CN103977452A - 有抗菌性的纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有抗菌性能的纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸复合材料及制备方法，按质量份包括：纳米银粉末，2～5份；羟基磷灰石粉末，20～50份；聚乳酸，40～50份；壳聚糖，2～10份。步骤如下：将纳米银粉末和羟基磷灰石粉末加入聚乳酸熔浆中，并滴加壳聚糖溶液，冷冻干燥,获得纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸复合材料；将冷冻干燥的复合材料浸泡在氢氧化钠溶液中，用水冲洗；然后浸泡在硼氢化钠溶液中，用三蒸水冲洗，冷冻干燥，获得具有抗菌性能的纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸复合材料。本发明的复合材料具有持久、高效的杀菌、抗感染能力，具有生物相容性，适合成骨细胞生长，同时能够降解，为骨缺损的修复提供了一种新型的复合材料。

Description

有抗菌性的纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸材料及制备方法

技术领域

本发明涉及骨组织工程生物材料，具体涉及一种具有抗菌性能的纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸复合材料及制备方法。

背景技术

骨感染包括慢性骨髓炎和骨结核等。随着生活水平的提高，目前骨结核在临床上较为少见，但慢性骨髓炎的发病却很常见。骨髓炎为一种骨的感染和破坏，其致病菌常见于金黄色葡萄球菌，乙型链球菌、大肠杆菌等。近年来随着工农业及交通运输业的高速发展，严重开放性骨折患者数量也在不断增加，外伤已成为慢性骨髓炎的重要病因，其他还有术后感染及急性骨髓炎的迁延等。慢性骨髓炎因复发率高，治疗时间长，不仅对患者工作、生活造成极大的不良影响，也给患者身体和心理上造成很大的痛苦，而且给家庭和社会造成很大的经济负担。

骨组织工程策略是治疗骨缺损，特别是大骨缺损的有效手段之一。将骨组织工程材料植入缺损部位时不可避免的要与周围组织直接接触，因而手术后感染比较严重，从而影响缺损部位的修复。因此生物材料应该具有优良的抗菌活性以减少感染的可能性，同时提高组织工程材料的长期保存性能。目前常采用在骨组织工程材料中载入抗菌药物(例如加庆大霉素、头孢类的抗菌药物)赋予其抗感染能力。但是这些药物过多的引入，有可能会产生副作用。

银作为抗菌剂使用已有几个世纪的历史，纳米技术的发展使银作为抗菌剂的使用具有潜在的优势和宽广的应用。利用聚乳酸以及羟基磷灰石为主要成分，制备骨组织工程材料，能较好地模拟骨的组成，并在其中引入纳米银，使其具备抗菌能力，使得本发明材料能够满足具有抗菌作用及刺激成骨作用，且内植入物材料能够在体内环境中安全降解而避免二次手术，又能够达到骨修复的期望

传统的治疗方法是将病灶清除并辅以全身抗生素治疗，待感染控制以后，再对病灶彻底清除后残留的骨缺损行二期植骨。这势必给病人带来身心痛苦，造成医疗资源浪费。因此，如何获得局部良好的抗菌效果而不导致全身副作用，同时能够诱导成骨，进行骨修复就成为慢性骨髓炎治疗方法的努力方向之一。慢性骨髓炎治疗的关键在于彻底清除病灶和消灭死腔，从而进行骨修复。而病灶清除及死骨摘除后常出现不同范围的骨缺损，如骨缺损大，影响了骨干的机械强度和稳定性，则常需要植骨以促进骨愈合。因而寻求一种新的材料，能够满足具有抗菌作用及刺激成骨作用，且内植入物材料能够在体内环境中安全降解而避免二次手术，又能够达到骨修复的期望，是我们所需要解决的难题。

发明内容

本发明的一种有抗菌性的纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸材料，按质量份包括：纳米银粉末，2～5份；羟基磷灰石粉末，20～50份；聚乳酸，40～50份；壳聚糖，2～10份。

优选的，所述纳米银粉末的粒径在5～20nm之间，平均15nm；羟基磷灰石粉末的粒径为10～80nm。

本发明的一种具有抗菌性能的纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)、称取葡聚糖，将其溶于去离子水中，制备成质量浓度为0.1％～0.5％葡聚糖溶液，搅拌直至全部溶解；

2)、将磷酸氢二钠溶于葡聚糖溶液中，形成0.5mol/L的磷酸氢二钠溶液，向磷酸氢二钠溶液中滴加氯化钙溶液至钙与磷的物质的量比例为1.67，充分搅拌后用氢氧化钠溶液调节pH大于8.0，搅拌1～4小时，静置24小时，冷冻干燥获得羟基磷灰石粉末；

