CN108478874B - 一种羟乙基壳聚糖纳米复合骨支架材料的制备方法 - Google Patents

一种羟乙基壳聚糖纳米复合骨支架材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108478874B
CN108478874B CN201810378947.4A CN201810378947A CN108478874B CN 108478874 B CN108478874 B CN 108478874B CN 201810378947 A CN201810378947 A CN 201810378947A CN 108478874 B CN108478874 B CN 108478874B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydroxyethyl chitosan
solution
bone scaffold
chitosan
scaffold material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810378947.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108478874A (zh
Inventor
聂磊
侯孟娟
杨亚男
李星辰
董婧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xinyang Normal University
Original Assignee
Xinyang Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xinyang Normal University filed Critical Xinyang Normal University
Priority to CN201810378947.4A priority Critical patent/CN108478874B/zh
Publication of CN108478874A publication Critical patent/CN108478874A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108478874B publication Critical patent/CN108478874B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • A61L27/44—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
    • A61L27/48—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix with macromolecular fillers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • A61L27/44—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
    • A61L27/46—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix with phosphorus-containing inorganic fillers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/58—Materials at least partially resorbable by the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

本发明涉及一种羟乙基壳聚糖纳米复合骨支架材料的制备方法，先采用沉淀法得到磷钙粉末，焙烧处理后，得到羟基磷灰石/β‑磷酸三钙双相磷钙纳米粉末，再将壳聚糖进行羟乙基化，制备羟乙基壳聚糖，最后将羟乙基壳聚糖溶解在1％的醋酸溶液中，按照质量比(1～4):1:(0.5～4)的质量比将羟乙基壳聚糖、明胶和双相磷钙纳米粉末混合搅拌，脱气分散均匀，然后将溶液进行循环冷冻解冻处理，最后干燥，即得。整个制备过程简单易操作，可以批量制备，成本较低，无污染，本发明的三元材料体系使制备的骨支架拥有合适的降解速率，提高了骨支架的细胞相容性，具有更好的生物活性，可以使细胞更好的附着，增殖。

