CN115957375A - 一种新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料及其制备方法，原料包括粉剂、液剂，粉剂包括纳米羟基磷灰石、氧化海藻酸钠，液剂是明胶溶液；在海藻酸钠溶液中加入高碘酸钠避光反应，再加入乙二醇避光反应，加入氯化钠后倒入无水乙醇中析出沉淀、抽滤，重复三次，产物冷冻干燥得到氧化海藻酸钠粉末，将氧化海藻酸钠粉末和纳米羟基磷灰石混合，加入明胶溶液，搅拌得到骨修复材料；本发明利用氧化海藻酸钠作为交联剂，氧化海藻酸钠的醛基和明胶的氨基进行席夫碱反应，包裹着纳米羟基磷灰石，制备出可注射的骨修复材料；本发明工艺简单，所得骨修复材料具有良好的生物相容性、可降解性和促进成骨能力，在生物工程领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料及其制备方法，涉及医用材料领域。
背景技术
海藻酸钠是一种从海洋藻类提取的多糖类高分子，其保持着与细胞外基质的结构相似性并具有良好的生物相容性、可降解性和凝胶性。海藻酸钠高分子链中包含大量的羟基和羧基，能够通过化学改性的氧化、酯化、硫化等方法对海藻酸钠改性。对海藻酸钠分子进行功能化改变，产生一系列的海藻酸盐衍生物，改善海藻酸钠的溶解度、亲水性等生物特性和物理化学特性。氧化后的海藻酸钠中含有大量醛基。
纳米羟基磷灰石是动物牙齿和骨头中不可缺少的无机物。现有骨修复材料降解性能差，且制备过程中使用戊二醛作为交联剂，戊二醛有毒性，控制不当会超标而引起中毒。
发明内容
本发明提供一种新型天然交联剂交联明胶的可注射骨修复材料及其制备方法，将天然有机物海藻酸钠氧化成拥有醛基的交联剂，通过和明胶的交联包裹羟基磷灰石，得到氧化海藻酸钠交联明胶的骨修复材料，即利用具有二醛基结构的氧化海藻酸钠和生物大分子明胶进行交联，包裹纳米羟基磷灰石形成可注射的骨修复材料。
本发明的技术目的通过下述技术方案实现：
一种新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料，其原料包括粉剂、液剂，粉剂包括纳米羟基磷灰石、氧化海藻酸钠，液剂是明胶溶液。
本发明还提供所述新型天然交联剂交联明胶的可注射骨修复材料的制备方法，按照下述步骤进行：
(1)将海藻酸钠在超纯水中水浴溶解，冷却到室温后，在海藻酸钠溶液中加入高碘酸钠，混合溶液在室温下避光反应18-24h，利用高碘酸钠的强氧化性氧化海藻酸钠，使海藻酸钠的碳碳双键断裂并氧化成二醛基结构；
(2)在步骤(1)混合溶液中加入乙二醇，充分混合，利用乙二醇终止高碘酸钠的继续氧化，避光搅拌反应1-2h，加入氯化钠，搅拌0.5-1h，将该混合液倒入无水乙醇中析出沉淀，抽滤后用超纯水溶解，再次用无水乙醇析出沉淀，抽滤，反复此步骤抽滤三次，得到的白色产物进行冷冻干燥，得到氧化海藻酸钠粉末，氧化海藻酸钠粉末低温避光保存；
(3)将氧化海藻酸钠粉末和纳米羟基磷灰石充分混合，加入明胶溶液，充分搅拌，氧化海藻酸钠中的醛基和明胶的氨基进行交联，纳米羟基磷灰石被镶嵌在交联网格中，得到可注射性的新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料骨修复材料。
步骤(1)中海藻酸钠溶液的浓度为0.11-0.18mol/L，海藻酸钠溶液是将海藻酸钠在超纯水中通过加热至40-60℃搅拌充分溶解，搅拌速度为500-900rpm。
步骤(1)海藻酸钠溶液中的海藻酸钠与高碘酸钠的物质的量之比为1:0.5-1，为了使氧化产物向预期的方向可控地进行，避免“超氧化”的发生，在室温下避光反应。
步骤(2)中乙二醇与高碘酸钠的比为2mL～5mL:1g。
