專利名稱：一種網(wǎng)眼狀仿生骨多孔支架材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)材料及組織工程再生醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種骨組織工程仿 生多孔支架材料的制備方法，具體涉及一種網(wǎng)眼狀仿生骨多孔支架材料的制備方法。
背景技術(shù)：
組織工程是近些年發(fā)展起來的一種以修復(fù)、維護、促進缺損組織或器官形態(tài)、結(jié)構(gòu) 和功能為目的新型再生醫(yī)學(xué)技術(shù)。該技術(shù)是通過將種子細胞種植于三維多孔支架材料中， 經(jīng)體外或體內(nèi)培養(yǎng)增殖和分化，實現(xiàn)組織或器官再生修復(fù)的，有望取代目前臨床上普遍應(yīng) 用的自體組織移植、異體/異種組織移植和種植體等修復(fù)方法。在組織工程技術(shù)中，三維多 孔支架材料是核心要素之一，不僅決定著再生組織的外部形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而且決定著種 子細胞在培養(yǎng)增殖和分化過程中所需營養(yǎng)成分和氧氣以及代謝產(chǎn)物的物質(zhì)交換速度，是決 定組織再生成功與否的關(guān)鍵因素之一。多孔支架材料包含兩層含義，一是為種子細胞分化 和增殖提供生存空間的孔結(jié)構(gòu)；二是具有生物相容性好、可生物降解和吸收，甚至具有生物 活性和理化指導(dǎo)因子的生物材料。由創(chuàng)傷、腫瘤、感染等原因造成的骨缺損和骨不愈合是臨床上最常見的骨科疾病 之一，使得骨、軟骨和牙等硬組織工程成為目前各國學(xué)者研究最為廣泛、最為深入的一種組 織工程技術(shù)，雖然取得了可喜的巨大進步，然而距臨床實際應(yīng)用仍有很大差距。其中，亟待 解決的關(guān)鍵問題有多孔支架材料孔結(jié)構(gòu)控制、血管化、支架內(nèi)外物質(zhì)交換、生物力學(xué)和干細 胞分化機制等，而多孔支架材料又是其核心，是其他功能的承擔者和體現(xiàn)者。目前，多孔支 架材料研究的中心任務(wù)是模擬自然骨的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和功能，以更好地調(diào)控種子細胞粘 附、生長、增殖和分化。自然骨的松質(zhì)骨部分具有網(wǎng)眼狀多孔結(jié)構(gòu)。目前，普遍被接受的多孔 支架理想的孔徑范圍為 100 400ym[Chang BS,Lee CK,Hong KS，et al. Osteoconduction at porous hydroxyapatite withvarious pore configurations. Biomaterials,2000,21 1291-1298]。硬組織工程支架材料中占主導(dǎo)地位的是具有生物活性甚至誘導(dǎo)性的生物陶瓷和 生物玻璃，如羥基磷灰石、磷酸三鈣、生物活性玻璃、硅酸鈣及其復(fù)合材料，以及它們與生物 高分子復(fù)合形成的有機/無機復(fù)合材料。多孔支架材料按孔結(jié)構(gòu)形式不同可分為蜂窩狀、 泡沫狀和網(wǎng)眼狀三類。其中，具有蜂窩狀孔結(jié)構(gòu)的多孔支架材料主要應(yīng)用于具有特殊取向 結(jié)構(gòu)缺損組織的再生修復(fù)，如肌腱組織、韌帶組織、周圍神經(jīng)組織等，它們在利用組織工程 技術(shù)修復(fù)時，需要細胞定向生長和排布。而在對孔取向程度沒有特殊要求的大多數(shù)組織的 組織工程修復(fù)技術(shù)中采用泡沫狀或網(wǎng)眼狀孔結(jié)構(gòu)的多孔支架材料。多孔支架孔結(jié)構(gòu)特性主 要是由致孔方法決定的。目前，制備泡沫狀和網(wǎng)眼狀孔結(jié)構(gòu)多孔支架材料的方法主要有致 孔劑法、聚氨酯泡沫浸漬法、熱致相分離法、靜電紡絲法、浙濾法、冷凍-干燥法和超臨界氣 體發(fā)泡法等，這些技術(shù)均可有效控制多孔支架孔隙率，在組織工程支架制備方面發(fā)揮著重 要作用，然而他們在控制支架孔形貌、孔徑分布或孔連通性等方面不夠完善，尤其是在孔結(jié) 構(gòu)仿生構(gòu)建方面不理想。