Description

一种羟乙基壳聚糖纳米复合骨支架材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种羟乙基壳聚糖纳米复合骨支架材料的制备方法，属于生物医学材料技术领域。
背景技术
壳聚糖是由自然界广泛存在的几丁质经过脱乙酰作用得到的，这种天然高分子具有生物相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能，是制备生物医用领域中一种较好的材料。但壳聚糖凝胶在制备过程中需要通过交联，交联剂通常选用戊二醛，交联剂的引入会降低支架的细胞相容性，而且力学性能也较差。
骨组织中含有大量的磷钙材料，比如磷酸三钙、羟基磷灰石、碳酸钙等，因此磷钙材料常被用于制备人工骨支架。由于与骨的组成相似性，磷酸钙基生物材料如羟基磷灰石(HA，Ca10(PO4)6(OH)2)，磷酸三钙(β-TCP，Ca3(PO4)2)和双相钙磷酸(BCP)等可以用于骨支架制备。BCP是HA和β-TCP的混合物，由一定比例的无机物质磷酸三钙和羟基磷灰石组成，双相磷钙可以克服磷酸三钙容易降解和羟基磷灰石不易降解的缺点，并且具有良好的骨传导性和骨诱导性。在用于骨科手术的各种磷酸钙生物材料中，BCP是结合了高机械强度，HA的优异生物活性和更快的β-TCP降解速率的骨替代物的重要候选者。由磷酸钙制成的生物陶瓷都具有较差的机械性能，在承重区域具有一定局限性。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种羟乙基壳聚糖纳米复合骨支架材料的制备方法，工艺简单，成本低，易于操作，制得的骨支架材料可以使细胞在支架上更好的附着和增殖，活性高，力学性能好。
技术方案
本发明人通过对壳聚糖进行羟乙基化，可以改善壳聚糖的细胞相容性和力学性能，并且加入不同比例的双相磷钙纳米粉末以及纤维素，制得纳米复合骨支架材料，使骨支架拥有合适的降解速率，并且具有更好的生物活性，可以使细胞更好的附着，让其更好的增殖。具体方案如下：
一种羟乙基壳聚糖纳米复合骨支架材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备双相磷钙纳米粉末：将Ca(NO3)2.4H2O溶液和(NH4)2HPO4溶液按照钙磷摩尔比为(1.55～1.70):1加入到容器中，搅拌混合均匀，然后将pH调至11，得到白色的粉末沉淀，过滤后，将白色粉末用去离子水清洗，然后依次进行干燥、焙烧、研磨，最后过200目筛，得到双相磷钙纳米粉末；
(2)制备羟乙基壳聚糖：取10g壳聚糖加入到15～18g的50wt％氢氧化钠溶液中进行碱化，得到壳聚糖溶液，在-20℃条件下静置1～3h后，加入15～25ml溶剂异丙醇，搅拌升温至70～80℃，再搅拌冷却至室温，然后加入130～180ml异丙醇和15～19ml 2-氯乙醇的混合溶液，搅拌均匀后，采用盐酸溶液调pH7，再采用无水乙醇洗涤，然后进行透析，最后冷冻干燥，即得羟乙基壳聚糖；
(3)制备复合骨支架材料：取羟乙基壳聚糖溶解在1wt％的醋酸溶液中，得到羟乙基壳聚糖溶液，羟乙基壳聚糖浓度为2～5wt％，往羟乙基壳聚糖溶液中加入纤维素和双相磷钙纳米粉末，羟乙基壳聚糖、纤维素、双相磷钙纳米粉末的质量比为(1～4):1:(0.5～4)，室温下搅拌均匀后，再脱气使其分散均匀，然后将得到的溶液倒入24孔板中循环冷冻解冻处理3～9次，最后放入冷冻干燥机中进行干燥，即得。
进一步，步骤(1)中，Ca(NO3)2.4H2O溶液的浓度为0.4M，(NH4)2HPO4溶液的浓度为0.2M。
进一步，步骤(1)中，所述焙烧在马弗炉中进行，首先以10℃/min的速率升温到1125℃，然后保持1h，最后随炉降到常温。
进一步，步骤(2)中，所述碱化在-20℃冰箱内进行，碱化时间超过24h。
进一步，步骤(2)中，盐酸溶液浓度为0.1M。
进一步，步骤(2)中，透析选用的是截留分子量在10000Da的透析袋，透析时间为2d以上。
进一步，步骤(3)中，所述羟乙基壳聚糖、纤维素、双相磷钙纳米粉末的质量比为1:1:2。
进一步，步骤(3)中，所述循环冷冻解冻处理是指：放入-20℃冰箱内冷冻24小时，然后拿出来常温下解冻12个小时，然后再放入-20℃冰箱内冷冻。
本发明的有益效果：本发明将羟乙基壳聚糖与不同比例的双相磷钙纳米粉末以及纤维素混合，获得复合骨支架。与现有技术相比，本发明的优势在于：①选用羟乙基壳聚糖可以提高骨支架的细胞相容性，骨支架中加入磷钙纳米粉末，使骨支架拥有合适的降解速率，使其在新骨长出时，骨支架适当的降解，不会影响骨的修复；②选用三元材料体系，使新制备的骨支架具有更好的生物活性，可以使细胞更好的附着，让其更好的增殖；③整个制备过程简单易操作，可以进行大量的制备，制备支架的高分子材料成本较低，无污染。
附图说明
图1为实施例1-3制得的纳米复合骨支架材料的扫描电镜图；
图2为实施例1-6制得的纳米复合骨支架材料的孔隙率；
图3为实施例1-6制得的纳米复合骨支架材料的细胞相容性测试结果。
具体实施方式
下面将通过附图和具体实施例具体说明本发明，但这些具体实施方案不以任何方式限制该发明的保护范围。该实验方案所用到原料均可在市场购得。
实施例1
(1)制备双相磷钙纳米粉末：将0.4M的Ca(NO3)2.4H2O溶液和0.2M的(NH4)2HPO4溶液按照钙磷摩尔比为1.65:1加入到三颈烧瓶中，搅拌混合均匀，然后采用25％氨水将pH调至11，得到白色的粉末沉淀，过滤后，将白色粉末用去离子水清洗，然后80℃干燥，再放入马弗炉中焙烧，先以10℃/min的速率升温到1125℃，保持1h后，随炉降到常温，然后取出研磨，最后过200目筛，得到双相磷钙纳米粉末；
(2)制备羟乙基壳聚糖：取10g壳聚糖加入到16.7g的50wt％氢氧化钠溶液中进行碱化，得到壳聚糖溶液，所述碱化在-20℃冰箱内进行，碱化时间为24h，在-20℃条件下静置1h后，加入溶剂异丙醇，搅拌升温至78℃，再搅拌冷却至室温，然后加入133ml异丙醇和18.3ml 2-氯乙醇的混合溶液，搅拌均匀后，采用0.1M的盐酸溶液调pH7，再采用无水乙醇洗涤3次，然后选用截留分子量在10000Da的透析袋透析2d，最后冷冻干燥，即得羟乙基壳聚糖；
(3)制备复合骨支架材料：取羟乙基壳聚糖溶解在1wt％的醋酸溶液中，得到羟乙基壳聚糖溶液，羟乙基壳聚糖浓度为2wt％，往羟乙基壳聚糖溶液中加入纤维素和双相磷钙纳米粉末，羟乙基壳聚糖、纤维素、双相磷钙纳米粉末的质量比为1:1:1，室温下搅拌均匀后，再脱气使其分散均匀，然后将得到的溶液倒入24孔板中循环冷冻解冻处理(将28孔板放入-20℃冰箱内冷冻24小时，然后拿出来常温下解冻12个小时，然后再放入-20℃冰箱内冷冻)9次，最后放入冷冻干燥机中干燥48h，即得。
实施例1制得的复合骨支架材料的扫描电镜图见图1。
实施例2
制备过程与实施例1基本相同，只除了步骤(2)中羟乙基壳聚糖、纤维素、双相磷钙纳米粉末质量比为2:1:1。
实施例2制得的复合骨支架材料的扫描电镜图见图1，其中，图1A为实施例1的复合骨支架材料，图1B为实施例2的复合骨支架材料。
实施例3
制备过程与实施例1基本相同，只除了步骤(2)中羟乙基壳聚糖、纤维素、双相磷钙纳米粉末质量比为1:1:2。
实施例3制得的复合骨支架材料的扫描电镜图见图1，其中，图1A为实施例1的复合骨支架材料，图1B为实施例2的复合骨支架材料，图1C为实施例3的复合骨支架材料。
实施例4
制备过程与实施例1基本相同，只除了步骤(2)中羟乙基壳聚糖、纤维素、双相磷钙纳米粉末质量比为2:1:2。
实施例5
制备过程与实施例1基本相同，只除了步骤(2)中羟乙基壳聚糖、纤维素、双相磷钙纳米粉末质量比为2:1:3。
实施例6
制备过程与实施例1基本相同，只除了步骤(2)中羟乙基壳聚糖、纤维素、双相磷钙纳米粉末质量比为3:1:3。
性能测试
1.测试实施例1-6的复合骨支架材料的孔隙率，结果见图2。
由图2可以看出这几种支架的孔隙率都达到了65％以上，其空隙连通率满足细胞在支架上的附着增殖。
2.将实施例1-6的复合骨支架材料进行细胞相容性检测。
细胞相容性测试流程如下：将样品用75％酒精进行消毒，然后与骨髓间充质干细胞进行培养，采用CCK-8进行评价。图3是本发明制备的复合骨支架材料的细胞相容性测试结果。由图3可以看出细胞在支架上随着时间的增加，细胞存活率呈增加趋势，制备出的复合骨支架材料具有良好的细胞相容性。

