CN102085392B - 纳米钙磷盐/胶原复合支架及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米钙磷盐/胶原复合支架极其制备方法与应用。该方法将纳米钙磷盐牢固地分布于高孔隙率的胶原海绵之中，然后成型、冻干、交联而得。该方法制备的纳米钙磷盐/胶原复合支架可以作为骨科和牙科修复材料应用。本发明方法所制备的纳米钙磷盐/胶原复合支架的孔隙率达到98%以上且尺寸分布于5～200μm，微孔之间互通；纳米钙磷盐/胶原复合支架中的纳米钙磷盐分布在胶原纤维的内部，不易脱落；在浸水后能够保持原有形态，且挤压后能回复到原有形态。
Description
技术领域
本发明属于生物材料领域，具体地说，涉及一种纳米钙磷盐/胶原复合支架及其制备方法与应用。
背景技术
日常交通事故、安全生产事故等意外事故和一些骨科疾病均会造成人体骨骼的缺失。据推算，我国每年潜在人工骨和人工骨关节置换病例数在300万例左右。如今，全球骨移植材料的潜在市场达到了6.5亿美元。每年约有400万例病人进行骨移植手术，所使用的移植材料45%为自体骨、40%为同种异体骨及脱钙骨基质、15%为合成材料。
骨移植已成为仅次于输血的需求量最大的移植物。目前已使用的骨填充材料主要有金属、陶瓷和人工合成聚合物几大类，近来又兴起仿生材料，仿生骨填充材料也称纳米骨填充材料，该类材料一般是以胶原、壳聚糖、琼脂糖等为基质。虽然该类骨填充材料的力学强度较低，但是其优良的骨诱导性和可生物降解、吸收性能使其在骨骼缺损修复方面大有可为。
通过模仿自然骨的结构与功能，从仿生学的角度设计制备骨修复材料。目前已有少量的仿生骨产品进入了市场，但存在填充性不好，生物相容性不高以及对成骨细胞的诱导能力低等缺陷。
US 5532217报道了一种将胶原蛋白纺丝制备成胶原纤维，经矿化得到矿化胶原纤维用于骨骼修复，但是该产品孔隙结构不好，且通过胶原蛋白纺丝得到的胶原纤维在体内易迅速降解；中国专利：200610013009.1报道了一种将矿化胶原挤压成型得到骨填充材料的方法，但是该产品的孔隙率较低，不利于骨细胞的扩散与生长；中国专利：200510107942.0将胶原蛋白与纳米羟基磷灰石混合后真空冷冻干燥得到骨填充材料，但是用该方法制备得到的产品中的羟基磷灰石颗粒与胶原蛋白结合力很弱，容易脱落，导致生物相容性差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米钙磷盐/胶原复合支架及其制备方法与应用。该方法制备的产品由具有良好生物相容性的I型胶原和钙磷盐构成，而且具有良好的孔隙结构，对细胞的扩散、粘附和生长都非常有利。另外，该产品在湿态下有较高的柔韧度，但卸掉外力后可迅速复原。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：纳米钙磷盐/胶原复合支架的制备方法，包括下述步骤：
步骤一：胶原纤维的矿化
（1）将胶原纤维分散在饱和的氢氧化钙溶液中，搅拌使其充分溶胀得到胶原纤维分散液；
（2）配制0.001～0.1M的磷酸盐溶液；
（3）将配制好的磷酸盐溶液滴加到胶原纤维分散液中，在pH为9～13、温度为0℃～40℃的条件下进行矿化，完成矿化后得到矿化胶原纤维；
步骤二：多孔钙磷盐/胶原支架制备
（1）将胶原蛋白加入到矿化胶原纤维中，在0℃～10℃的环境下搅拌，直至得到均一的粘稠物，其中胶原蛋白与矿化胶原纤维的质量比为1:9～9:1；
（2）将调匀的粘稠物注入模具，放入-20℃～-80℃的环境下预冻0.5小时以上，然后将预冻后的产品用真空冷冻干燥机冻干，得到海绵状多孔材料；
步骤三：交联
（1）将得到的海绵状多孔材料置于0.005%～0.03%的戊二醛溶液中交联15～120分钟；
（2）取出交联后的材料用蒸馏水清洗；
（3）清洗后的材料放入-20℃～-80℃的环境下冷冻0.5小时以上，然后将交联后的产品用真空冷冻干燥机冻干，得到纳米钙磷盐-胶原复合支架。
具体地，所述磷酸盐包括磷酸钠盐、磷酸铵盐、磷酸钾盐。
所述步骤一的第（3）步骤中，加入磷酸盐后按摩尔比计Ca:PO4 3-为1.2～2，整个滴加过程的时间为4～12小时，矿化后钙磷盐与胶原纤维的质量比为1:9～1:1。
在完成矿化后应置于矿化条件下陈化12小时以上，最后以蒸馏水洗净，0℃～10℃保存即可。
所述纳米钙磷盐/胶原复合支架的孔隙率达到98%以上且孔隙尺寸分布于5～200μm，孔隙之间互通。
一种由上述方法制备的纳米钙磷盐/胶原复合支架。
上述方法制备的纳米钙磷盐/胶原复合支架在作为骨科和牙科修复材料的应用
本发明的有益效果是：
1、本发明方法所制备的纳米钙磷盐/胶原复合支架的孔隙率达到95%以上（通过液体浸润法测得）且尺寸分布于5～200μm，微孔之间互通。