近年來，利用仿生技術(shù)構(gòu)建骨組織工程支架受到越來越多的關(guān)注。作為一類新的 骨組織工程多孔支架制備技術(shù)，仿生制備技術(shù)的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾方面(1)具有天 然的多級多孔結(jié)構(gòu)，其孔結(jié)構(gòu)是再生組織真結(jié)構(gòu)或高度仿生，連通性好，有利于支架內(nèi)外的 物質(zhì)交換，這種孔結(jié)構(gòu)往往是現(xiàn)有工程技術(shù)無法制備出來的；( 支架材料為天然細胞外 基質(zhì)成分之一或經(jīng)過巧妙工藝轉(zhuǎn)化成的人工合成生物材料，生物相容性好，甚至具有生物 活性和生物誘導(dǎo)性等，有利于血管化和干細胞分化等；C3)力學(xué)強度好，仿生技術(shù)制備出的 支架材料可以保留天然模板的多級孔結(jié)構(gòu)和材料成分，而這些孔結(jié)構(gòu)和材料是用作模板的 生物經(jīng)過成千上萬年進化而來的，具有最優(yōu)的力學(xué)性質(zhì)；(4)材料降解速度合適或可控，通 過生物模板轉(zhuǎn)化工藝條件控制和目標材料成分設(shè)計，容易實現(xiàn)支架材料降解速度的調(diào)控， 使之與再生組織生長速度和周圍微環(huán)境協(xié)調(diào)；( 原料來源廣泛，成本較低，制備工藝簡單寸。目前，研究和專利中報道集中的仿生骨支架制備方法是脫有機質(zhì)/細胞的動物 骨[余方圓，黃利虹，馬遠征，等.一種組織工程骨軟骨支架及其制備方法.專利申請 號CN101822851A 禾口 Bi L, Li D, Liu M, et al. The influenceof approaches for the purification of natural cancellous bone grafts -Morphology， microstructure, composition, strength andbiocompatibility study. Mater Lett,2010,64 :2056-2059], 但存在免疫原性和傳染病風險；海星和海膽等骨骼為模板制備的仿生支架孔徑通常只有幾 十微米，與骨組織工程支架所需的理想孔徑100 400微米相差較大，實際應(yīng)用效果不夠理 想；珊瑚骨骼的多孔結(jié)構(gòu)(包括形貌和孔徑分布)與自然骨孔結(jié)構(gòu)類似，但是其化學(xué)成分 主要是碳酸鈣[Wu YCh, Lee TM, Chiu KH, etal. A comparative study of the physical and mechanical properties ofthree natural corals based on the criteria for bone-tissue engineeringscaffolds. J Mater Sci =Mater Med,2009，20 :1273—1280]，使 其在骨組織工程中的應(yīng)用研究受到很大限制；而絲瓜和木材等植物組織直接用于骨組織工 程，則分別存在孔徑結(jié)構(gòu)過大(毫米級和厘米級)和缺乏生物活性等缺點。為此，發(fā)明人 (專利申請?zhí)?01010186144.2)已利用具有蜂窩狀孔結(jié)構(gòu)的藤植物組織為模板，制成具有 蜂窩狀孔結(jié)構(gòu)的無機生物材料，兼具理想的孔結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的生物相容性和生物活性，用作 骨組織工程的多孔支架材料，具有很好的支架內(nèi)外物質(zhì)交換和生物力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種網(wǎng)眼狀仿生骨多孔支架材料的制備方法，按本發(fā)明的 制備方法制成的網(wǎng)眼狀仿生骨多孔支架材料的孔徑范圍處于公認的理想孔徑范圍內(nèi)，且孔 隙率高、孔連通性好，力學(xué)性能理想，在骨、軟骨、牙等硬組織工程中應(yīng)用前景廣闊。