專利名稱：貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基骨修復(fù)材料，特別涉及貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料及其制備 方法。
背景技術(shù)：
在運(yùn)動(dòng)、事故或腫瘤切除造成的骨缺損以及局部矯形中，需要類骨活性物質(zhì)對(duì)骨 組織進(jìn)行填充、修復(fù)。為使骨組織盡快康復(fù)，要求填充的材料具有適宜的孔隙率。具有適當(dāng) 孔徑和孔隙率的多孔支架填充材料，能為骨組織的生長(zhǎng)提供有利通道和空間，增大材料與 組織液接觸的表面積，促進(jìn)新生骨的生長(zhǎng)。羥基磷灰石是天然骨的主要無機(jī)成分，具有良好的生物活性和生物相容性，植入 人體后能在短時(shí)間內(nèi)與人體的軟硬組織形成緊密結(jié)合，廣泛應(yīng)用于生物硬組織的修復(fù)和替 換材料。中國(guó)專利CN 1413738A公開了一種由海螵蛸改性制備軟質(zhì)人工骨的方法，該材料 具有良好的生物相容性和生物活性。目前，采用珊瑚、烏賊骨、海膽等生物材料為原料成功制備羥基磷灰石均見有報(bào) 道。然而，隨海洋污染日益嚴(yán)重，此類材料資源有限，獲取成本高，難以滿足臨床需求。中國(guó) 專利CN 101306806A公開了一種以牡蠣白堊層為原料合成羥基磷灰石的方法，但該方法制 備的羥基磷灰石大小受白堊層尺寸限制，缺少適合成骨細(xì)胞生長(zhǎng)的多孔結(jié)構(gòu)。因此，開發(fā)一 種以廢棄海洋資源為原料制備多孔羥基磷灰石支架的技術(shù)，具有極高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán) 保意義，符合低碳發(fā)展戰(zhàn)略。殼聚糖是一種天然的生物可降解的堿性多糖，其降解產(chǎn)物對(duì)機(jī)體無免疫原性，具 有良好的生物相容性和可降解性，同時(shí)還具有天然的藥物活性、抗腫瘤活性和消炎作用，可 加快創(chuàng)傷愈合。將羥基磷灰石多孔支架與多孔殼聚糖復(fù)合，可提高陶瓷支架的力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供具有良好生物相容性的貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材 料及其制備方法。所述貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料包括貝殼多孔羥基磷灰石支架基體和填 充于基體內(nèi)部的多孔殼聚糖。所述貝殼羥基磷灰石支架基體為片狀晶體且具有相互連通的三維大孔結(jié)構(gòu)，孔徑 可為200 500 μ m,所述多孔殼聚糖的孔徑可為50 150 μ m。所述貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料的制備方法包括以下步驟1)將貝殼粉末加入磷酸氫二銨溶液中，得混合液，加熱反應(yīng)后離心收集沉淀，清 洗、烘干沉淀即得貝殼羥基磷灰石粉末；2)將貝殼羥基磷灰石粉末與聚乙烯醇和水以質(zhì)量比(20 25) (7 10) (65 73)的比例混合，攪拌后靜置，得貝殼羥基磷灰石漿料，將貝殼羥基磷灰石漿料 涂覆于聚氨酯海綿表面，干燥，燒結(jié)，即得貝殼羥基磷灰石多孔支架；
3)將貝殼羥基磷灰石多孔支架浸入乙酸配制的殼聚糖溶液中，待貝殼羥基磷灰石 多孔支架完全沉入殼聚糖溶液后，取出貝殼羥基磷灰石多孔支架放入堿性凝固液中凝固， 將凝固后的貝殼羥基磷灰石多孔支架用水洗滌，真空冷凍干燥，即得貝殼多孔羥基磷灰石 基骨修復(fù)材料。在步驟1)中，所述貝殼粉與磷酸氫二銨溶液的體積比可為1 (20 60)，所述磷 酸氫二銨溶液的質(zhì)量濃度可為2% 4% ；所述加熱反應(yīng)的溫度可為120 220°C，所述加 熱反應(yīng)的時(shí)間可為2 72h。在步驟2)中，所述貝殼羥基磷灰石粉末與聚乙烯醇和去離子水的質(zhì)量比最好為 25 7.5 67. 5，所述攪拌的時(shí)間可為12 24h，所述靜置的時(shí)間可為3 6h;所述燒結(jié) 的溫度可為1100 1250°C，燒結(jié)的時(shí)間可為1 3h。在步驟3)中，所述乙酸的質(zhì)量濃度可為2%，所述乙酸配制的殼聚糖溶液中殼聚 糖濃度可為 5%，所述堿性凝固液可為0. 1 0. 5mol/L氫氧化鈉溶液；所述真空冷凍 干燥前，可將貝殼羥基磷灰石多孔支架置于-20 -40°C預(yù)凍4 12h。本發(fā)明以廢棄貝殼為原料，通過水熱反應(yīng)制備貝殼羥基磷灰石，利用有機(jī)模板復(fù) 制與冷凍干燥相結(jié)合的技術(shù)制備具有良好生物相容性的貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材 料。制備工藝簡(jiǎn)單，所用原料為廢棄海洋資源，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)亦可解決海洋污染問 題。貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料具有大量相互貫通的微孔結(jié)構(gòu)，適合細(xì)胞生長(zhǎng)與組 織修復(fù)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，無毒性，無副作用，無排斥反應(yīng)，是一種良好的骨填充材料。貝殼多 孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料的孔徑大小由聚氨酯海綿規(guī)格決定，孔隙率由殼聚糖溶液的濃 度決定，支架外部形貌由聚氨酯海綿模板的尺寸決定。


圖1為貝殼原始形貌圖。在圖1中，標(biāo)尺為2cm。圖2為貝殼羥基磷灰石粉末掃描電鏡圖片。在圖2中，標(biāo)尺為1 μ m。圖3為貝殼羥基磷灰石粉末的X射線衍射(XRD)圖譜。在圖3中，橫坐標(biāo)為衍射 角(2 θ )，縱坐標(biāo)為強(qiáng)度(a. u.)。圖4為貝殼羥基磷灰石多孔支架X射線衍射圖譜。在圖4中，橫坐標(biāo)為衍射角 (2 θ )，縱坐標(biāo)為強(qiáng)度(a. u.)。圖5為貝殼羥基磷灰石多孔支架內(nèi)部掃描電鏡圖。在圖5中，標(biāo)尺為200μπι。圖6貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料內(nèi)部掃描電鏡圖。在圖6中，標(biāo)尺為 100 μ m0
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例11)牡蠣殼(參見圖1)清洗烘干粉碎后，取牡蠣殼粉末20g、磷酸氫二銨20g及去離 子水500ml，密封于反應(yīng)釜中，2200C反應(yīng)6h，離心，清洗，烘干，即得貝殼羥基磷灰石粉末。 由X射線衍射結(jié)果(參見圖3)表明，所制備的粉末為高度結(jié)晶的羥基磷灰石。掃描電鏡結(jié) 果顯示(參見圖2)，所制備的羥基磷灰石為納米級(jí)片狀結(jié)構(gòu)。
2)采用貝殼羥基磷灰石粉末、聚乙烯醇和去離子水以25 7.5 67. 5比例配制 羥基磷灰石漿料，攪拌12h，室溫靜置3h。將羥基磷灰石漿料均勻涂覆于聚氨酯海綿，經(jīng)干 燥、1200°C下燒結(jié)2h后得到羥基磷灰石多孔支架。X射線衍射結(jié)果顯示支架為高度結(jié)晶的 羥基磷灰石晶體(參見圖4)，貝殼羥基磷灰石支架基體具有相互連通的三維大孔結(jié)構(gòu)，孔 徑分布為200 500 μ m(參見圖5)。3)配制殼聚糖乙酸溶液，將貝殼羥基磷灰石支架基體浸于殼聚糖乙酸溶液 中，待支架完全沉入殼聚糖溶液后，取出支架放入0. 5mol/L氫氧化鈉溶液凝固液中凝固， 用去離子水洗滌至中性，-20°C預(yù)凍4h，放入真空冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥，即得貝殼多孔羥 基磷灰石基骨修復(fù)材料(參見圖6)，該復(fù)合支架內(nèi)部為多孔羥基磷灰石支架基體填充殼聚 糖結(jié)構(gòu)，殼聚糖呈相互貫通的多孔結(jié)構(gòu)，孔徑為50 100 μ m。貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料外觀呈白色均勻多孔結(jié)構(gòu)。羥基磷灰石具有良 好的生物相容性，能與新骨形成骨鍵合，但羥基磷灰石支架脆性較大。殼聚糖具有良好的生 物相容性和可降解性。通過將多孔殼聚糖填充到多孔羥基磷灰石支架內(nèi)部，將無機(jī)物和有 機(jī)物界面結(jié)合在一起，提高了多孔羥基磷灰石支架的穩(wěn)定性和完整性，同時(shí)起到增韌作用， 有效提高支架的力學(xué)性能。實(shí)施例21)牡蠣清洗烘干粉碎后，取貝殼粉末15g、磷酸氫二銨15g及去離子水500mL，密封 于反應(yīng)釜中，120°C反應(yīng)72h。離心清洗烘干后得到貝殼羥基磷灰石粉末。2)采用貝殼羥基磷灰石粉末、聚乙烯醇和去離子水以20 10 70比例配制貝殼 羥基磷灰石漿料，攪拌24h，室溫靜置6h。將羥基磷灰石漿料均勻涂覆于聚氨酯海綿，經(jīng)干 燥、1250°C下燒結(jié)Ih后得到羥基磷灰石多孔支架。3)配制3%殼聚糖乙酸溶液，將貝殼羥基磷灰石支架基體浸于殼聚糖乙酸溶液 中，待支架完全沉入殼聚糖溶液后，取出支架放入0. lmol/L氫氧化鈉溶液凝固液中凝固， 用去離子水洗滌至中性，-20°C預(yù)凍12h，放入真空冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥，得到貝殼多孔羥 基磷灰石基骨修復(fù)材料。實(shí)施例31)文蛤貝殼清洗烘干粉碎后，取貝殼粉末10g、磷酸氫二銨IOg及去離子水500mL， 密封于反應(yīng)釜中，180°C反應(yīng)48h。離心清洗烘干后得到貝殼羥基磷灰石粉末。2)采用貝殼羥基磷灰石粉末、聚乙烯醇和去離子水以25 7 68比例配制貝殼 羥基磷灰石漿料，攪拌18h，室溫靜置5h。將羥基磷灰石漿料均勻涂覆于聚氨酯海綿，經(jīng)干 燥、iioo°c下燒結(jié)3h后得到羥基磷灰石多孔支架。3)配制5%殼聚糖乙酸溶液，將貝殼羥基磷灰石支架基體浸于殼聚糖乙酸溶液 中，待支架完全沉入殼聚糖溶液后，取出支架放入0. 3mol/L氫氧化鈉溶液凝固液中凝固， 用去離子水洗滌至中性，-20°C預(yù)凍8h，放入真空冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥，得到貝殼多孔羥 基磷灰石基骨修復(fù)材料。
權(quán)利要求
貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料，其特征在于所述貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料包括貝殼多孔羥基磷灰石支架基體和填充于基體內(nèi)部的多孔殼聚糖，所述貝殼羥基磷灰石支架基體為片狀晶體且具有相互連通的三維大孔結(jié)構(gòu)，孔徑為200～500μm；所述多孔殼聚糖的孔徑為50～150μm。
2.如權(quán)利要求1所述的貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于包 括以下步驟1)將貝殼粉末加入磷酸氫二銨溶液中，得混合液，加熱反應(yīng)后離心收集沉淀，清洗、烘 干沉淀即得貝殼羥基磷灰石粉末；2)將貝殼羥基磷灰石粉末與聚乙烯醇和水以質(zhì)量比(20 25) (7 10) (65 73)的比例混合，攪拌后靜置，得貝殼羥基磷灰石漿料，將貝殼羥基磷灰石漿料涂覆于聚氨 酯海綿表面，干燥，燒結(jié)，即得貝殼羥基磷灰石多孔支架；3)將貝殼羥基磷灰石多孔支架浸入乙酸配制的殼聚糖溶液中，待貝殼羥基磷灰石多孔 支架完全沉入殼聚糖溶液后，取出貝殼羥基磷灰石多孔支架放入堿性凝固液中凝固，將凝 固后的貝殼羥基磷灰石多孔支架用水洗滌，真空冷凍干燥，即得貝殼多孔羥基磷灰石基骨 修復(fù)材料。