2、本发明所得到的纳米钙磷盐/胶原复合支架中的纳米钙磷盐分布在胶原纤维的内部，且钙磷盐中的钙离子能与胶原中的羧酸根络合形成结合紧密的复合物，不易脱落。
3、本发明所得到的纳米钙磷盐/胶原复合支架在浸水后能够保持原有形态，且挤压后能回复到原有形态。
附图说明
图1是纳米羟基磷灰石、胶原支架材料内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
本实施例纳米钙磷盐/胶原复合支架的制备方法为将纳米钙磷盐牢固地分布于高孔隙率的胶原海绵之中，然后成型、冻干、交联而得，具体包括以下步骤及工艺条件：
胶原纤维、胶原蛋白均为实验室自制且符合标准。
1、将2.0g胶原纤维分散到100ml的饱和氢氧化钙溶液中，搅拌使胶原纤维充分溶胀。
2、将46ml，0.03M的磷酸钠溶液以蠕动泵滴加到胶原纤维溶胀物中，滴加速度为0.1ml/min，整个矿化过程在室温条件下完成。
3、完成矿化后的胶原纤维静置于室温条件下陈化24小时。
4、以蒸馏水清洗矿化后的胶原纤维，直至洗出的液体呈中性。
5、将胶原蛋白按照干重的30%加入到矿化后的胶原纤维中，并在低温的条件下搅拌5h，得到均匀的糊状物。
6、将上述均匀的混合物注入10cm×10cm×0.5cm的模具中，置于-80℃的低温冰箱冷冻3小时，然后将冻实的样品用真空冷冻干燥的方法干燥，得到海绵状多孔材料。
7、将上述海绵状材料浸泡于0.03%的戊二醛溶液中交联1小时。
8、交联后的样品以蒸馏水充分清洗，然后再次真空冷冻干燥。
9、干燥后的样品进过包装、杀菌即可用作组织工程支架。
得到的样品通过扫描电镜观察到的图片如图1，其孔隙率很高，且纳米钙磷盐分布于胶原纤维内部（可以通过图1证明，扫描电镜图片中看不到表面有矿物质，基本分布于胶原内部）。
通过上述方法制备的纳米钙磷盐/胶原复合支架，以灼伤法测得的材料钙磷盐含量，和以甲苯浸润法测得的孔隙率测定数据如下：
将一片规格为50mm×50mm×5m的样品放到生理盐水的表面，样品将在5秒钟内可完全渗透，且将浸水后的样品挤压后重新放入水中可以迅速回弹，有很好的回弹性。
如上所述，便可较好的实现本发明。
Claims (8)
1.纳米钙磷盐／胶原复合支架的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一：胶原纤维的矿化
(1)将胶原纤维分散在饱和的氢氧化钙溶液中，搅拌使其充分溶胀得到胶原纤维分散液；
(2)配制0.001～0.1M的磷酸盐溶液：
(3)将配制好的磷酸盐溶液滴加到胶原纤维分散液中，在pH为9～l3、温度为0℃～40℃的条件下进行矿化，完成矿化后得到矿化胶原纤维；
步骤二：多孔钙磷盐／胶原支架制备
(1)将胶原蛋白加入到矿化胶原纤维中，在0℃～10℃的环境下搅拌，直至得到均一的粘稠物，其中胶原蛋白与矿化胶原纤维的质量比为l：9～9：l；
(2)将调匀的粘稠物注入模具，放入-20℃～-80℃的环境下预冻0．5小时以上，然后将预冻后的产品用真空冷冻干燥机冻干，得到海绵状多孔材料；
步骤三：交联
(1)将得到的海绵状多孔材料置于0.005％～0.003％的戊二醛溶液中交联l5～120分钟；
(2)取出交联后的材料用蒸馏水清洗；
(3)清洗后的材料放入-20℃～-80℃的环境下冷冻0.5小时以上，然后将交联后的产品用真空冷冻干燥机冻干，得到纳米钙磷盐-胶原复合支架。
2.根据权利要求l所述的纳米钙磷盐／胶原复合支架的制备方法，其特征在于，所述磷酸盐包括磷酸钠盐、磷酸铵盐、磷酸钾盐。
3.根据权利要求l所述的纳米钙磷盐／胶原复合支架的制备方法，其特征在于，所述步骤一的第(3)步骤中，加入磷酸盐后按摩尔比计Ca：P04 3—为l.2～2，整个滴加过程的时间为4～l2小时，矿化后钙磷盐与胶原纤维的质量比为l：9～l：l。
4.根据权利要求l或3所述的纳米钙磷盐／胶原复合支架的制备方法，其特征在于，在完成矿化后应置于矿化条件下陈化12小时以上，最后以蒸馏水洗净，0℃～l0℃保存即可。
5.一种如权利要求1-3中任意一项所述的纳米钙磷盐／胶原复合支架的制备方法所制备的纳米钙磷盐／胶原复合支架。
6.一种如权利要求4所述的纳米钙磷盐／胶原复合支架的制备方法所制备的纳米钙磷盐／胶原复合支架。
7.一种如权利要求1-3中任意一项所述的纳米钙磷盐／胶原复合支架的制备方法所制备的纳米钙磷盐／胶原复合支架在作为骨科和牙科修复材料的应用。
8.一种如权利要求4所述的纳米钙磷盐／胶原复合支架的制备方法所制备的纳米钙磷盐／胶原复合支架在作为骨科和牙科修复材料的应用。
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