Claims (4)

1.一种羟乙基壳聚糖纳米复合骨支架材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备双相磷钙纳米粉末：将Ca(NO3)2·4H2O溶液和(NH4)2HPO4溶液按照钙磷摩尔比为(1.55～1.70):1加入到容器中，搅拌混合均匀，然后将pH调至11，得到白色的粉末沉淀，过滤后，将白色粉末用去离子水清洗，然后依次进行干燥、焙烧、研磨，最后过200目筛，得到双相磷钙纳米粉末；
(2)制备羟乙基壳聚糖：取10g壳聚糖加入到15～18g的50wt％氢氧化钠溶液中进行碱化，得到壳聚糖溶液，在-20℃条件下静置1～3h后，加入15～25ml溶剂异丙醇，搅拌升温至70～80℃，再搅拌冷却至室温，然后加入130～180ml异丙醇和15～19ml 2-氯乙醇的混合溶液，搅拌均匀后，采用盐酸溶液调pH7，再采用无水乙醇洗涤，然后进行透析，最后冷冻干燥，即得羟乙基壳聚糖；
(3)制备复合骨支架材料：取羟乙基壳聚糖溶解在1wt％的醋酸溶液中，得到羟乙基壳聚糖溶液，羟乙基壳聚糖浓度为2～5wt％，往羟乙基壳聚糖溶液中加入纤维素和双相磷钙纳米粉末，羟乙基壳聚糖、纤维素、双相磷钙纳米粉末的质量比为2:1:1，室温下搅拌均匀后，再脱气使其分散均匀，然后将得到的溶液倒入24孔板中循环冷冻解冻处理3～9次，最后放入冷冻干燥机中进行干燥，即得；
步骤(2)中，所述碱化在-20℃冰箱内进行，碱化时间超过24h；
步骤(2)中，透析选用的是截留分子量在10000Da的透析袋，透析时间为2d以上；
步骤(3)中，所述循环冷冻解冻处理是指：放入-20℃冰箱内冷冻24小时，然后拿出来常温下解冻12个小时，然后再放入-20℃冰箱内冷冻。
2.如权利要求1所述的羟乙基壳聚糖纳米复合骨支架材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，Ca(NO3)2·4H2O溶液的浓度为0.4M，(NH4)2HPO4溶液的浓度为0.2M。
3.如权利要求1所述的羟乙基壳聚糖纳米复合骨支架材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述焙烧在马弗炉中进行，首先以10℃/min的速率升温到1125℃，然后保持1h，最后随炉降到常温。
4.如权利要求1所述的羟乙基壳聚糖纳米复合骨支架材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，盐酸溶液浓度为0.1M。
CN201810378947.4A 2018-04-25 2018-04-25 一种羟乙基壳聚糖纳米复合骨支架材料的制备方法 Active CN108478874B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810378947.4A CN108478874B (zh) 2018-04-25 2018-04-25 一种羟乙基壳聚糖纳米复合骨支架材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810378947.4A CN108478874B (zh) 2018-04-25 2018-04-25 一种羟乙基壳聚糖纳米复合骨支架材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108478874A CN108478874A (zh) 2018-09-04
CN108478874B true CN108478874B (zh) 2020-11-27

