CN103920187B - 一种丝素蛋白和脱钙骨基质复合的骨修复材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物材料技术领域，是一种骨修复材料的制备方法。该骨修复材料由丝素蛋白和脱钙骨基质两部分组成。本发明通过盐析法制备脱钙骨基质和丝素蛋白复合的骨修复材料。该制备方法不但保留了脱钙骨基质的骨诱导和骨传导能力，而且提高了骨修复材料的力学性能。本发明制备的骨修复材料具有良好的促进骨再生的能力和出色的力学性能，并显著提高骨修复材料的形状保持力和植入能力。
Description
（一）技术领域
本发明涉及生物医用材料领域，特别是涉及一种具有良好的骨诱导和骨传导作用，同时具有出色力学性能的丝素蛋白和脱钙骨基质复合的骨修复材料。
（二）背景技术
众所周知，骨缺损和骨不连一直是骨科医生面临的一大难题，如何修复骨缺损和骨不连一直是骨科界的棘手问题。近年来，骨移植替代物成为研究热点。目前常用的修复材料包括自体骨、异体骨和人工合成替代物三种。自体骨由于含有骨诱导因子，骨传导基质和骨生成细胞，可诱导多能干细胞向成骨细胞分化，利于血管的长入以及骨再生，因此，自体骨是人的理想骨移植材料，但其具有如下的缺点：1.来源有限，特别是不能满足大段骨缺损手术的需要；2.患者需要承受供区并发症带来的额外痛苦；3.延长了手术时间，相应的增加了出血量。异体骨移植具有良好的骨传导性，经过特定方法处理之后还可以保留其骨诱导性，但它容易引起免疫排斥反应，而且取样、处理、贮存的成本高，其应用受到很大限制。人工合成替代物，如聚甲基丙烯酸甲酯、聚飒、硫化硅橡胶等，都是非降解材料，虽然来源广泛，但由于这些材料不可降解，导致缺损区不能通过骨重建来再生骨。另外，日常生活中对骨填充部位产生的应力也是最终导致修复失败的一个重要原因。所以，一个理想的骨修复材料除了应具有骨传导和骨诱导能力并在外科手术中易于操作，还应具有一定的力学强度。
由同种异体骨经过特殊处理制成的脱钙骨基质（DBM），不但具有天然骨的组成成分，并且具有骨传导和骨诱导作用。DBM被证实是有效的植骨材料，已经日益应用于植骨外科手术中。由于DBM良好的骨再生能力，其被广泛应用于矫形外科、牙科、神经外科中，还被用于治疗骨瘤、骨损伤和骨折。由于DBM的力学性能较差，不适合用于需要承受重力和其他应力的部位，这使得DBM的使用范围大大减少。另外，由于DBM具有比较低的水溶性，当DBM单独用于移植时不能较好地维持需要的形状，包含在DBM内的骨生长蛋白也可能在体内被消化水解。另外，由于DBM不完全的形状保持能力导致DBM的低植入能力，使得寻找一种具有良好生物相容性且具有较好力学性能的材料与DBM复合，成为解决问题的有效方法之一。
近年来，一种天然高分子材料—蚕丝，由于其优良的力学性能，同时在生物相容性方面又优于传统的人工合成可降解高分子材料，成为组织工程领域令人关注的一类特殊的生物材料。丝素蛋白是从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白，含量约占蚕丝的70％～80％，含有18种氨基酸，其中甘氨酸(gly)、丙氨酸(ala)和丝氨酸(ser)约占总组成的80％以上。很多研究已经表明，丝素蛋白具有出色的力学性能和良好的生物相容性。
因此，本发明利用盐析法将丝素蛋白和脱钙骨基质进行复合制备骨修复材料，一方面，保留了脱钙骨基质的骨传导和骨诱导能力；另一方面，可以提高骨修复材料的力学性能和生物相容性，并显著提高骨修复材料的形状保持力和植入能力。
（三）发明内容
本发明的目的是制备一种具有良好的骨诱导和骨传导能力，同时具有良好力学性能的丝素蛋白和脱钙骨基质复合的骨修复材料。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
