CN115998949B - 一种复合产氧材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合产氧材料及其制备方法和应用，该复合产氧材料借助PDMS的无毒、生物降解性以及优良的气体透过性能，将CPO和黑色二氧化钛包覆于交联固化后的PDMS高分子材料中形成包覆结构复合产氧材料，其中CPO分布于交联固化后的PDMS内层区域，黑色二氧化钛分布于交联固化后的PDMS外层区域。本发明提供的包覆结构复合产氧材料中，CPO与水反应生成的中过氧化氢在散溢的过程中与PDMS外层区域的黑色二氧化钛接触，被黑色二氧化钛催化，生成O2被释放出来。从而避免过氧化氢与组织的直接接触，保证了该产氧材料在组织工程领域的使用安全。同时，PDMS的包覆放缓了CPO与水的反应速度，可实现CPO的持续产氧，持续产氧时间可达到28天之久、且产氧量大。
Description
技术领域
本发明属于组织工程技术领域，具体涉及一种复合产氧材料及其制备方法和应用。
背景技术
产氧材料是近年来兴起的一种新型生物材料，其在组织移植，肿瘤治疗，组织再生等领域有广阔的应用前景。在组织再生领域，产氧材料通过产生氧气，促进各类干细胞移植的存活，进而促进基于干细胞的各类组织再生与修复。如骨缺损修复，心肌细胞移植，皮肤缺损修复等。
在产氧生物材料这一大类材料中，基于过氧化钙(CPO)的凝胶类产氧生物材料具有产氧量大，制备简单等特点，已在皮肤修复再生，胰岛移植等领域有较多报道。其产氧原理主要是通过CPO与水反应生成中间产物过氧化氢，进而产生氧气。
然而，借助CPO产氧的材料，不可避免地会产生有毒过氧化氢成分，这限制了CPO的用量—往往低于1％，使得已有产氧材料总携氧量低，释放周期短(仅数天)，应用于组织工程也会对细胞产生不可逆的损伤，这也阻碍了这类产氧材料的广泛应用。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供一种复合产氧材料，该复合产氧材料不仅具有产氧持续时间久、产氧量大的优点。同时，还能有效避免产氧过程中有毒副产物(过氧化氢)与组织的接触，从而保证了该产氧材料在组织工程领域的使用安全。本发明还提供一种复合产氧材料的制备方法和应用，具体发明内容如下：
第一方面，本发明提供一种复合产氧材料，所述复合产氧材料由包覆层和被包覆内芯构成；
其中，所述包覆层由PDMS与黑色二氧化钛组成，所述被包覆内芯由PDMS与过氧化钙组成。
可选地，所述被包覆内芯中，所述过氧化钙的质量占比为25-50％；
所述包覆层中，黑色二氧化钛的质量占比为10％；
所述被包覆内芯中PDMS质量与所述包覆层中PDMS质量相同。
第二方面，本发明提供一种复合产氧材料，所述复合产氧材料具有层状结构，其中，由PDMS与黑色二氧化钛组成的混合物构成所述层状结构的外层，PDMS与过氧化钙组成的混合物构成所述层状结构的内层。
可选地，所述内层中，所述过氧化钙的质量占比为25-50％；
所述外层中，黑色二氧化钛的质量占比为10％；
所述内层中PDMS的质量与所述外层中PDMS质量相同。
第三方面，本发明提供一种上述第一方面所述的复合产氧材料的制备方法，所述制备方法包括：
S1、将质量比为1：1-3的过氧化钙与PDMS混合均匀后放入烘箱进行凝固，得到被包覆内芯；
S2、将质量比为1：9的黑色二氧化钛与PDMS混合均匀得到包覆层前体溶液；
S3、将被包覆内芯放置于包覆层前体溶液中，使被包覆内芯完全浸润在包覆层前体溶液中，并放入烘箱进行凝固，得到所述复合产氧材料。
可选地，在步骤1和步骤3中，所述烘箱的工作温度为65℃，所述烘箱的工作时间为3-4h。
第四方面，本发明提供一种上述第二方面所述的复合产氧材料的制备方法，所述制备方法包括：
S1`、将质量比为1：1-3的过氧化钙与PDMS混合均匀后静置30min，得到内层前体；
S2`、将质量比为1：9的黑色二氧化钛与PDMS混合均匀后静置30min，得到外层前体；
S3`、将所述外层前体放置于所述内层前体表面，静置6-8h，凝固后得到所述复合产氧材料。
第五方面，本发明提供一种上述第一方面或第二方面所述的复合产氧材料在促牙髓再生方面的应用。
本发明提供一种复合产氧材料，该复合产氧材料借助PDMS的无毒、生物降解性以及优良的气体透过性能，将CPO和黑色二氧化钛包覆于交联固化后的PDMS高分子材料中形成包覆结构复合产氧材料，其中，CPO分布于交联固化后的PDMS内层区域，黑色二氧化钛分布于交联固化后的PDMS外层区域。本发明提供的包覆结构复合产氧材料中，CPO与水反应生成的中过氧化氢在散溢的过程中与PDMS外层区域的黑色二氧化钛接触，被黑色二氧化钛催化，生成O2被释放出来。从而避免过氧化氢与组织的直接接触，保证了该产氧材料在组织工程领域的使用安全。同时，PDMS的包覆放缓了CPO与水的反应速度，可实现CPO的持续产氧，持续产氧时间可达到28天之久、且产氧量大。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例提供的复合产氧材料剖面产氧机理示意图；
图2示出了本发明实施例提供的复合产氧材料制备流程图；
图3示出了本发明实施例提供的复合产氧材料制备流程图；
图4示出了本发明实施例提供的复合产氧材料氧释放的溶解氧曲线图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
基于CPO的产氧生物材料用于牙髓再生，关键是如何减小/避免材料释放的过氧化氢对组织的毒性作用，并实现氧气的缓慢释放。为此本发明提出的具体实施方式如下：
第一方面，本发明提供一种复合产氧材料，所述复合产氧材料由包覆层和被包覆内芯构成；
其中，所述包覆层由PDMS与黑色二氧化钛组成，所述被包覆内芯由PDMS与过氧化钙组成。
具体实施时，本发明借助PDMS的无毒、生物降解性以及优良的气体透过性能，将CPO和黑色二氧化钛包覆于交联固化后的PDMS高分子材料中形成包覆结构复合产氧材料，其中，CPO分布于交联固化后的PDMS内层区域，黑色二氧化钛分布于交联固化后的PDMS外层区域，当PDMS内层区域中的CPO与水相遇后发生反应生成过氧化氢，过氧化氢在散溢的过程中与PDMS外层区域的黑色二氧化钛接触，由于黑色二氧化钛作为纳米酶能催化过氧化氢生成O2和H2O。因此，过氧化氢在经过PDMS外层区域的过程中被黑色二氧化钛催化，生成O2被释放出来。这一结构的复合产氧材料可有效避免产氧过程中有毒副产物(过氧化氢)与组织的接触，从而保证了该产氧材料在组织工程领域的使用安全，同时，PDMS的包覆放缓了CPO与水的反应速度，可实现CPO的持续产氧，持续产氧时间可达到28天之久、且产氧量大。
具体实施时，本发明对上述包覆结构的复合产氧材料的形状没有特别限定，可以是任意形状，且满足处于内层区域的PDMS与过氧化钙混合物被处于外层区域的PDMS与黑色二氧化钛混合物完全包覆即可，并且，本发明可以根据病灶特点，制备成与其尺寸大小相适应的复合产氧材料，方便使用。
在一些实施方式中，本发明提供的复合产氧材料中的CPO处于复合产氧材料内部，与水接触以后发生化学反应，生成过氧化氢不会直接与组织接触，并且，过氧化氢在散逸过程中与复合产氧材料包覆层中的黑色二氧化钛接触，进一步被催化反应生成氧气，保证了使用安全。因此，复合产氧材料中可以负载更多的CPO而不会出现毒副作用。具体地，负载的CPO的质量可以为被包覆内芯质量的25-50％，包覆层中，黑色二氧化钛的质量占比可以为10％，被包覆内芯中PDMS质量与包覆层中PDMS质量相同。
第二方面，本发明提供一种复合产氧材料，所述复合产氧材料具有层状结构，其中，由PDMS与黑色二氧化钛组成的混合物构成所述层状结构的外层，PDMS与过氧化钙组成的混合物构成所述层状结构的内层。
具体实施时，本发明提供一种具有层状结构的复合产氧材料，临床应用时，与被治疗部位接触的是复合产氧材料的外层，位于内层的氧化钙与水作用生成过氧化氢后，过氧化氢扩散至外层，与黑色二氧化钛接触，发生催化反应，将过氧化氢转化为氧气，使得被治疗部位获得氧气的同时，过氧化氢不会与被治疗部位接触，避免毒副作用。
