径≤3mm的颗粒,通过0.5M的氢氧化钠溶液在80℃条件下处理3小时,重复2次,清洗至pH为7.7,沥水,在105℃下干燥6小时,获得脱脂去蛋白骨颗粒;
步骤2:将步骤1制得的脱脂去蛋白骨颗粒在300℃条件下煅烧20小时,自然降温,得到松质骨颗粒,测得其含氮量为126ppm。
步骤3:按重量份数,取甘油三酸脂40份,泊洛沙姆60份,海藻酸钠10份,将各组分在90℃的条件下搅拌为均匀的流体。将50份松质骨颗粒添加到流体中,均匀搅拌,并倒入模具中冷却成型,固化后取出得到骨块。将骨块包装,经辐照灭菌,得到可塑型煅烧骨修复材料。该煅烧骨修复材料为块状,揉捏后可以任意塑形。
实施例3
一种可塑型煅烧骨修复材料,其制备方法包括如下步骤:
步骤1:将切割后的松质骨块通过100℃热水清洗6小时,在180℃条件下干燥6小时。将干燥后的产物置于臭氧浓度为20ppm的环境中6h,再经过剂量为30kGy的辐照处理2h,而后粉碎为粒径≤3mm的颗粒,通过0.5M的氢氧化钠溶液在70℃条件下处理3小时,重复3次,清洗至pH为7.6,沥水,在105℃下干燥6小时,获得脱脂去蛋白骨颗粒;
步骤2:将步骤1制得的脱脂去蛋白骨颗粒在330℃条件下煅烧15小时,自然降温,得到松质骨颗粒,测得其含氮量为115ppm。
步骤3:按重量份数,取维生素E 45份,泊洛沙姆55份,海藻酸钠15份,将各组分在90℃的条件下搅拌为均匀的流体。将45份松质骨颗粒添加到流体中,均匀搅拌,并倒入模具中冷却成型,固化后取出得到骨块。将骨块包装,经辐照灭菌,得到可塑型煅烧骨修复材料。该煅烧骨修复材料为块状,揉捏后可以任意塑形。
实施例4
一种可塑型煅烧骨修复材料,其制备方法包括如下步骤:
步骤1:将切割后的松质骨块通过100℃热水清洗10小时,在140℃条件下干燥5小时。将干燥后的产物置于臭氧浓度为20ppm的环境中4h,再经过剂量为40kGy的辐照处理2h,而后粉碎为粒径≤3mm的颗粒,通过1M的氢氧化钠溶液在90℃条件下处理2小时,重复3次,清洗至pH为7.6,沥水,在105℃下干燥6小时,获得脱脂去蛋白骨颗粒;
步骤2:将步骤1制得的脱脂去蛋白骨颗粒在350℃条件下煅烧15小时,自然降温,得到松质骨颗粒,测得其含氮量为96ppm。
步骤3:按重量份数,棕榈异丙酯45份,泊洛沙姆60份,羟丙甲纤维素10份,将各组分在90℃的条件下搅拌为均匀的流体。将50份松质骨颗粒添加到流体中,均匀搅拌,并倒入模具中冷却成型,固化后取出得到骨块。将骨块包装,经辐照灭菌,得到可塑型煅烧骨修复材料。该煅烧骨修复材料为块状,揉捏后可以任意塑形。
对比例1
一种煅烧骨颗粒修复材料,其制备方法包括如下步骤:
步骤1:将切割后的松质骨块通过95℃热水清洗18小时,在120℃条件下干燥6小时,而后粉碎为粒径≤3mm的颗粒,通过1M的氢氧化钠溶液在70℃条件下处理3小时,重复2次,清洗至pH为7.5,沥水,在105℃下干燥6小时,获得脱脂去蛋白骨颗粒;
步骤2:将步骤1制得的脱脂去蛋白骨颗粒在350℃条件下煅烧25小时,自然降温,得到松质骨颗粒,测得其含氮量为422ppm。
对比例2
一种煅烧骨颗粒修复材料,其制备方法包括如下步骤:
步骤1:将切割后的松质骨块通过95℃热水清洗18小时,在120℃条件下干燥6小时。将干燥后的产物置于臭氧浓度为20ppm的环境中4h,再经过剂量为40kGy的辐照处理2h,而后粉碎为粒径≤3mm的颗粒,通过1M的氢氧化钠溶液在70℃条件下处理3小时,重复2次,清洗至pH为7.5,沥水,在105℃下干燥6小时,获得脱脂去蛋白骨颗粒;
步骤2:将步骤1制得的脱脂去蛋白骨颗粒分别在400/600/650/850℃的条件下煅烧25小时,自然降温,得到松质骨颗粒。
图1为本发明实施例1制得的松质骨颗粒的SEM图,图中未见蛋白残留,晶体呈纳米长晶形态,为骨组织无机盐成分的原始形态。
图2为本发明实施例1制得的松质骨颗粒的XRD图谱,可以看到为羟基磷灰石的特征峰,无其他杂质峰,晶体呈弱结晶形态。
图3为本发明实施例1制得的松质骨颗粒的TG曲线,30~300℃为残余水的热失重,600~800℃质量下降是因为碳酸根受热分解,质量下降2.3%,表面松质骨颗粒中保留2%以上的碳酸根,同时可以看到在300~600℃之间无明显的质量下降,表面松质骨颗粒里面的有机物残留较少,这与含氮量的结果基本一致。