步骤(2)中加入的氯化钠与海藻酸钠的质量比为1:1-2.5，加入过量的氯化钠能够提高混合溶液的析出率。
步骤(2)中未反应的高碘酸钠残留，通过无水乙醇的反复抽滤和超纯水的清洗去除高碘酸钠，混合液与无水乙醇的体积比为1:5，每次加的无水乙醇的量相等。
步骤(2)中抽滤得到的氧化海藻酸钠放在超低温冰箱中冷冻，通过冷冻干燥机干燥，在3～5℃冰箱中避光保存。
步骤(3)氧化海藻酸钠粉末和纳米羟基磷灰石的质量比为5-30:60-95，明胶溶液的质量分数浓度为5％～30％，明胶溶液按照固液比g:mL为0.5-1:1加入，即羟基磷灰石加上氧化海藻酸钠的质量和明胶溶液的固液比g:mL为0.7-1:1。
本发明纳米羟基磷灰石和氧化海藻酸钠进行充分混合后，加入明胶溶液，利用氧化海藻酸钠和明胶交联包裹着羟基磷灰石，这种骨修复材料注射到体内后，海藻酸钠和明胶会在体内逐渐降解，留下的羟基磷灰石具有优良的骨诱导性，骨细胞会在该材料表面进行增殖、分化，最后生成新骨。
本发明高碘酸钠氧化海藻酸钠产生二醛基，氧化海藻酸钠的醛基和明胶溶液的氨基进行席夫碱反应，交联的网格将纳米羟基磷灰石镶嵌其中，该方法不仅改善了高分子海藻酸钠的特性，使其能够和明胶进行交联，而且将纳米羟基磷灰石包裹其中，制备出具有生物活性的可降解的骨修复材料。
本发明方法简单，制备具有二醛基的氧化海藻酸钠，其包含的醛基反应活性较高，能和多种高分子交联形成交联网络，本发明在生物功能领域具有很大的潜在应用价值。
附图说明
图1为氧化海藻酸钠的红外分析图；
图2为可注射性的新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料的红外分析图；
图3为注射在人体模拟液中的骨修复材料。
具体实施方式
下面是对本发明的进一步说明，而不限于本发明的范围。
实施例1
一种新型天然交联剂交联明胶的可注射骨修复材料，其原料包括粉剂、液剂，粉剂包括纳米羟基磷灰石、氧化海藻酸钠，液剂是明胶溶液；具体制备方法如下：
(1)用电子秤称取5g的海藻酸钠，将其加入到200mL的超纯水中，水浴40℃搅拌充分溶解得到海藻酸钠溶液，搅拌速度为500rpm，海藻酸钠溶液的浓度为0.11mol/L；
(2)按照海藻酸钠与高碘酸钠摩尔比为1:1，称取高碘酸钠，将高碘酸钠加入到步骤(1)的海藻酸钠溶液中，在常温下避光反应24h；按照乙二醇与高碘酸钠的比为5mL:1g，用量筒量取乙二醇，将乙二醇加入海藻酸钠的混合溶液中，磁力搅拌器不断搅拌，避光反应2h；
按照氯化钠与海藻酸钠的质量比为1:1，用电子秤称取氯化钠，加入混合溶液充分搅拌1h；
在一个大烧杯中量取1000mL无水乙醇，将上述搅拌之后的混合液倒入无水乙醇中，无水乙醇中产生絮状沉淀，静置2h后，抽空泵进行抽滤，得到的固体溶解在200mL超纯水中，充分搅拌，倒入1000mL无水乙醇中，反复此操作，抽滤三次，得到氧化海藻酸钠，固体放在冷冻干燥机中，冷冻干燥，存放在3～5℃冰箱中保存；
(3)用电子秤称取明胶颗粒，在超纯水中加热到45℃搅拌，充分溶解，配制成质量分数10％的明胶溶液，再取一个小烧杯，称取2g纳米羟基磷灰石和1g氧化海藻酸钠，用液压枪量取3mL明胶溶液，加入混合物质中，充分搅拌混合1h，搅拌均匀，得到可注射性的新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料。
图1为本实施例得到的氧化海藻酸钠的红外分析图，由图1可见，在1728cm-1附近出现了一个新的吸收峰，为醛基的伸缩振动，由于频率在3400～3200cm-1为-NH2的对称伸缩、1600～1550cm-1为-COO-的反对称伸缩振动、在1410cm-1附近为-COO-的对称伸缩振动、在1100～1000cm-1为-CO的伸缩振动，这四个吸收峰为海藻酸钠的特征峰，由此红外图可知氧化海藻酸钠中带有醛基。