3.如權(quán)利要求1所述的貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于在 步驟1)中，所述貝殼粉與磷酸氫二銨溶液的體積比為1 20 60。
4.如權(quán)利要求1所述的貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于在 步驟1)中，所述磷酸氫二銨溶液的質(zhì)量濃度為2% 4%。
5.如權(quán)利要求1所述的貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于在 步驟1)中，所述加熱反應(yīng)的溫度為120 220°C，所述加熱反應(yīng)的時(shí)間為2 72h。
6.如權(quán)利要求1所述的貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于在 步驟2)中，所述貝殼羥基磷灰石粉末與聚乙烯醇和去離子水的質(zhì)量比為25 7.5 67.5。
7.如權(quán)利要求1所述的貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于在 步驟2)中，所述攪拌的時(shí)間為12 24h，所述靜置的時(shí)間為3 6h。
8.如權(quán)利要求1所述的貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于在 步驟2)中，所述燒結(jié)的溫度為1100 1250°C，燒結(jié)的時(shí)間為1 3h。
9.如權(quán)利要求1所述的貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于在 步驟3)中，所述乙酸的質(zhì)量濃度為2%，所述乙酸配制的殼聚糖溶液中殼聚糖濃度為1 % 5%，所述堿性凝固液為0. 1 0. 5mol/L氫氧化鈉溶液。
10.如權(quán)利要求1所述的貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于 在步驟3)中，所述真空冷凍干燥前，是將貝殼羥基磷灰石多孔支架置于-20 -40°c預(yù)凍 4 12h。
全文摘要
貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料及其制備方法。涉及基骨修復(fù)材料，提供貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料及其制備方法。所述貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料包括貝殼多孔羥基磷灰石支架基體和填充于基體內(nèi)部的多孔殼聚糖。制備方法包括將貝殼粉末與磷酸氫二銨溶液混合，加熱，離心收集沉淀，清洗、烘干得貝殼羥基磷灰石粉末；將貝殼羥基磷灰石粉末與聚乙烯醇和去離子水混合，攪拌得貝殼羥基磷灰石漿料；將貝殼羥基磷灰石漿料均勻涂覆于聚氨酯海綿表面，干燥，燒結(jié)，得貝殼羥基磷灰石多孔支架；將貝殼羥基磷灰石多孔支架浸于乙酸配制的殼聚糖溶液中進(jìn)行凝固，真空冷凍干燥，得貝殼多孔羥基磷灰石基骨修復(fù)材料。
文檔編號(hào)A61L27/42GK101983728SQ20101053658
公開日2011年3月9日 申請(qǐng)日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者侯振清, 姚清清, 張其清, 楊云, 蒲曦鳴 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)