3)、摇匀纳米银溶液，取5000mmol/L纳米银溶液离心，用三蒸水冲洗并离心，重复3次，最后真空干燥获得纳米银粉末；

4)、称取壳聚糖，溶于质量浓度为2％的醋酸溶液中，形成质量浓度为2％的壳聚糖溶液备用；

5)、称取聚乳酸熔融，控温160～200℃，得聚乳酸熔浆，备用；

6)、将纳米银粉末和羟基磷灰石粉末加入聚乳酸熔浆中，并滴加壳聚糖溶液，在20kHz的超声波分散机进行超声分散，形成均一稳定的分散浆液，按质量份，纳米银粉末占2～5份、羟基磷灰石粉末占20～50份、聚乳酸占40～50份、壳聚糖占2～10份；

7)、充分搅拌分散浆液后，倒入模具中成型，置于超低温冰箱中，冷冻12小时以上，冷冻塑形之后放置真空冷冻干燥机进行冷冻干燥,获得纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸复合材料；

超低温冰箱的型号为DW-86L828(海尔)，箱内温度范围为-40℃～-86℃。

将浆液倒入模具中是为了制作试验样品，方便细胞试验和动物实验，同时也可以制作出所需样品的形状。

8)、将冷冻干燥的复合材料浸泡在氢氧化钠溶液中12小时以上，用水冲洗；然后浸泡在硼氢化钠溶液中12小时以上，用三蒸水冲洗，冷冻干燥，获得具有抗菌性能的纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸复合材料。

本发明的纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸复合材料具有持久、高效的杀菌、抗感染能力，具有生物相容性，适合成骨细胞生长，同时能够降解，为骨缺损的修复提供了一种新型的复合材料，并且纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸复合材料的制备方法简单，易操作。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明做进一步说明。

实施所用的主要原料为壳聚糖(脱乙酰度95％，分子量20万)、葡聚糖、硝酸银、磷酸氢二钠、氯化钙、氢氧化钠、硼氢化钠等均为化学纯。

实施例一

(1)称取0.1g葡聚糖，将其溶于50ml去离子水中，搅拌至全部溶解，制备成质量浓度为0.2％葡聚糖溶液。

(2)将3.2g磷酸氢二钠溶于葡聚糖溶液中，形成0.5mol/L的磷酸氢二钠溶液，向其中滴加0.5mol/L的氯化钙溶液，使钙与磷的物质的量比例为1.67为止。充分搅拌后，用氢氧化钠溶液调节其pH大于8.0，搅拌4小时，静置24小时，冷冻干燥获得羟基磷灰石粉末。

(3)摇匀纳米银溶液，取5000mmol/L纳米银溶液硝酸银2ml溶液离心，用三蒸水冲洗3次并离心，最后真空干燥获得纳米银粉末。

(4)称取1g壳聚糖，溶于50ml质量浓度为2％的醋酸溶液中，形成质量浓度为2％的壳聚糖溶液备用；

(5)称取5g聚乳酸熔融，控温160℃，得聚乳酸熔浆备用。

(6)称取0.1g纳米银，1g羟基磷灰石，分散于2g聚乳酸浆液中，并滴加5ml壳聚糖溶液，大功率超声分散，形成均一稳定的分散液。

(7)在分散液充分搅拌后，倒入模具中成型，置于超低温冰箱(-20℃)中冷冻12小时以上，然后冷冻干燥获得复合材料。

(8)将冷冻干燥的复合材料浸泡在1％的氢氧化钠溶液中12小时以上，用大量流动三蒸水冲洗至材料表面粘附水分呈中性或弱碱性，PH为7.00-7.45；然后浸泡在1％的硼氢化钠溶液中12小时以上，用大量三蒸水冲洗，后冷冻干燥，获得具有抗菌性能的纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸复合材料。

实施例二

(1)称取0.2g葡聚糖，将其溶于50ml去离子水中，搅拌至全部溶解，制备成质量浓度为0.4％葡聚糖溶液。

(2)将3.4g磷酸氢二钠溶于葡聚糖溶液中，形成0.5mol/L的磷酸氢二钠溶液，向其中滴加0.5mol/L的氯化钙溶液，使钙与磷的物质的量比例为1.67为止。充分搅拌后，用氢氧化钠溶液调节其pH大于8.0，搅拌4小时后，静置24小时后，冷冻干燥获得羟基磷灰石粉末。

(3)摇匀纳米银溶液，取5000mmol/L纳米银溶液硝酸银3ml溶液离心，用三蒸水冲洗3次并离心，最后真空干燥获得纳米银粉末。

(4)称取1g壳聚糖，溶于50ml质量浓度为2％的醋酸溶液中，形成质量浓度为2％的壳聚糖溶液备用；

(5)称取取5g聚乳酸熔融，控温170℃，得聚乳酸熔浆备用。

(6)称取0.15g纳米银，1g羟基磷灰石，分散于2.2g聚乳酸浆液中，并滴加10ml壳聚糖溶液，大功率超声分散，形成均一稳定的分散液。

(7)在分散液充分搅拌后，倒入模具中成型，置于超低温冰箱(-40℃)中冷冻12小时以上，然后冷冻干燥获得复合材料。

(8)将冷冻干燥的复合材料浸泡在1％的氢氧化钠溶液中12小时以上，用大量的水冲洗；然后浸泡在1％的硼氢化钠溶液中12小时以上，用大量的水冲洗，后冷冻干燥，获得具有抗菌性能的纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸复合材料。

