專利名稱：羥基磷灰石/絲素蛋白復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合仿生骨材料及其制備方法，尤其涉及一種羥基磷灰石與絲素 蛋白復(fù)合的仿生材料及其制備方法，屬醫(yī)用材料學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
骨損傷和骨缺損是臨床上常見(jiàn)的疾病，損傷的骨可用內(nèi)源骨或外源骨修復(fù)。內(nèi)源 骨修復(fù)效果很好，但其數(shù)量十分有限，而且需要二次手術(shù)，而采用外源骨修復(fù)效果遠(yuǎn)不如 內(nèi)源骨，目前的外源骨修復(fù)手段存在免疫排斥反應(yīng)，難降解，可能帶有潛在的病原體和其他 副反應(yīng)等，因此國(guó)內(nèi)及國(guó)外市場(chǎng)對(duì)硬、軟組織修復(fù)材料有迫切需求。目前用于骨修復(fù)的生物 材料分為以下四種醫(yī)用金屬材料、醫(yī)用生物陶瓷、醫(yī)用高分子材料、醫(yī)用復(fù)合材料。而在 醫(yī)用生物陶瓷中，仿生骨基質(zhì)材料即模仿天然骨材料設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)仿生和功能仿生的材料 已成為研究熱點(diǎn)，此種材料在體內(nèi)能降解，無(wú)毒性及其他不良反應(yīng)，而且可以促進(jìn)新骨的生 成，為骨修復(fù)提供一種全新途徑。人體骨主要由納米羥基磷灰石和I型膠原組成，而上世紀(jì)三十年代中期科學(xué)家們 就人工合成出了羥基磷灰石，是一種生物學(xué)性能優(yōu)異的人工骨材料，但單一組分的羥基磷 灰石脆性大、韌性較差、力學(xué)性能不足，降解緩慢且易從植入點(diǎn)遷移，這都限制了其作為人 體材料種植體的使用。目前用絲素蛋白代替I型膠原誘導(dǎo)納米羥基磷灰石礦化制備仿生骨 已被廣泛研究，并得到了生物活性較高的羥基磷灰石/絲素蛋白復(fù)合材料，雖然通過(guò)礦化 的方法使絲素蛋白和磷灰石更加緊密的融合在一起，一定程度上提高了力學(xué)性能，但是它 的機(jī)械強(qiáng)度還是不夠，難以滿足臨床要求。而現(xiàn)用的骨水泥多是磷灰石和硅灰石的復(fù)合材 料，硅灰石具有很高的生物活性和相容性，而且在模擬體液中，羥基磷灰石在硅酸鈣表面形 成的速度大于在其他生物玻璃和玻璃-陶瓷表面形成的速度，所以磷灰石-硅灰石玻璃陶 瓷具有一定的骨傳導(dǎo)性和降解性，并且有良好生物相容性和活性，此類材料是經(jīng)過(guò)高溫煅 燒，呈完全晶態(tài)結(jié)構(gòu)，雖強(qiáng)度較大，但降解性和韌性較差。上述二種材料在力學(xué)性能和生物 學(xué)性能結(jié)合方面還存在明顯不足，遠(yuǎn)不能滿足臨床的需要。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種具有良好的生物活性和相容性，機(jī)械強(qiáng)度 較高，能滿足人體承重骨要求的羥基磷灰石-硅灰石/絲素蛋白復(fù)合仿生材料及其制備方 法。本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種羥基磷灰石/絲素蛋白復(fù)合材料，按質(zhì)量百分比， 其組分包括硅灰石粉體10% 30%，絲素蛋白25% ；35%，羥基磷灰石40% 60%。一種制備羥基磷灰石/絲素蛋白復(fù)合材料的方法，包括如下步驟
(1)配制濃度為0. 5 1. 0 11101/1的03(而3)2溶液和濃度為0.5 1.0 mol/L的Na2SiO3 溶液；將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3% 1. 0%的聚乙烯醇溶液作為分散劑加入到Ca(NO3)2溶液中，在 攪拌條件下滴加Na2SiO3溶液，將所得到的沉淀物用去離子水、無(wú)水乙醇洗滌，干燥，煅燒后得到硅灰石粉體；
(2MfCa(NO3)2 ·4Η20在80 140°C的溫度條件下熔融，再將絲素蛋白溶解于Ca (NO3) 2 溶液中，形成SF-Ca (NO3) 2溶液；
將Na3PO4 · 12H20配制成濃度為0. 4 1. 0 mol/L的Na3PO4溶液； 將硅灰石粉體分散于去離子水中形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% 5%的懸浮液； 在溫度為35 40°C的攪拌條件下，在懸浮液中同時(shí)滴加SF-Ca (NO3) 2溶液和Na3PO4溶 液，用NaOH溶液控制反應(yīng)體系pH值在9 11，滴加時(shí)間為30 60分鐘，反應(yīng)結(jié)束后保溫 礦化48 72小時(shí)；