a)丝素蛋白的制备：
将家蚕丝置于0.1%的Na2CO3溶液中，于98～100°C处理30分钟，重复三次，以脱去蚕丝纤维表面的丝胶蛋白，在室温空气中晾干。将蚕丝纤维放入CaCl2-CH3CH2OH-H2O（摩尔比为1：2：8）溶液中溶解，保持温度在78±2℃并不断搅拌，得到丝素蛋白溶液，随后用透析管在蒸馏水中透析。最后，将丝素蛋白溶液在冷冻干燥机中进行冷冻干燥；
b）共混溶液的制备：
将冷冻干燥的丝素蛋白和脱钙骨基质按一定比例置于烧杯中，加入六氟异丙醇，震荡直到丝素蛋白全部溶解，得到共混溶液；
c）共混物的制备：
用标准分子筛筛选200～300um的氯化钠颗粒，加入到上述溶液中，搅拌均匀得到共混物；
d）转入模具：
将上述共混物转入模具中，并且注意压实；
e）材料成型：
将模具在通风橱中放置，直至复合材料呈现固化趋势为止。从模具中取出共混物，无水乙醇浸泡0.5小时。然后置于双蒸水中，使氯化钠溶于双蒸水得到多孔脱钙骨基质和丝素蛋白复合的骨修复材料。最后真空干燥箱中干燥。
本发明的优点是：
（1）本发明所制备的丝素蛋白和脱钙骨基质复合的骨修复材料不但具有良好的骨诱导和骨传导能力，而且具有良好的力学性能。
（2）本发明工艺简单，耗量少，耗时短，易实现商业生产。
（3）根据需要可调节材料的形状和大小。
（4）本发明所制备的丝素蛋白和脱钙骨基质复合的骨修复材料具有较好的形状保持力和植入能力。
（5）本发明所制备的丝素蛋白和脱钙骨基质复合的骨修复材料有望应用于临床，修复骨缺损和骨不连。
（四）具体实施方式
具体结合实施例，对本发明做进一步的阐述。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容后，本领域技术人员可以对发明做各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
丝素蛋白和脱钙骨基质复合的骨修复材料的制备方法如下：它是由下述重量配比组成的骨修复材料，脱钙骨基质：丝素蛋白=1:5。且丝素蛋白溶液的浓度为17%(g/ml)。
a）丝素蛋白的制备：
将家蚕丝置于0.1%的Na2CO3溶液中，于98～100°C处理30分钟，重复三次，以脱去蚕丝纤维表面的丝胶蛋白，在室温空气中晾干。将蚕丝纤维放入CaCl2-CH3CH2OH-H2O（摩尔比为1：2：8）溶液中溶解，保持温度在78±2℃并不断搅拌，得到丝素蛋白溶液，随后用透析管在蒸馏水中透析。最后，将丝素蛋白溶液进行冷冻干燥；
b）共混溶液的制备：
将将冷冻干燥的丝素蛋白0.85g和脱钙骨基质0.17g置于烧杯中，加入六氟异丙醇5ml，震荡直到丝素蛋白全部溶解，得到共混溶液；
c）共混物的制备：
用标准分子筛筛选200～300um的氯化钠颗粒，加入到上述溶液中，搅拌均匀得到共混物；
d）转入模具：
将上述共混物转入模具中，并且注意压实；
e）材料成型：
将模具在通风橱中放置，直至复合材料呈现固化趋势为止。从模具中取出共混物，无水乙醇浸泡0.5小时。然后置于双蒸水中，使氯化钠溶于双蒸水得到多孔脱钙骨基质和丝素蛋白复合的骨修复材料。最后真空干燥箱中干燥。
实施例2
丝素蛋白和脱钙骨基质复合的骨修复材料的制备方法如下：它是由下述重量配比组成的骨修复材料，脱钙骨基质：丝素蛋白=2:5。且丝素蛋白溶液的浓度为17%(g/ml)。
a）丝素蛋白的制备：
将家蚕丝置于0.1%的Na2CO3溶液中，于98～100°C处理30分钟，重复三次，以脱去蚕丝纤维表面的丝胶蛋白，在室温空气中晾干。将蚕丝纤维放入CaCl2-CH3CH2OH-H2O（摩尔比为1：2：8）溶液中溶解，保持温度在78±2℃并不断搅拌，得到丝素蛋白溶液，随后用透析管在蒸馏水中透析。最后，将丝素蛋白溶液在冷冻干燥机中进行冷冻干燥；