Family

ID=63314048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810378947.4A Active CN108478874B (zh) 2018-04-25 2018-04-25 一种羟乙基壳聚糖纳米复合骨支架材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108478874B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109749094A (zh) * 2018-12-07 2019-05-14 信阳师范学院 一种双功能型微凝胶PNIPAM/HECs/D-cGO及其制备方法与应用
CN110327493A (zh) * 2019-08-07 2019-10-15 重庆市畜牧科学院 一种复合生物支架及制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103285427B (zh) * 2013-04-26 2014-11-05 中国国旅贸易有限责任公司 一种人工骨材料及其制备方法
CN103908693B (zh) * 2014-04-15 2015-10-28 山东颐诺生物科技有限公司 一种仿生型海藻酸基复合抗菌敷料及其制备方法
CN106188442B (zh) * 2016-08-02 2020-03-17 西安交通大学 一种壳聚糖衍生物水凝胶及其制备方法
CN107189109A (zh) * 2017-07-04 2017-09-22 浙江理工大学 一种均质聚多糖溶液及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108478874A (zh) 2018-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ma et al. Synthesis and characterization of injectable self-healing hydrogels based on oxidized alginate-hybrid-hydroxyapatite nanoparticles and carboxymethyl chitosan
Yin et al. Preparation and characterization of macroporous chitosan–gelatin/β‐tricalcium phosphate composite scaffolds for bone tissue engineering
WO2018072679A1 (zh) 一种仿生生物矿化人工骨修复材料及其制备方法与应用
Sarkar et al. Synthesis and characterization of mechanically strong carboxymethyl cellulose–gelatin–hydroxyapatite nanocomposite for load-bearing orthopedic application
Chuysinuan et al. Injectable eggshell-derived hydroxyapatite-incorporated fibroin-alginate composite hydrogel for bone tissue engineering
CN107349470B (zh) 一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法及其在人工骨膜中的应用
WO2006031196A1 (en) Porous biomaterial-filler composite and a method for making the same
CN107265426B (zh) 一种模板介导合成含硅羟基磷灰石材料及其制备方法
Chen et al. Novel chitosan hydrogel formed by ethylene glycol chitosan, 1, 6-diisocyanatohexan and polyethylene glycol-400 for tissue engineering scaffold: in vitro and in vivo evaluation
WO2007011172A1 (en) Preparation method of porous beta tricalcium phosphate granules
CN112023120B (zh) 一种可注射预灌装骨修复颗粒及其制备方法和应用
CN107903336B (zh) 一种磷酸肌酸改性壳聚糖材料及其制备方法与应用
CN108478874B (zh) 一种羟乙基壳聚糖纳米复合骨支架材料的制备方法
CN111317709A (zh) 一种可注射载双药物复合壳聚糖水凝胶及其制备方法
CN102552985B (zh) 一种丝素蛋白/磷酸钙骨水泥基多孔复合材料及其制备方法
CN103007342B (zh) 生物可降解医用磷酸三钙/γ-聚谷氨酸复合材料及其制备方法
CN102008753A (zh) 一种用于骨修复的有机-无机复合凝胶材料及其制备方法
CN115607733A (zh) 一种矿化胶原蛋白-多糖骨修复支架材料、制备方法和应用
CN105536069B (zh) 一种羟基磷灰石-石墨烯-壳聚糖三元交联还原复合材料及其制备方法
ES2357191T3 (es) Material compuesto poroso, correspondiente proceso de preparación y su uso para realizar dispositivo para ingeniería tisular.
CN109481732B (zh) 一种基于peg化壳聚糖-明胶体系的3d细胞打印材料及其应用
CN107899088B (zh) 一种用于预防去除内固定物后再骨折的多孔生物支架及其制备
US7709462B2 (en) Implantable and biocompatible gellable composition
CN108553686A (zh) 一种纳米骨组织支架材料的制备方法
WO2023065474A1 (zh) 基于磷酸钙的有机-无机复合生物活性材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant