專利名稱：一種羥基磷灰石／高聚物生物復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分子基復(fù)合材料，尤其是一種羥基磷灰石(Hydroxy Apatite，略寫HA)/高聚物生物復(fù)合材料的制備方法，該材料應(yīng)用于骨缺損的修復(fù)與替代。
背景技術(shù)：
骨缺損的修復(fù)與替代一直是一個(gè)世紀(jì)以來不斷深入研究的重要課題和熱門課題之一，在應(yīng)用數(shù)量上骨移植已成為僅次于輸血的人體組織移植。然而由于目前所生產(chǎn)的生物材料在生物相容性和力學(xué)性能不能滿足臨床上要求，迄今為止對(duì)創(chuàng)傷、感染和腫瘤切除后造成的大范圍骨缺損的修復(fù)與替代仍未得到有效的解決。目前羥基磷灰石/高分子生物復(fù)合材料普遍存在的問題是(1)所采用的天然生物醫(yī)用高分子如膠原、透明質(zhì)酸和骨形成蛋白等，雖蘊(yùn)涵豐富生物信息，但不易大量制備且批量間性能差異很大；而人工合成生物醫(yī)用高分子如生物可降解脂肪族聚乳酸(PLA)、聚羥基乙酸(PGA)及其共聚物等雖能大批量生產(chǎn)，細(xì)微結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和降解響應(yīng)可調(diào)，但其缺乏細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn)。
(2)羥基磷灰石/高分子生物材料多采用機(jī)械共混或熔融共混法制備，普遍存在的缺點(diǎn)是①羥基磷灰石顆粒與高分子之間只是機(jī)械混合，兩相間缺乏化學(xué)鍵合，界面結(jié)合強(qiáng)度差；②羥基磷灰石在高分子中沒有形成有序的微觀結(jié)構(gòu)，與人體骨組織微觀結(jié)構(gòu)相差較遠(yuǎn)，不能為細(xì)胞提供與人體骨相類似的微環(huán)境；③羥基磷灰石在高分子中分散不勻，且HA取向雜亂無章，這三方面的原因?qū)е鹿钦T導(dǎo)材料的生物力學(xué)性能較差，只適合用于非承載部位骨組織的替換，應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種HA/高聚物生物復(fù)合材料的制備方法，解決上述問題。通過改善高分子表面物化性質(zhì)、提高界面結(jié)合強(qiáng)度；調(diào)控HA晶體生長與分布來改善HA/高分子生物骨組織材料的生物力學(xué)性能和生物相容性。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是高密度聚乙烯(High DensityPolyethelene，略寫為HDPE)的表面枝接改性、礦化液的配制、HA在高密度聚乙烯HDPE表面的原位礦化和注射成型，具體的制備過程如下①將高密度聚乙烯HDPE放入強(qiáng)氧化性溶溶中浸泡1天-3天進(jìn)行表面改性，使其表面枝接上有機(jī)官能團(tuán)，提高其細(xì)胞識(shí)別功能和誘導(dǎo)HA晶體取向生長能力；②將表面改性過的高密度聚乙烯HDPE浸入已配好的礦化溶液中，進(jìn)行原位礦化，礦化溫度控制在室溫-50℃之間，pH值4.6-7.4，礦化時(shí)間3天-30天，過濾、清洗、干燥，得到HA/HDPE復(fù)合粉末；③再通過注身成型方法制備HA/HDPE生物復(fù)合材料。
強(qiáng)氧化性溶液為將化學(xué)分析純過氧化苯甲酰，充分溶解于丙酮中，再將丙烯酸倒入其中得到均一溶液，混合后各物質(zhì)的質(zhì)量比為過氧化苯甲?！帽帽┧幔?∶24∶40。
礦化液溶液為用化學(xué)分析純Ca(NO3)2·4H2O，NaCl，(NH4)H2PO4和NaHCO3，將其依次溶解于去離子水中，控制Ca/P＝1.67，[Ca2+]＝4mmol/L，pH＝4.6-7.4左右，離子強(qiáng)度l＝0.15mol/L。
礦化液可添加Mg2+，SO42-等離子及氨基酸來調(diào)控羥基磷灰石HA晶體生長。
本發(fā)明通過在現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)的高分子表面枝接具有細(xì)胞識(shí)別能力并能誘導(dǎo)HA晶體取向生長的有機(jī)官能團(tuán)，以提高高分子的細(xì)胞識(shí)別功能和誘導(dǎo)HA晶體取向生長能力；模擬人體骨中HA的生長過程，通過原位礦化復(fù)合技術(shù)，調(diào)控HA晶體尺寸、形貌、取向，提高羥基磷灰石HA與高聚物之間的界面結(jié)合強(qiáng)度和HA在高聚物材料中的分布。通過改變羥基磷灰石HA晶體在生物復(fù)合材料中的規(guī)則取向和有序排列來提高HA/高聚物生物復(fù)合材料的生物力學(xué)性能；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果充分體現(xiàn)在工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備要求低；復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度高；羥基磷灰石晶體均勻分布、規(guī)則取向，見圖2；材料生物相容性和生物力學(xué)性能均有明顯提高，力學(xué)性能指標(biāo)達(dá)到彈性模量≥18HPa，拉伸強(qiáng)度≥120MPa，彎曲強(qiáng)度≥140MPa，接近皮質(zhì)骨力學(xué)性能。


圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
圖2是原位礦化制備的規(guī)則取向的羥基磷灰石晶體形貌圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1①將過氧化苯甲酰、丙酮、丙烯酸以5∶24∶40質(zhì)量百分比配成均一的強(qiáng)氧化性溶液，將高密度聚乙烯HDPE浸入強(qiáng)氧化性溶液，在50℃浸泡2h，使高密度聚乙烯HDPE表面形成一層過氧化層，過氧化苯甲酰受熱后產(chǎn)生自由基，引發(fā)丙烯酸枝接到高密度聚乙烯HDPE分子鏈上；清洗、過濾、干燥；②將Ca(NO3)2·4H2O，NaCl，(NH4)H2PO4和NaHCO3依次溶解于去離子水中配成礦化溶液，控制溫度37℃，Ca/P＝1.67，[Ca2+]＝4mmol/L，pH＝7.4左右，溶液離子強(qiáng)度l＝0.15mol/L，將高密度聚乙烯HDPE浸入礦化液中礦化3天，過濾、清洗、干燥，得到HA/HDPE復(fù)合粉末；③再通過注射成型方法制備HA/HDPE生物復(fù)合材料。
實(shí)施例2①將鉻酸、高錳酸鉀、雙氧水和甲基丙烯酸甲酯以5∶8∶50∶100的質(zhì)量百分比配成均一強(qiáng)氧化性溶液，將高密度聚乙烯HDPE浸入其中，室溫下浸泡2h，使甲基丙烯酸甲酯枝接到高密度聚乙烯HDPE分子鏈上；②將KCl、MgCl2、CaCl2、Na2SO4、K2HPO4、NaHCO3、NaCl溶于去離子水中配成均一溶液，其中各物質(zhì)濃度為KCl為3mmol/L、MgCl2為1.5mmol/L、CaCl2為2.5mmol/L、Na2SO4為0.5mmol/L、K2HPO4為1mmol/L、NaHCO3為4.2mmol/L、NaCl為2mmol/L，用3-羥甲基-氨基甲烷和HCl做緩沖溶液保持pH＝7.4，溫度37℃，將高密度聚乙烯HDPE浸入礦化液中礦化3天，過濾、清洗、干燥，得到HA/HDPE復(fù)合粉末；③再通過注射成型方法制備HA/HDPE生物復(fù)合材料。
實(shí)施例3①將二苯甲酮、丙烯酸、丙酮配成均一溶液，將高密度聚乙烯HDPE浸入其中，在50℃下浸泡24h，再用紫外光線(UV)輻射能量在7×103J輻射下引發(fā)丙烯酸枝接到高密度聚乙烯HDPE表面，清洗、過濾、干燥；②將Ca(NO3)2·4H2O，NaCl，(NH4)H2PO4和NaHCO3依次溶解于去離子水中配成礦化溶液，控制溫度37℃，Ca/P＝1.67，[Ca2+]＝4mmol/L，pH＝7.4左右，溶液離子強(qiáng)度l＝0.15mol/L，將高密度聚乙烯HDPE浸入礦化液中礦化3天，過濾、清洗、干燥，得到HA/HDPE復(fù)合粉末；③再通過注射成型方法制備HA/HDPE生物復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種羥基磷灰石/高聚物生物復(fù)合材料的制備方法，包括高密度聚乙烯HDPE的表面枝接改性、礦化液的配制、羥基磷灰石HA在高密度聚乙烯HDPE表面的原位礦化和注射成型，其特征在于①將超高密度聚乙烯HDPE放入強(qiáng)氧化性溶溶中浸泡1天-3天進(jìn)行表面改性，使其表面枝接上有機(jī)官能團(tuán)，提高其細(xì)胞識(shí)別功能和誘導(dǎo)羥基磷灰石HA晶體取向生長能力；②將表面改性過的高密度聚乙烯HDPE浸入已配好的礦化溶液中，進(jìn)行原位礦化，礦化溫度控制在室溫-50℃之間，pH值4.6-7.4，礦化時(shí)間3天-30天，過濾、清洗、干燥，得到HA/HDPE復(fù)合粉末；③再通過注身成型方法制備HA/HDPE生物復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的羥基磷灰石/高聚物生物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于強(qiáng)氧化性溶液為將化學(xué)分析純過氧化苯甲酰，充分溶解于丙酮中，再將丙烯酸倒入其中得到均一溶液，混合后各物質(zhì)的質(zhì)量比為過氧化苯甲?！帽帽┧幔?∶24∶40。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的羥基磷灰石/高聚物生物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于礦化液溶液為用化學(xué)分析純Ca(NO3)2·4H2O，NaCl，(NH4)H2PO4和NaHCO3，將其依次溶解于去離子水中，控制Ca/P＝1.67，[Ca2+]＝4mmol/L，pH＝4.6-7.4左右，離子強(qiáng)度1＝0.15mol/L；礦化液可添加Mg2+，SO42-等離子及氨基酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的羥基磷灰石/高聚物生物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于①將過氧化苯甲酰、丙酮、丙烯酸以5∶24∶40質(zhì)量百分比配成均一的強(qiáng)氧化性溶液，將高密度聚乙烯HDPE浸入強(qiáng)氧化性溶液，在50℃浸泡2h，使高密度聚乙烯HDPE表面形成一層過氧化層，過氧化苯甲酰受熱后產(chǎn)生自由基，引發(fā)丙烯酸枝接到高密度聚乙烯HDPE分子鏈上；清洗、過濾、干燥；②將Ca(NO3)2·4H2O，NaCl，(NH4)H2PO4和NaHCO3依次溶解于去離子水中配成礦化溶液，控制溫度37℃，Ca/P＝1.67，[Ca2+]＝4mmol/L，pH＝7.4左右，溶液離子強(qiáng)度1＝0.15mol/L，將高密度聚乙烯HDPE浸入礦化液中礦化3天，過濾、清洗、干燥，得到HA/HDPE復(fù)合粉末；③再通過注射成型方法制備HA/HDPE生物復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的羥基磷灰石/高聚物生物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于①將鉻酸、高錳酸鉀、雙氧水和甲基丙烯酸甲酯以5∶8∶50∶100的質(zhì)量百分比配成均一強(qiáng)氧化性溶液，將高密度聚乙烯HDPE浸入其中，室溫下浸泡2h，使甲基丙烯酸甲酯枝接到高密度聚乙烯HDPE分子鏈上；②將KCl、MgCl2、CaCl2、Na2SO4、K2HPO4、NaHCO3、NaCl溶于去離子水中配成均一溶液，其中各物質(zhì)濃度為KCl為3mmol/L、MgCl2為1.5mmol/L、CaCl2為2.5mmol/L、Na2SO4為0.5mmol/L、K2HPO4為1mmol/L、NaHCO3為4.2mmol/L、NaCl為2mmol/L，用3-羥甲基-氨基甲烷和HCl做緩沖溶液保持pH＝7.4，溫度37℃，將高密度聚乙烯HDPE浸入礦化液中礦化3天，過濾、清洗、干燥，得到HA/HDPE復(fù)合粉末；③再通過注射成型方法制備HA/HDPE生物復(fù)合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的羥基磷灰石/高聚物生物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于①將二苯甲酮、丙烯酸、丙酮配成均一溶液，將高密度聚乙烯HDPE浸入其中，在50℃下浸泡24h，再用紫外光線(UV)輻射能量在7×103J輻射下引發(fā)丙烯酸枝接到高密度聚乙烯HDPE表面，清洗、過濾、干燥；②將Ca(NO3)2·4H2O，NaCl，(NH4)H2PO4和NaHCO3依次溶解于去離子水中配成礦化溶液，控制溫度37℃，Ca/P＝1.67，[Ca2+]＝4mmol/L，pH＝7.4左右，溶液離子強(qiáng)度1＝0.15mol/L，將高密度聚乙烯HDPE浸入礦化液中礦化3天，過濾、清洗、干燥，得到HA/HDPE復(fù)合粉末；③再通過注射成型方法制備HA/HDPE生物復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及高分子基復(fù)合材料，尤其是一種羥基磷灰石/高聚物生物復(fù)合材料的制備方法，該材料應(yīng)用于骨缺損的修復(fù)與替代，其特征在于包括高密度聚乙烯的表面枝接改性、礦化液的配制、羥基磷灰石在高密度聚乙烯表面的原位礦化和注射成型。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備要求低，制備的復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度高，羥基磷灰石晶體均勻分布和規(guī)則取向，材料生物相容性和生物力學(xué)性能均有明顯提高，力學(xué)性能指標(biāo)達(dá)到彈性模量≥18HPa，拉伸強(qiáng)度≥120MPa，彎曲強(qiáng)度≥140MPa，接近皮質(zhì)骨力學(xué)性能。
文檔編號(hào)A61L27/00GK1689653SQ20041002315
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2004年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月29日
發(fā)明者周科朝, 黃蘇萍, 李志友, 朱東波, 朱曬紅 申請(qǐng)人:中南大學(xué)