实施例三

(1)称取0.3g葡聚糖，将其溶于50ml去离子水中，搅拌至全部溶解，制备成质量浓度为0.6％葡聚糖溶液。

(2)将3.2g磷酸氢二钠溶于葡聚糖溶液中，形成0.5mol/L的磷酸氢二钠溶液，向其中滴加0.5mol/L的氯化钙溶液，使钙与磷的物质的量比例为1.67为止。充分搅拌后，用氢氧化钠溶液调节其pH大于8.0，搅拌3小时后，静置24小时后，冷冻干燥获得羟基磷灰石粉末。

(3)摇匀纳米银溶液，取5000mmol/L纳米银溶液硝酸银4ml溶液离心，用三蒸水冲洗3次并离心，最后真空干燥获得纳米银粉末。

(4)称取1g壳聚糖，溶于50ml质量浓度为2％的醋酸溶液中，形成质量浓度为2％的壳聚糖溶液备用；

(5)称取取6g聚乳酸熔融，控温180℃，得聚乳酸熔浆备用。

(6)称取0.2g纳米银，1g羟基磷灰石，分散于2.5g聚乳酸浆液中，并滴加20ml壳聚糖溶液，大功率超声分散，形成均一稳定的分散液。

(7)在分散液充分搅拌后，倒入模具中成型，置于超低温冰箱(-60℃)中冷冻12小时以上，然后冷冻干燥获得复合材料。

(8)将冷冻干燥的复合材料浸泡在1％的氢氧化钠溶液中12小时以上，用大量的水冲洗；然后浸泡在1％的硼氢化钠溶液中12小时以上，用大量的水冲洗，后冷冻干燥，获得具有抗菌性能的纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸复合材料。

实验例：

通过细胞共培养实验证实该骨组织工程复合材料具有优良的生物相容性，适宜于成骨细胞生长，能够促进骨组织的再生。同时本材料还具有持久、高效的杀菌特点，可以满足医用抗骨感染材料的性能要求，具有广阔的应用前景。

细胞共培养实验

将复合材料按6孔细胞培养板的底部大小制备成圆形模片(直径7mm，厚1mm)，超声清洗、环氧乙烷消毒备用。然后在无菌条件下将复合材料模片放于6孔板底部，以超声清洁、消毒后的玻片为对照，每孔加入细胞悬液(3×10⁴个/孔)，培养一定时间(4h，24h，48h，72h)后取出观察，用相差显微镜观察细胞生长及与材料附着情况，实验证明其可以在材料上生长,并且成长良好。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种有抗菌性的纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸材料，其特征在于，按质量份包括：纳米银粉末，2～5份；羟基磷灰石粉末，20～50份；聚乳酸，40～50份；壳聚糖，2～10份。

2.根据权利要求1所述一种具有抗菌性能的纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸材料，其特征在于：所述纳米银粉末的粒径在5～20nm之间，平均15nm；羟基磷灰石粉末的粒径为10～80nm。

3.一种有抗菌性的纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、称取葡聚糖，将其溶于去离子水中，制备成质量浓度为0.1％～0.5％葡聚糖溶液，搅拌直至全部溶解；

2)、将磷酸氢二钠溶于葡聚糖溶液中，形成0.5mol/L的磷酸氢二钠溶液，向磷酸氢二钠溶液中滴加氯化钙溶液至钙与磷的物质的量比例为1.67，充分搅拌后用氢氧化钠溶液调节pH大于8.0，搅拌1～4小时，静置24小时，冷冻干燥获得羟基磷灰石粉末；

3)、摇匀纳米银溶液，取5000mmol/L纳米银溶液离心，用三蒸水冲洗并离心，重复3次，最后真空干燥获得纳米银粉末；

4)、称取壳聚糖，溶于质量浓度为2％的醋酸溶液中，形成质量浓度为2％的壳聚糖溶液备用；

5)、称取聚乳酸熔融，控温160～200℃，得聚乳酸熔浆，备用；

6)、将纳米银粉末和羟基磷灰石粉末加入聚乳酸熔浆中，并滴加壳聚糖溶液，在20kHz的超声波分散机进行超声分散，形成均一稳定的分散浆液，按质量份，纳米银粉末占2～5份、羟基磷灰石粉末占20～50份、聚乳酸占40～50份、壳聚糖占2～10份；

7)、充分搅拌分散浆液后，倒入模具中成型，置于超低温冰箱中，冷冻12小时以上，冷冻塑形之后放置真空冷冻干燥机进行冷冻干燥,获得纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸复合材料；

8)、将冷冻干燥的复合材料浸泡在氢氧化钠溶液中12小时以上，用水冲洗；然后浸泡在硼氢化钠溶液中12小时以上，用三蒸水冲洗，冷冻干燥，获得具有抗菌性能的纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸复合材料。

4.根据权利要求2所述一种具有抗菌性能的纳米银-羟基磷灰石-聚乳酸材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)控温优选170～180℃。