图2为本实施例得到的新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料的红外分析图，由图2可知，在氧化海藻酸钠和明胶溶液混合后，在1556cm-1左右出现了新的吸收峰，这归属于氧化海藻酸钠中的醛基与明胶中游离的-NH2经由席夫碱反应生成的亚氨键的伸缩振动，说明了氧化海藻酸钠的醛基和明胶的氨基成功交联。
图3为注射在人体模拟液中的骨修复材料，由图3可知，用医用注射器将本实施例得到的新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料注射在人体模拟液中，能够注射流畅，不溃散，说明该骨修复材料有良好的可注射性和抗溃散性。
实施例2
一种新型天然交联剂交联明胶的可注射骨修复材料，其原料包括粉剂、液剂，粉剂包括纳米羟基磷灰石、氧化海藻酸钠，液剂是明胶溶液；具体制备方法如下：
(1)用电子秤称取8g的海藻酸钠，将其加入到200mL的超纯水中，水浴60℃搅拌充分溶解得到海藻酸钠溶液，搅拌速度为900rpm，海藻酸钠溶液的浓度为0.18mol/L；
(2)按照海藻酸钠与高碘酸钠摩尔比1:0.8，称取高碘酸钠，将高碘酸钠加入到步骤(1)的海藻酸钠溶液中，在常温下避光反应18h；按照乙二醇与高碘酸钠的比为2mL:1g，用量筒量取乙二醇，将乙二醇加入海藻酸钠的混合溶液中，磁力搅拌器不断搅拌，避光反应1h；
按照氯化钠与海藻酸钠的质量比为1:2，用电子秤称取氯化钠，加入混合溶液充分搅拌0.5h；
在一个大烧杯中量取1000mL无水乙醇，将上述搅拌之后的混合液倒入无水乙醇中，无水乙醇中产生絮状沉淀，静置1h后，抽空泵进行抽滤，得到的固体溶解在200mL超纯水中，充分搅拌，倒入1000mL无水乙醇中，反复此操作，抽滤三次，得到氧化海藻酸钠，固体放在冷冻干燥机中，冷冻干燥，存放在3～5℃冰箱中保存；
(3)用电子秤称取明胶颗粒，在超纯水中加热到45℃搅拌，充分溶解，配制成质量分数5％的明胶溶液，再取一个小烧杯，称取2g纳米羟基磷灰石和0.2g氧化海藻酸钠，用液压枪量取3mL明胶溶液，加入混合物质中，充分搅拌混合1h，搅拌均匀，得到可注射性的新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料。
实施例3
一种新型天然交联剂交联明胶的可注射骨修复材料，其原料包括粉剂、液剂，粉剂包括纳米羟基磷灰石、氧化海藻酸钠，液剂是明胶溶液；具体制备方法如下：
(1)用电子秤称取7g的海藻酸钠，将其加入到200mL的超纯水中，水浴50℃搅拌充分溶解得到海藻酸钠溶液，搅拌速度为700rpm，海藻酸钠溶液的浓度为0.16mol/L；
(2)按照海藻酸钠与高碘酸钠摩尔比1:0.5，称取高碘酸钠，将高碘酸钠加入到步骤(1)的海藻酸钠溶液中，在常温下避光反应20h；按照乙二醇与高碘酸钠的比为3mL:1g，用量筒量取乙二醇，将乙二醇加入海藻酸钠的混合溶液中，磁力搅拌器不断搅拌，避光反应1.5h；
按照氯化钠与海藻酸钠的质量比为1:2.5，用电子秤称取氯化钠，加入混合溶液充分搅拌0.7h；
在一个大烧杯中量取1000mL无水乙醇，将上述搅拌之后的混合液倒入无水乙醇中，无水乙醇中产生絮状沉淀，静置1.5h后，抽空泵进行抽滤，得到的固体溶解在200mL超纯水中，充分搅拌，倒入1000mL无水乙醇中，反复此操作，抽滤三次，得到氧化海藻酸钠，固体放在冷冻干燥机中，冷冻干燥，存放在3～5℃冰箱中保存；