图1示出了本发明实施例提供的复合产氧材料剖面产氧机理示意图；如图1所示，本发明借助PDMS的无毒、生物降解性以及气体透过性能，将CPO和黑色二氧化钛分层置于交联固化后的PDMS高分子材料中形成层状复合产氧材料，其中，CPO分布于交联固化后的PDMS内层区域，黑色二氧化钛分布于交联固化后的PDMS外层区域，当PDMS内层区域中的CPO与水相遇后发生反应生成过氧化氢，过氧化氢在散溢的过程中与PDMS外层区域的黑色二氧化钛接触，由于黑色二氧化钛作为纳米酶能催化过氧化氢生成O2和H2O。因此，过氧化氢在经过PDMS外层区域的过程中被黑色二氧化钛催化，生成O2被释放出来。这一结构的复合产氧材料可有效避免产氧过程中有毒副产物(过氧化氢)与组织的接触，从而保证了该产氧材料在组织工程领域的使用安全，同时，PDMS的包覆放缓了CPO与水的反应速度，可实现CPO的持续产氧，持续产氧时间可达到28天之久、且产氧量大。
具体实施时，本发明提供的层状复合产氧材料可以根据使用情况裁剪修整，也可以在层状复合产氧材料凝固之前，将其置于特定形状的模具中，制备出具有与使用场景相适配的大小和形状，以方便制备和使用。如，可以将还未凝固的层状复合产氧材料置于3D打印的牙髓套管结构中进行凝固，获得可直接用于牙髓再生治疗的复合产氧材料。
在一些实施方式中，所述内层中，所述过氧化钙的质量占比为25-50％；
所述外层中，黑色二氧化钛的质量占比为10％；
所述内层中PDMS的质量与所述外层中PDMS质量相同。
第三方面，本发明提供一种上述第一方面所述的复合产氧材料的制备方法，图2示出了本发明实施例提供的复合产氧材料制备流程图，如图2所示，所述制备方法包括：
S1、将质量比为1：1-3的过氧化钙与PDMS混合均匀后放入烘箱进行凝固，得到被包覆内芯；
具体实施时，新配的PDMS在常温下为溶液状态，向其中加入过氧化钙并混合均匀后放入烘箱，烘箱的工作温度可以为65℃，烘箱的工作时间可以为3-4h。在温度的作用下，PDMS发生交联凝固，形成组成复合产氧材料的被包覆内芯。
S2、将质量比为1：9的黑色二氧化钛与PDMS混合均匀得到包覆层前体溶液；
S3、将被包覆内芯放置于包覆层前体溶液中，使被包覆内芯完全浸润在包覆层前体溶液中，并放入烘箱进行凝固，得到所述复合产氧材料；
具体实施时，步骤3中，烘箱的工作温度可以为65℃，工作时间可以为3-4h。
第四方面，本发明提供一种上述第二方面所述的复合产氧材料的制备方法，图3示出了本发明实施例提供的复合产氧材料制备流程图，如图3所示，所述制备方法包括：
S1`、将质量比为1：1-3的过氧化钙与PDMS混合均匀后静置30min，得到内层前体；
S2`、将质量比为1：9的黑色二氧化钛与PDMS混合均匀后静置30min，得到外层前体；
S3`、将所述外层前体放置于所述内层前体表面，静置6-8h，凝固后得到所述复合产氧材料。
第五方面，本发明提供一种上述第一方面或第二方面所述的复合产氧材料在促牙髓再生方面的应用。
为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面以具体实施例进一步说明本发明提供的一种复合产氧材料及其制备方法和应用。
实施例1
(1)制备PDMS凝胶溶液：
注射器吸取SYLGARDTM184_PDMS组分A 5ml注入玻璃管，另吸取组分B 5μL加入组分A，在超声震荡10min，干净玻璃搅拌棒搅拌1min，得到PDMS；
(2)制备被包覆内芯
称取过氧化钙，重量为总重量25％，加入PDMS凝胶溶液中，继续玻璃搅拌棒搅拌2min后，注入24孔板，每孔体积100μL；置入65℃烘箱，放置3-4h，凝固后完整取出。
(3)制备复合产氧材料
用以(1)中相同的方式混合PDMS组分A及组分B，并向其中加入总质量1％的黑色二氧化钛，搅拌混合，转移至新注射器中，注入12孔板，每孔体积约500μL，
将(2)中制备的PDMS/过氧化钙凝胶片(被包覆内芯)放置进入12孔板中的每孔中，保证PDMS/过氧化钙凝胶片被均匀包裹。置入65℃烘箱，放置3-4h，凝固后完整取出，得到复合产氧材料。
实施例2
(1)制备PDMS凝胶溶液：
与实施例1相同
(2)制备内层前体
称取过氧化钙，重量为总重量25％，加入PDMS凝胶溶液中，继续玻璃搅拌棒搅拌2min后，注入24孔板，每孔体积100μL，静置30min。
(3)制备外层前体
用以(1)中相同的方式混合PDMS组分A及组分B，加入总质量1％的黑色二氧化钛，搅拌混合后，转移至24孔板中，每孔体积约10μL，静置30min。
(4)制备复合产氧材料
将(2)中制备的外层前体放置于(3)中制备的内层前体表面，静置6-8h，凝固后得到复合产氧材料。
实施例3
制备三组(control组、PDMS/CPO和PDMS/CPO-TiO2-x)同等大小体积的产氧材料片，每组各三个，浸泡入装有1ml蒸馏水的硅胶密封试管中，每隔数天时间使用溶解氧测量仪(上海雷磁，JPBJ-609L)测量蒸馏水中溶解氧数值，统计计算绘制溶解氧曲线，其中第10天更换试管中的蒸馏水。
图4示出了本发明实施例提供的复合产氧材料氧释放的溶解氧曲线图，其中control组：单纯PDMS片；PDMS/CPO：PDMS单纯混合25％质量分数CPO；PDMS/CPO-TiO2-x：实施例1或2制备的分层结构的复合产氧材料，如图4所示，本发明提供的PDMS/CPO-TiO2-x复合产氧材料可实现CPO的持续产氧，持续产氧时间可达到28天之久、且产氧量大。
以上对本发明所提供的一种复合产氧材料及其制备方法和应用进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种复合产氧材料，其特征在于，所述复合产氧材料由包覆层和被包覆内芯构成；
其中，所述包覆层由PDMS与黑色二氧化钛组成，所述被包覆内芯由PDMS与过氧化钙组成。
2.根据权利要求1所述的复合产氧材料，其特征在于，所述被包覆内芯中，所述过氧化钙的质量占比为25-50%；
所述包覆层中，黑色二氧化钛的质量占比为10%；
所述被包覆内芯中PDMS质量与所述包覆层中PDMS质量相同。
3.一种复合产氧材料，其特征在于，所述复合产氧材料具有层状结构，其中，由PDMS与黑色二氧化钛组成的混合物构成所述层状结构的外层，PDMS与过氧化钙组成的混合物构成所述层状结构的内层。
4.根据权利要求3所述的复合产氧材料，其特征在于，所述内层中，所述过氧化钙的质量占比为25-50%；
所述外层中，黑色二氧化钛的质量占比为10%；
所述内层中PDMS的质量与所述外层中PDMS质量相同。
5.一种上述权利要求1-2任一所述的复合产氧材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
S1、将质量比为1：1-3的过氧化钙与PDMS混合均匀后放入烘箱进行凝固，得到被包覆内芯；
S2、将质量比为1：9的黑色二氧化钛与PDMS混合均匀得到包覆层前体溶液；
S3、将被包覆内芯放置于包覆层前体溶液中，使被包覆内芯完全浸润在包覆层前体溶液中，并放入烘箱进行凝固，得到所述复合产氧材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤1和步骤3中，所述烘箱的工作温度为65℃，所述烘箱的工作时间为3-4h。
7.一种上述权利要求3-4任一所述的复合产氧材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
S1`、将质量比为1：1-3的过氧化钙与PDMS混合均匀后静置30min，得到内层前体；
S2`、将质量比为1：9的黑色二氧化钛与PDMS混合均匀后静置30min，得到外层前体；
S3`、将所述外层前体放置于所述内层前体表面，静置6-8h，凝固后得到所述复合产氧材料。
8.上述权利要求1-4任一所述的复合产氧材料在制备促牙髓再生材料方面的应用。
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-
2022
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Also Published As
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