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)模板處理首先將天然海綿模板在0. 1 5mol/L的乙酸水溶液中浸泡12h 36h，期間輕微攪拌，浸泡完成后取出天然海綿模板用蒸餾水沖洗3 5次；然后，再將經(jīng)蒸 餾水沖洗后的天然海綿模板浸入0. 5 3mol/L的氫氧化鈉水溶液中，在攪拌下保持24h 48h后取出用蒸餾水將堿液洗凈；最后，經(jīng)30 80°C真空干燥；2)溶膠制備首先將無水乙醇與水按(1 9) (6 4)的體積比混合并用硝酸 調(diào)節(jié)混合溶液的PH值調(diào)為1 3得乙醇-水溶液，然后以正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸鈣、
4硝酸鈉為原料，按羥基磷灰石、45S5生物活性玻璃、β -磷酸三鈣或硅酸鈣的化學(xué)組成比計 量原料，將計量的原料加入乙醇-水溶液中配制成固含量為8 25wt%的羥基磷灰石、45S5 生物活性玻璃、β-磷酸三鈣或硅酸鈣的乙醇-水溶液，室溫攪拌6 18h，然后密封陳化 1 4d，得到溶膠；3)漿料制備將羥基磷灰石、45S5生物活性玻璃、β -磷酸三鈣或硅酸鈣的微米 或納米粉體加入到含質(zhì)量百分比為5%的粘結(jié)劑聚乙烯醇和的分散劑聚丙烯酸銨的蒸 餾水中制成固含量為50 65wt%的羥基磷灰石、45S5生物活性玻璃、β -磷酸三鈣或硅酸 鈣的水基漿料，用氨水將調(diào)節(jié)水基漿料的PH值為8 11，再經(jīng)300 500轉(zhuǎn)/分球磨4 12h ；4)浸漬將步驟1)處理的模板浸入步驟幻的溶膠或步驟幻的漿料中，保持 10 30min，期間反復(fù)擠壓天然海綿，以保證浸漬均勻，取出后擠壓去除多余溶膠或漿料， 于40 60°C真空干燥12 24h得浸漬樣品；5)干燥將步驟4)得到的浸漬樣品室溫干燥24h后再于60 100°C真空干燥 12 24h ；6)氧化除模-高溫燒結(jié)將干燥后的樣品在空氣氣氛爐中進行氧化處理，爐溫以 0. 2 1°C /min的升溫速度從室溫加熱至500 650°C，保溫1 4h ；隨后以2 10°C / min的升溫速度提高至1000 1300°C，保溫1 4h，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫得網(wǎng)眼狀 仿生骨多孔支架材料。所述的步驟4)根據(jù)需要可重復(fù)浸漬2 5次，取出后經(jīng)離心去除多余溶膠或漿 料。本發(fā)明以簡單的多細胞海洋動物——天然海綿為模板制備出網(wǎng)眼狀仿生多孔支 架材料。經(jīng)化學(xué)處理、無機生物材料溶膠合成或漿料制備、浸漬、干燥、氧化和高溫燒結(jié)等工 藝過程，制備骨組織工程多孔支架，所得支架可用于骨、軟骨、牙等的再生修復(fù)。該多孔支架 材料孔徑大小范圍處于公認的理想孔徑范圍內(nèi)，且孔隙率高、孔連通性好，力學(xué)性能理想， 在骨、軟骨、牙等硬組織工程中應(yīng)用前景廣闊，將產(chǎn)生顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。本發(fā)明的優(yōu)越性在于1)多孔支架的孔結(jié)構(gòu)源于多細胞海洋動物——天然海綿，其孔徑大小范圍位于公 認的硬組織工程支架最佳孔徑范圍內(nèi)，孔結(jié)構(gòu)形貌為網(wǎng)眼狀，對骨松質(zhì)骨仿生程度高，所得 支架孔隙率高、力學(xué)性能良好。2)多孔支架基體材料為人工合成的生物材料，是經(jīng)過化學(xué)處理和高溫燒結(jié)等過程 得到的，既避免了生物模板潛在的抗原性，有效防止傳染病傳播風險，又具有良好的生物相 容性、生物活性和降解性能，甚至是生物誘導(dǎo)性。3)本發(fā)明的多孔支架制備方法適用材料范圍廣，不僅適用于目前硬組織工程中常 用的無機生物活性材料，如羥基磷灰石、磷酸三鈣、45S5生物活性玻璃、硅酸鈣等，而且適用 于上述無機材料與常用生物高分子如聚丙交酯、聚羥基乙酸、聚己內(nèi)酯及其共聚物等形成 的復(fù)合材料，整個制備過程比較簡單。4)本發(fā)明所用生物模板天然海綿，來源廣泛，目前世界上已發(fā)現(xiàn)有5000多種海 綿，其品種主要有蜂窩棉、絲綿、草棉和象耳棉等。本發(fā)明的多孔支架材料制備方法不僅提 高了天然海綿的使用范圍和經(jīng)濟價值，而且通過天然海綿種類的選擇，最終可得到多種多樣孔結(jié)構(gòu)的仿生骨支架材料，用于各種硬組織缺損的再生修復(fù)。


圖1是經(jīng)過理化處理的多細胞海洋動物——天然海綿實物的掃描電鏡照片；圖2是實施例1中涂覆45S5玻璃凝膠的天然海綿的掃描電鏡照片；圖3是實施例1所得45S5生物活性玻璃多孔支架樣品的掃描電鏡照片；圖4是實施例2所得羥基磷灰石多孔支架樣品的掃描電鏡照片；圖5是實施例3所得β -磷酸三鈣多孔支架樣品的掃描電鏡照片。
具體實施例方式為更好地理解本發(fā)明，下面通過實施例對本發(fā)明的多孔支架材料制備方法做進一 步說明。需要指出的是，本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施例的具體內(nèi)容，該領(lǐng)域技術(shù) 人員根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容做出的一些非本質(zhì)的改進或調(diào)整而進行的實施，仍屬于本發(fā)明保護范圍。實施例1 生物擬態(tài)45S5生物活性玻璃支架制備1)模板處理首先將天然海綿模板在0. 5mol/L的乙酸水溶液中浸泡Mh，期間輕 微攪拌，浸泡完成后取出天然海綿模板用蒸餾水沖洗3次；然后，再將經(jīng)蒸餾水沖洗后的天 然海綿模板浸入0. 5mol/L的氫氧化鈉水溶液中，在攪拌下保持Mh，取出后用蒸餾水將堿 液洗凈；最后，經(jīng)45°C真空干燥；處理后的天然海綿模板見圖1，由圖1可以看出天然海綿 具有典型的網(wǎng)眼狀孔結(jié)構(gòu)，孔徑大小主要集中于100 300 μ m范圍內(nèi)，多孔骨架直徑平均 為20μπι，骨架以三叉形式連接成一體，孔隙率高。2)45S5溶膠制備首先將無水乙醇與水按1 4的體積比混合并用硝酸調(diào)節(jié)混合 溶液的PH值調(diào)為1得乙醇-水溶液，然后以正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸鈣、硝酸鈉為原 料，按45S5生物活性玻璃化學(xué)組成比計量原料，將計量的原料加入乙醇-水溶液中配制成 固含量為15wt%的45S5生物活性玻璃的乙醇-水溶液，室溫攪拌10h，然后密封陳化ld，得 到45S5溶膠；3)浸漬將步驟1)處理的模板浸入步驟2、的溶膠中，保持lOmin，期間反復(fù)擠壓 天然海綿，以保證浸漬均勻，取出后擠壓去除多余溶膠，于60°C真空干燥12h ；重復(fù)浸漬2 次，離心去除多余溶膠，再于60°C真空干燥1 得浸漬樣品；浸漬后的模板見圖2，由圖2可 以看出45S5溶膠已均勻涂覆于天然海綿的多孔骨架上，使多孔骨架直徑由平均20 μ m增大 至平均50 μ m，但并沒有改變天然海綿的多孔結(jié)構(gòu)形貌。