(3)對(duì)沉淀物進(jìn)行抽濾，先用蒸餾水洗滌至中性，再用無(wú)水乙醇洗滌3 5次，在60 80 0C的溫度條件下干燥處理M 48小時(shí)后，研磨、過(guò)篩，得到羥基磷灰石-硅灰石/絲素蛋 白復(fù)合粉體；復(fù)合粉體中，按質(zhì)量百分比，硅灰石粉體為10% 30%，絲素蛋白為25% 35%， 由Ca(NO3)2 · 4H20和Na3PO4 · Iffl2O合成后的羥基磷灰石為40% 60% ；
(4)將上述復(fù)合粉體冷等靜壓成型，得到羥基磷灰石-硅灰石/絲素蛋白復(fù)合仿生材料。本發(fā)明所述的硅灰石粒徑為20 lOOnm。本發(fā)明在羥基磷灰石/絲素蛋白中引入硅灰石粉體，除了有利于羥基磷灰石的沉 積外，還有利于在移植物中構(gòu)成硅灰石交織增韌網(wǎng)；同時(shí)，羥基磷灰石和硅灰石的復(fù)合可以 調(diào)控材料的生物活性和生物相容性，即在不影響材料生物學(xué)性能的同時(shí)，使該復(fù)合材料的 力學(xué)性能得到明顯改善。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述羥基磷灰石-硅灰石/絲素蛋白復(fù)合仿生材料，是在 絲素-羥基磷灰石材料的緊密融合和較高的生物性能的基礎(chǔ)上，引入具有良好生物性能和 力學(xué)性能的硅灰石可較大幅度提高其力學(xué)性能，這三種材料的復(fù)合有望得到一種力學(xué)性能 與生物活性和相容性完美結(jié)合的骨組織缺損修復(fù)材料，具有較好的實(shí)用性和應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種羥基磷灰石/絲素蛋白復(fù)合粉體的制備工藝流程 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種羥基磷灰石/絲素蛋白復(fù)合仿生材料在模擬體液浸泡 試驗(yàn)前后樣品表面對(duì)比的SEM圖3是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例提供的一種羥基磷灰石/絲素蛋白復(fù)合仿生材料在模擬體 液浸泡試驗(yàn)前后樣品表面對(duì)比的SEM圖4是本發(fā)明不同實(shí)施例提供的羥基磷灰石/絲素蛋白復(fù)合仿生材料在樣品模擬體液 浸泡后表面產(chǎn)物對(duì)比的XRD圖譜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例一參見(jiàn)附圖1，本實(shí)施例提供一種羥基磷灰石-硅灰石/絲素蛋白復(fù)合仿 生材料的制備方法，其步驟如下
1、分別配制濃度均為0. 5mol/LCa (NO3)2溶液和Na2SiO3溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5%的聚乙烯醇溶液作為分散劑加入到Ca(NO3)2溶液中，邊攪拌邊滴加Na2SiO3溶液。待其充分反應(yīng) 后，將所得到的沉淀用去離子水、無(wú)水乙醇洗滌，干燥煅燒后得到硅灰石粉體。2、按照復(fù)合粉體中絲素蛋白、硅灰石、羥基磷灰石質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為30%、20%、50% 的量計(jì)，制備IOg復(fù)合粉體需分別稱取3g脫膠后的蠶絲得到的絲素蛋白纖維和2g硅灰石 粉體，以及合成5g的羥基磷灰石所需要的11. 76g Ca(NO3)2 ·4Η20和11. 36g Na3PO4 ·12Η20 ； Na3PO4 ·12Η20加50ml去離子水配制成0. 60mol/L的恥丨04溶液，而Ca (NO3) 2 ·4Η20則在90°C 直接熔融，然后將稱好的3g絲素蛋白纖維直接溶解于Ca (NO3) 2溶液中，形成SF-Ca (NO3) 2溶 液；同時(shí)將稱好的2g硅灰石粉體分散于IOOml去離子水中形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為m的懸浮液，在 37°C下邊攪拌懸浮液邊同時(shí)滴加SF-Ca(NO3)2溶液和Na3PO4溶液，用NaOH溶液控制反應(yīng)體 系pH值在10，反應(yīng)結(jié)束后保溫礦化72小時(shí)。