b）共混溶液的制备：
将将冷冻干燥的丝素蛋白0.85g和脱钙骨基质0.34g置于烧杯中，加入六氟异丙醇5ml，震荡直到丝素蛋白全部溶解，得到共混溶液；
c）共混物的制备：
用标准分子筛筛选200～300um的氯化钠颗粒，加入到上述溶液中，搅拌均匀得到共混物；
d）转入模具：
将上述共混物转入模具中，并且注意压实；
e）材料成型：
将模具在通风橱中放置，直至复合材料呈现固化趋势为止。从模具中取出共混物，无水乙醇浸泡0.5小时。然后置于双蒸水中，使氯化钠溶于双蒸水得到多孔脱钙骨基质和丝素蛋白复合的骨修复材料。最后真空干燥箱中干燥。
实施例3
丝素蛋白和脱钙骨基质复合的骨修复材料的制备方法如下：它是由下述重量配比组成的骨修复材料，脱钙骨基质：丝素蛋白=4:5。且丝素蛋白溶液的浓度为17%(g/ml)。
a）丝素蛋白的制备：
将家蚕丝置于0.1%的Na2CO3溶液中，于98～100°C处理30分钟，重复三次，以脱去蚕丝纤维表面的丝胶蛋白，在室温空气中晾干。将蚕丝纤维放入CaCl2-CH3CH2OH-H2O（摩尔比为1：2：8）溶液中溶解，保持温度在78±2℃并不断搅拌，得到丝素蛋白溶液，随后用透析管在蒸馏水中透析。最后，将丝素蛋白溶液在冷冻干燥机中进行冷冻干燥；
b）共混溶液的制备：
将将冷冻干燥的丝素蛋白0.85g和脱钙骨基质0.68g置于烧杯中，加入六氟异丙醇5ml，震荡直到丝素蛋白全部溶解，得到共混溶液；
c）共混物的制备：
用标准分子筛筛选200～300um的氯化钠颗粒，加入到上述溶液中，搅拌均匀得到共混物；
d）转入模具：
将上述共混物转入模具中，并且注意压实；
e）材料成型：
将模具在通风橱中放置，直至复合材料呈现固化趋势为止。从模具中取出共混物，无水乙醇浸泡0.5小时。然后置于双蒸水中，使氯化钠溶于双蒸水得到多孔脱钙骨基质和丝素蛋白复合的骨修复材料。最后真空干燥箱中干燥。
Claims (3)
1.脱钙骨基质和丝素蛋白复合骨修复材料的制备方法，其特征在于，该方法按如下步骤进行：
a)丝素蛋白的制备：将家蚕丝置于0.1％的Na2CO3溶液中，于98～100℃处理30分钟，重复三次，以脱去蚕丝纤维表面的丝胶蛋白，在室温空气中晾干，将蚕丝纤维放入CaCl2-CH3CH2OH-H2O溶液中溶解，所述CaCl2-CH3CH2OH-H2O溶液中各组分摩尔比依次为1：2：8，保持温度在78±2℃并不断搅拌，得到丝素蛋白溶液，随后用透析管在蒸馏水中透析，最后，将丝素蛋白溶液在冷冻干燥机中进行冷冻干燥；
b)共混溶液的制备：将冷冻干燥的丝素蛋白和脱钙骨基质置于烧杯中，加入六氟异丙醇，震荡直到丝素蛋白全部溶解，得到共混溶液；
c)共混物的制备：用标准分子筛筛选200～300μm的氯化钠颗粒，加入到上述溶液中，搅拌均匀得到共混物；
d)转入模具：将上述共混物转入模具中，并且注意压实；
e)材料成型：将模具在通风橱中放置，直至复合材料呈现固化趋势为止，从模具中取出共混物，无水乙醇浸泡0.5小时，然后置于双蒸水中，使氯化钠溶于双蒸水得到多孔脱钙骨基质和丝素蛋白复合的骨修复材料，最后真空干燥箱中干燥；其中，脱钙骨基质与丝素蛋白的比例在1:10到4:5的范围内。
2.如权利要求1所述的脱钙骨基质和丝素蛋白复合的骨修复材料的制备方法，其特征在于：该骨修复材料的形状可根据需要选择相应的模具。
3.如权利要求1所述的脱钙骨基质和丝素蛋白复合的骨修复材料的制备方法，其特征在于：丝素蛋白溶液的浓度在8％至30％的范围内。
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