(3)用电子秤称取明胶颗粒，在超纯水中加热到45℃搅拌，充分溶解，配制成质量分数30％的明胶溶液，再取一个小烧杯，称取2g纳米羟基磷灰石和0.6g氧化海藻酸钠，用液压枪量取3mL明胶溶液，加入混合物质中，充分搅拌混合1h，搅拌均匀，得到可注射性的新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料。
以上是对本发明进行的示范性描述，但本发明的保护范围并不局限于此，在不脱离本发明的核心的情况下，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料，其特征在于，其原料包括粉剂、液剂，粉剂包括纳米羟基磷灰石、氧化海藻酸钠，液剂是明胶溶液。
2.一种新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：
(1)在海藻酸钠溶液中加入高碘酸钠，室温下避光反应18-24h；
(2)在步骤(1)的混合溶液中加入乙二醇，充分混合，避光搅拌反应1-2h，加入氯化钠，搅拌0.5-1h，混合液倒入无水乙醇中析出沉淀，抽滤后用超纯水溶解，再倒入无水乙醇中析出沉淀，抽滤，重复此步骤抽滤三次，得到的产物冷冻干燥，得到氧化海藻酸钠粉末，低温避光保存；
(3)将氧化海藻酸钠粉末和纳米羟基磷灰石充分混合，加入明胶溶液，充分搅拌，得到新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料。
3.根据权利要求2所述新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中海藻酸钠溶液的浓度为0.11-0.18mol/L，海藻酸钠溶液是将海藻酸钠在超纯水中40-60℃水浴搅拌充分溶解得到，搅拌速度为500-900rpm。
4.根据权利要求2所述新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)海藻酸钠溶液中的海藻酸钠与高碘酸钠的物质的量之比为1:0.5-1。
5.根据权利要求2所述新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中加入的乙二醇与高碘酸钠的比为2mL～5mL:1g。
6.根据权利要求2所述新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中加入的氯化钠与海藻酸钠的质量比为1:1-2.5。
7.根据权利要求2所述新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)混合液与无水乙醇的体积比为1:5，每次加的无水乙醇的量相等。
8.根据权利要求2所述新型天然交联剂交联明胶的骨修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)氧化海藻酸钠粉末和纳米羟基磷灰石的质量比为5-30:60-95，明胶溶液的质量分数为5％～30％，明胶溶液按照固液比g:mL为0.7-1:1加入。
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| CN102406965A (zh) * | 2011-12-01 | 2012-04-11 | 北京博恩康生物科技有限公司 | 一种用于治疗骨缺损的可注射凝胶材料及其制备方法 |
| CN105268029A (zh) * | 2015-09-28 | 2016-01-27 | 福州大学 | 一种用于骨修复的可注射并可自愈合的天然高分子水凝胶 |
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