图4为本发明实施例1制得的可塑型煅烧骨修复材料的外观,样品为均匀的固体,呈块状。
图5为本发明实施例1制得的可塑型煅烧骨修复材料的止血照片,在股骨断面涂抹可塑型煅烧骨修复材料后,渗血立即停止,表明可塑型煅烧骨修复材料具有优秀的止血能力。
图6为本发明对比例2制得的煅烧骨颗粒修复材料的XRD图谱,可以看到煅烧温度达到600℃后谱图为尖锐的结晶峰,样品为结晶态,说明煅烧温度达到600℃以上样品由弱结晶态转变为结晶态,且温度达到850℃后可以看到明显的杂质峰,说明碳酸根发生了明显的降解。
图7为本发明对比例2制得煅烧骨修复材料的SEM图,可以看到随着煅烧温度的升高,样品的晶型及大小均发生改变,晶型转变为球形,且增长到微米级。
综上,本发明制得的可塑型煅烧骨修复材料在常温状态下为固体块状,且能够任意塑形,适用于多种临床模型,方便医生临床应用。涂抹到渗血部位,能够起到止血作用,且粘结剂能够快速降解,不会阻碍新骨愈合,松质骨颗粒为多孔结构,有利于细胞和血管的长入,加之松质骨残留有机物较少,避免免疫反应,晶体为纳米晶形态,为弱结晶相,亲水性好,有利于细胞的粘附和增殖,有助于骨愈合。
以上仅为本发明较佳的实施例,并非因此限制本发明的实施方式及保护范围,对于本领域技术人员而言,应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案,均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种可塑型煅烧骨修复材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、动物松质骨块经高温水煮和干燥后,置于臭氧浓度为20ppm的环境中3~6h,再经过剂量为30~50kGy的辐照处理2h,而后粉碎为粒径≤3mm的颗粒,经碱液浸泡处理数次,清洗干燥,获得脱脂去蛋白骨颗粒;
S2、将所述脱脂去蛋白骨颗粒于300~350℃条件下煅烧5~30h,获得松质骨颗粒;
S3、将所述松质骨颗粒加入含有泊洛沙姆的粘结剂流体中,混合均匀,倒入模具中冷却成型,固化后取出,经灭菌处理,即得到可塑型煅烧骨修复材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,高温水煮的温度为90~120℃,时间为2~20h;所述碱液为0.1~2mol/L的氢氧化钠溶液。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,动物松质骨块选自猪的四肢骨或盆骨、牛的四肢骨或盆骨中的一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S3中,所述粘结剂流体按重量份数计,包括溶剂20~60份,泊洛沙姆40~60份,增稠剂5~20份。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述溶剂选自棕榈异丙酯、甘油三酸脂、维生素E醋酸酯中的一种;所述增稠剂选自海藻酸钠、羧甲纤维素钠、羟丙甲纤维素中的一种。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述粘结剂流体的制备方法包括:将所述溶剂、泊洛沙姆和增稠剂于70~95℃条件下进行混合,得到粘结剂流体。
7.根据权利要求6述的制备方法,其特征在于,所述混合在真空条件下进行。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S3中,所述松质骨颗粒与粘结剂流体的质量比为1:2~3。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S3中,冷却成型的温度为10~30℃,时间为30~60min;所述模具为硅胶模具。
10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法制得的可塑型煅烧骨修复材料,其特征在于,所述可塑型煅烧骨修复材料的主要成分为弱结晶形态的羟基磷灰石;所述可塑型煅烧骨修复材料中,碳酸根含量≥2%,含氮量≤150ppm。
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