4)干燥將步驟3)得到的浸漬樣品室溫干燥24h后，再于80°C真空干燥18h ；5)氧化除模-高溫燒結(jié)將干燥后的樣品在空氣氣氛爐中進行氧化處理，爐溫以 rc /min的升溫速度從室溫加熱至500°C，保溫池；隨后以10°C /min的升溫速度提高至 1100°C，保溫lh，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫得網(wǎng)眼狀仿生骨多孔支架材料，所制成的產(chǎn)物 見圖3，由圖3可以看出45S5生物活性玻璃支架的多孔形貌很好地保持了天然海綿的多孔 形貌，呈現(xiàn)理想的網(wǎng)眼狀孔結(jié)構(gòu)，其孔徑大小主要位于100 200 μ m，總體上略小于天然海 綿的孔徑；骨架直徑平均約為30 μ m,介于天然海綿骨架直徑和涂覆45S5的天然海綿骨架 直徑之間，這主要是由于在高溫燒結(jié)過程中45S5凝膠收縮造成的。從圖中也可看出，45S5玻璃支架的骨架是致密的，燒結(jié)效果是很好的。實施例2 生物擬態(tài)羥基磷灰石支架制備1)模板處理首先將天然海綿模板在2mol/L的乙酸水溶液中浸泡12h，期間輕微 攪拌，浸泡完成后取出天然海綿模板用蒸餾水沖洗5次；然后，再將經(jīng)蒸餾水沖洗后的天然 海綿模板浸入2mol/L的氫氧化鈉水溶液中，在攪拌下保持36h，取出后用蒸餾水將堿液洗 凈；最后，經(jīng)60°C真空干燥；2)羥基磷灰石水基漿料制備將納米羥基磷灰石粉體分批加入到含質(zhì)量百分比 為5%的粘結(jié)劑聚乙烯醇和的分散劑聚丙烯酸銨的蒸餾水中，用氨水將調(diào)節(jié)水基漿料 的PH值為10，再經(jīng)400轉(zhuǎn)/分球磨他，制成固含量為55wt %的羥基磷灰石水基漿料；3)浸漬將步驟1)處理的模板浸入步驟幻的羥基磷灰石水基漿料中，保持 30min，期間反復(fù)擠壓天然海綿，以保證浸漬均勻，取出后擠壓去除多余羥基磷灰石水基漿 料，于40°C真空干燥24h ；重復(fù)浸漬4次，離心去除多余羥基磷灰石水基漿料，再于40°C真 空干燥24h得浸漬樣品；4)干燥將步驟3)得到的浸漬樣品室溫干燥24h后，再于100°C真空干燥18h ；5)氧化除模-高溫燒結(jié)將干燥后的樣品在空氣氣氛爐中進行氧化處理，爐溫以 0. 50C /min的升溫速度從室溫加熱至650°C，保溫濁；隨后以2°C /min的升溫速度提高至 1200°C，保溫4h，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫得網(wǎng)眼狀仿生骨多孔支架材料，所制成的產(chǎn)物 見圖4，由圖4可以看出該羥基磷灰石多孔支架同樣保持了天然海綿的網(wǎng)眼狀多孔結(jié)構(gòu)，孔 徑大小主要集中于80 200 μ m范圍內(nèi)；孔骨架直徑增加明顯，部分孔骨架間出現(xiàn)羥基磷灰 石架橋現(xiàn)象，使骨架連接在一起形成片狀。實施例3 生物擬態(tài)β -磷酸三鈣支架制備1)模板處理首先將天然海綿模板在lmol/L的乙酸水溶液中浸泡36h，期間輕微 攪拌，浸泡完成后取出天然海綿模板用蒸餾水沖洗3次；然后，再將經(jīng)蒸餾水沖洗后的天然 海綿模板浸入1. 5mol/L的氫氧化鈉水溶液中，在攪拌下保持Mh，取出后用蒸餾水將堿液 洗凈；最后，經(jīng)80°C真空干燥；幻磷酸三鈣溶膠制備首先將無水乙醇與水按3 7的體積比混合并用硝酸調(diào)節(jié) 混合溶液的PH值調(diào)為1得乙醇-水溶液，然后以磷酸三乙酯和硝酸鈣為原料，按磷酸三鈣 化學(xué)組成比計量原料，將計量的原料加入乙醇-水溶液中配制成固含量為18wt%的磷酸三 鈣的乙醇-水溶液，室溫攪拌他，然后密封陳化2d，得到磷酸三鈣溶膠；3)浸漬將步驟1)處理的模板浸入步驟2、的溶膠中，保持20min，期間反復(fù)擠壓 天然海綿，以保證浸漬均勻，取出后擠壓去除多余溶膠，于50°C真空干燥24h得浸漬樣品；4)干燥將步驟3)得到的浸漬樣品室溫干燥24h后，再于60°C真空干燥24h ；5)氧化除模-高溫燒結(jié)將干燥后的樣品在空氣氣氛爐中進行氧化處理，爐溫以 0. 2V /min的升溫速度從室溫加熱至650°C，保溫4 ；隨后以2°C /min的升溫速度提高至 1100°C，保溫池，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫得網(wǎng)眼狀仿生骨多孔支架材料，所制成的產(chǎn)物 見圖5，由圖5可以看出β -磷酸三鈣多孔支架也較好地保持了天然海綿的網(wǎng)眼狀多孔結(jié) 構(gòu)，但其骨架間架橋現(xiàn)象較羥基磷灰石更明顯，而孔連通性仍然很好。實施例4 生物擬態(tài)硅酸鈣支架制備1)模板處理首先將天然海綿模板在5mol/L的乙酸水溶液中浸泡12h，期間輕微攪拌，浸泡完成后取出天然海綿模板用蒸餾水沖洗5次；然后，再將經(jīng)蒸餾水沖洗后的天然 海綿模板浸入0. 5mol/L的氫氧化鈉水溶液中，在攪拌下保持48h，取出后用蒸餾水將堿液 洗凈；最后，經(jīng)30°C真空干燥；幻硅酸鈣漿料制備首先將無水乙醇與水按2 3的體積比混合并用硝酸調(diào)節(jié)混 合溶液的PH值調(diào)為3得乙醇-水溶液，然后以正硅酸乙酯和硝酸鈣為原料，按硅酸鈣化學(xué) 組成比計量原料，將計量的原料加入乙醇-水溶液中配制成固含量為22wt%的硅酸鈣的乙 醇-水溶液，室溫攪拌10h，然后密封陳化2d，得到硅酸鈣溶膠；3)浸漬將步驟1)處理的模板浸入步驟2、的溶膠中，保持lOmin，期間反復(fù)擠壓 天然海綿，以保證浸漬均勻，取出后擠壓去除多余溶膠，于45°C真空干燥20h ；重復(fù)浸漬3 次，離心去除多余溶膠，再于45°C真空干燥20h得浸漬樣品；4)干燥將步驟3)得到的浸漬樣品室溫干燥24h后，再于70°C真空干燥16h ；5)氧化除模-高溫燒結(jié)將干燥后的樣品在空氣氣氛爐中進行氧化處理，爐溫以 0. 8 V /min的升溫速度從室溫加熱至520°C，保溫汕；隨后以6°C /min的升溫速度提高至 1050°C，保溫池，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫得網(wǎng)眼狀仿生骨多孔支架材料。實施例5 生物擬態(tài)羥基磷灰石支架制備1)模板處理首先將天然海綿模板在3mol/L的乙酸水溶液中浸泡20h，浸泡完成 后取出天然海綿模板用蒸餾水沖洗4次；然后，再將經(jīng)蒸餾水沖洗后的天然海綿模板浸入 lmol/L的氫氧化鈉水溶液中，在攪拌下保持30h后取出用蒸餾水將堿液洗凈；最后，經(jīng)50°C
真空干燥；2)溶膠制備首先將無水乙醇與水按1 9的體積比混合并用硝酸調(diào)節(jié)混合溶液 的PH值調(diào)為2得乙醇-水溶液，然后以磷酸三乙酯和硝酸鈣為原料，按羥基磷灰石的化學(xué) 組成比計量原料，將計量的原料加入乙醇-水溶液中配制成固含量為8wt%的羥基磷灰石 的乙醇-水溶液，室溫攪拌他，然后密封陳化4d，得到溶膠；3)浸漬將步驟1)處理的模板浸入步驟2、的溶膠中，保持15min，期間反復(fù)擠壓 天然海綿，以保證浸漬均勻，取出后擠壓去除多余溶膠或漿料，于55°C真空干燥1 得浸漬 樣品；4)干燥將步驟3)得到的浸漬樣品室溫干燥24h后再于90°C真空干燥12h ；5)氧化除模-高溫燒結(jié)將干燥后的樣品在空氣氣氛爐中進行氧化處理，爐溫以 0. 60C /min的升溫速度從室溫加熱至550°C，保溫濁；隨后以5°C /min的升溫速度提高至 1250°C，保溫池，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫得網(wǎng)眼狀仿生骨多孔支架材料。實施例6 生物擬態(tài)45S5生物活性玻璃支架制備1)模板處理首先將天然海綿模板在4mol/L的乙酸水溶液中浸泡30h，浸泡完成 后取出天然海綿模板用蒸餾水沖洗5次；然后，再將經(jīng)蒸餾水沖洗后的天然海綿模板浸入 2. 5mol/L的氫氧化鈉水溶液中，在攪拌下保持30h后取出用蒸餾水將堿液洗凈；最后，經(jīng) 70°C真空干燥；2)溶膠制備首先將無水乙醇與水按6 4的體積比混合并用硝酸調(diào)節(jié)混合溶液 的PH值調(diào)為3得乙醇-水溶液，然后以正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸鈣、硝酸鈉為原料，按 45S5生物活性玻璃的化學(xué)組成比計量原料，將計量的原料加入乙醇-水溶液中配制成固含 量為25wt%的45S5生物活性玻璃的乙醇-水溶液，室溫攪拌18h，然后密封陳化3d，得到溶
8膠；3)浸漬將步驟1)處理的模板浸入步驟2)的溶膠中，保持25min，期間反復(fù)擠壓 天然海綿，以保證浸漬均勻，取出后擠壓去除多余溶膠或漿料，于48°C真空干燥1 得浸漬 樣品；4)干燥將步驟3)得到的浸漬樣品室溫干燥24h后再于75°C真空干燥20h ；5)氧化除模-高溫燒結(jié)將干燥后的樣品在空氣氣氛爐中進行氧化處理，爐溫以 0. 40C /min的升溫速度從室溫加熱至600°C，保溫Ih ；隨后以8V /min的升溫速度提高至 1050°C，保溫1.證，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫得網(wǎng)眼狀仿生骨多孔支架材料。實施例7 生物擬態(tài)45S5生物活性玻璃支架制備1)模板處理首先將天然海綿模板在0. 5mol/L的乙酸水溶液中浸泡Mh，期間輕 微攪拌，浸泡完成后取出天然海綿模板用蒸餾水沖洗3次；然后，再將經(jīng)蒸餾水沖洗后的天 然海綿模板浸入0. 5mol/L的氫氧化鈉水溶液中，在攪拌下保持Mh，取出后用蒸餾水將堿 液洗凈；最后，經(jīng)45°C真空干燥；3)漿料制備將45S5生物活性玻璃微米粉體加入到含質(zhì)量百分比為5%的粘結(jié)劑 聚乙烯醇和的分散劑聚丙烯酸銨的蒸餾水中制成固含量為50wt%的45S5生物活性玻 璃的水基漿料，用氨水將調(diào)節(jié)水基漿料的PH值為8，再經(jīng)300轉(zhuǎn)/分球磨12h ；3)浸漬將步驟1)處理的模板浸入步驟2、的漿料中，保持lOmin，期間反復(fù)擠壓 天然海綿，以保證浸漬均勻，取出后擠壓去除多余漿料，于60°C真空干燥12h ；重復(fù)浸漬2 次，離心去除多余漿料，再于60°C真空干燥1 得浸漬樣品；4)干燥將步驟3)得到的浸漬樣品室溫干燥24h后，再于80°C真空干燥18h ；5)氧化除模-高溫燒結(jié)將干燥后的樣品在空氣氣氛爐中進行氧化處理，爐溫以 rc /min的升溫速度從室溫加熱至500°C，保溫池；隨后以10°C /min的升溫速度提高至 1100°C，保溫lh，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫得網(wǎng)眼狀仿生骨多孔支架材料。實施例8 生物擬態(tài)β -磷酸三鈣支架制備1)模板處理首先將天然海綿模板在lmol/L的乙酸水溶液中浸泡36h，期間輕微 攪拌，浸泡完成后取出天然海綿模板用蒸餾水沖洗3次；然后，再將經(jīng)蒸餾水沖洗后的天然 海綿模板浸入1. 5mol/L的氫氧化鈉水溶液中，在攪拌下保持Mh，取出后用蒸餾水將堿液 洗凈；最后，經(jīng)80°C真空干燥；3)漿料制備將β -磷酸三鈣納米粉體加入到含質(zhì)量百分比為5%的粘結(jié)劑聚乙 烯醇和的分散劑聚丙烯酸銨的蒸餾水中制成固含量為65wt%的β -磷酸三鈣的水基漿 料，用氨水將調(diào)節(jié)水基漿料的PH值為11，再經(jīng)500轉(zhuǎn)/分球磨4h ；3)浸漬將步驟1)處理的模板浸入步驟2、的溶膠中，保持20min，期間反復(fù)擠壓 天然海綿，以保證浸漬均勻，取出后擠壓去除多余溶膠，于50°C真空干燥24h得浸漬樣品；4)干燥將步驟3)得到的浸漬樣品室溫干燥24h后，再于60°C真空干燥24h ；5)氧化除模-高溫燒結(jié)將干燥后的樣品在空氣氣氛爐中進行氧化處理，爐溫以 0. 20C /min的升溫速度從室溫加熱至650°C，保溫4h ；隨后以2°C /min的升溫速度提高至 1100°C，保溫池，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫得網(wǎng)眼狀仿生骨多孔支架材料。
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權(quán)利要求
1.一種網(wǎng)眼狀仿生骨多孔支架材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)模板處理首先將天然海綿模板在0.1 5mol/L的乙酸水溶液中浸泡1 36h， 期間輕微攪拌，浸泡完成后取出天然海綿模板用蒸餾水沖洗3 5次；然后，再將經(jīng)蒸餾水 沖洗后的天然海綿模板浸入0. 5 3mol/L的氫氧化鈉水溶液中，在攪拌下保持24h 4 后取出用蒸餾水將堿液洗凈；最后，經(jīng)30 80°C真空干燥；2)溶膠制備首先將無水乙醇與水按(1 9) (6 4)的體積比混合并用硝酸調(diào)節(jié) 混合溶液的PH值調(diào)為1 3得乙醇-水溶液，然后以正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸鈣、硝酸 鈉為原料，按羥基磷灰石、45S5生物活性玻璃、β -磷酸三鈣或硅酸鈣的化學(xué)組成比計量原 料，將計量的原料加入乙醇-水溶液中配制成固含量為8 25wt%的羥基磷灰石、45S5生 物活性玻璃、β -磷酸三鈣或硅酸鈣的乙醇-水溶液，室溫攪拌6 18h，然后密封陳化1 4d，得到溶膠；3)漿料制備將羥基磷灰石、45S5生物活性玻璃、β-磷酸三鈣或硅酸鈣的微米或納米 粉體加入到含質(zhì)量百分比為5%的粘結(jié)劑聚乙烯醇和的分散劑聚丙烯酸銨的蒸餾水中 制成固含量為50 65wt%的羥基磷灰石、45S5生物活性玻璃、β -磷酸三鈣或硅酸鈣的水 基漿料，用氨水將調(diào)節(jié)水基漿料的PH值為8 11，再經(jīng)300 500轉(zhuǎn)/分球磨4 12h ；4)浸漬將步驟1)處理的模板浸入步驟幻的溶膠或步驟幻的漿料中，保持10 30min，期間反復(fù)擠壓天然海綿，以保證浸漬均勻，取出后擠壓去除多余溶膠或漿料，于 40 60°C真空干燥12 24h得浸漬樣品；5)干燥將步驟4)得到的浸漬樣品室溫干燥24h后再于60 100°C真空干燥12 24h ；6)氧化除模-高溫燒結(jié)將干燥后的樣品在空氣氣氛爐中進行氧化處理，爐溫以 0. 2 1°C /min的升溫速度從室溫加熱至500 650°C，保溫1 4h ；隨后以2 10°C / min的升溫速度提高至1000 1300°C，保溫1 4h，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫得網(wǎng)眼狀 仿生骨多孔支架材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)眼狀仿生骨多孔支架材料的制備方法，其特征在于所述 的步驟4)根據(jù)需要可重復(fù)浸漬2 5次，取出后經(jīng)離心去除多余溶膠或漿料。
全文摘要
一種網(wǎng)眼狀仿生骨多孔支架材料的制備方法，以經(jīng)過有機酸和無機堿溶液處理的多細胞海洋動物天然海綿為模板，浸漬羥基磷灰石、45S5生物活性玻璃、β-磷酸三鈣或硅酸鈣的溶膠或水基漿料后，經(jīng)干燥、氧化除模和高溫燒結(jié)等步驟制成具有網(wǎng)眼狀孔結(jié)構(gòu)的骨組織工程支架材料。通過調(diào)整溶膠或漿料固含量、浸漬次數(shù)和氧化除模-高溫燒結(jié)工藝參數(shù)，控制多孔支架的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)和降解性能。本發(fā)明制成的網(wǎng)眼狀多孔支架的孔徑大小范圍為100～300μm，孔隙率范圍為68～94％，與自然骨松質(zhì)骨的形貌和孔徑范圍高度相似。本發(fā)明制備的產(chǎn)品具有孔結(jié)構(gòu)仿生度高、適用材料種類廣、工藝簡單、成本低等特點，在骨、軟骨和牙等硬組織工程再生修復(fù)技術(shù)中應(yīng)用潛力大。
文檔編號A61K6/027GK102058902SQ20101060274
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者喬冠軍, 徐明輝, 錢軍民 申請人:西安交通大學(xué)