3、將反應(yīng)產(chǎn)生的沉淀進(jìn)行抽濾，先用蒸餾水洗滌至中性，再用無(wú)水乙醇洗滌3次， 60°C干燥M小時(shí)后的粉體研磨、過(guò)篩，即得羥基磷灰石-硅灰石/絲素蛋白復(fù)合粉體。4、將上述復(fù)合粉體倒入模具冷等靜壓成型，不需燒結(jié)即得羥基磷灰石-硅灰石/ 絲素蛋白復(fù)合仿生材料。經(jīng)測(cè)定，制得的羥基磷灰石-硅灰石/絲素蛋白復(fù)合仿生材料的主要性能抗壓強(qiáng) 度達(dá)85 MPa，巴氏硬度值達(dá)48，可以達(dá)到作為替換承力骨組織的力學(xué)性能要求。參見(jiàn)附圖2，它是本實(shí)施例提供的復(fù)合仿生材料在模擬體液(37°C)浸泡試驗(yàn)前后 樣品表面對(duì)比的SEM圖；圖中，(a)為浸泡前的樣品，(b)為浸泡7天后的樣品，由SEM圖譜 對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，浸泡后材料表面新生成了一層物質(zhì)，經(jīng)XRD測(cè)試確認(rèn)為弱結(jié)晶的磷灰石(參見(jiàn) 附圖4中的圖a)，表明所自備的材料具有一定的生物活性。實(shí)施例二 本實(shí)施例提供一種羥基磷灰石-硅灰石/絲素蛋白復(fù)合仿生材料的制 備方法，其步驟如下
1、分別配制濃度均為0. 5mol/LCa (NO3)2溶液和Na2SiO3溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5%的聚乙 烯醇溶液作為分散劑加入到Ca(NO3)2溶液中，邊攪拌邊滴加Na2SiO3溶液。待其充分反應(yīng) 后，將所得到的沉淀用去離子水、無(wú)水乙醇洗滌，干燥煅燒后得到硅灰石粉體。2、按照復(fù)合粉體中絲素蛋白、硅灰石、羥基磷灰石質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為30%、30%、40% 的量計(jì)，制備IOg復(fù)合粉體需分別稱取3g蠶絲脫膠后得到的絲素蛋白纖維和3g硅灰石 粉體，以及合成4g的羥基磷灰石所需要的9. 41g Ca(NO3)2 · 4H20和9. 09g Na3PO4 · Iffl2O ； Na3PO4 · 12H20 加 50ml 去離子水配制成 0. 48mol/L 的 Na3PO4 溶液，而 Ca (NO3) 2 · 4H20 則 在110°C直接熔融，然后將稱好的3g絲素蛋白纖維直接溶解于Ca (NO3)2溶液中，形成 SF-Ca(NO3)2溶液；同時(shí)將稱好的3g硅灰石粉體分散于IOOml去離子水中形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3%的懸浮液，在37°C下邊攪拌懸浮液邊同時(shí)滴加SF-Ca (NO3) 2溶液和Na3PO4溶液，加入NaOH 溶液控制反應(yīng)體系PH值在11，反應(yīng)結(jié)束后保溫礦化60小時(shí)。3、將反應(yīng)產(chǎn)生的沉淀進(jìn)行抽濾，先用蒸餾水洗滌至中性，再用無(wú)水乙醇洗滌3次， 70°C干燥48小時(shí)后的粉體研磨、過(guò)篩，即得羥基磷灰石-硅灰石/絲素蛋白復(fù)合粉體。4、將上述復(fù)合粉體倒入模具冷等靜壓成型，不需燒結(jié)即得羥基磷灰石-硅灰石/ 絲素蛋白復(fù)合仿生材料。經(jīng)測(cè)定，制得的羥基磷灰石-硅灰石/絲素蛋白復(fù)合仿生材料的主要性能抗壓強(qiáng) 度達(dá)90 MPa，巴氏硬度值達(dá)52，可以達(dá)到作為替換承力骨組織的力學(xué)性能要求。
參見(jiàn)附圖3，它是本實(shí)施例提供的一種復(fù)合仿生材料在模擬體液(37°C)浸泡試驗(yàn) 前后樣品表面對(duì)比的SEM圖；圖中，(a)為浸泡前的樣品，(b)為浸泡14天后的樣品；由樣 品表面對(duì)比的SEM圖譜可發(fā)現(xiàn)，浸泡后材料表面新生成了一層物質(zhì)，經(jīng)XRD測(cè)試確認(rèn)為弱結(jié) 晶的磷灰石(參見(jiàn)附圖4中的圖b)，表明所提供的材料具有一定的生物活性。參見(jiàn)附圖4，它是本發(fā)明實(shí)施例一和二提供的復(fù)合仿生材料在樣品模擬體液 (37°C)浸泡后表面產(chǎn)物對(duì)比的XRD圖譜；圖中，(a)為實(shí)施例一所提供的材料在模擬體液浸 泡7天后的結(jié)果，(b)為實(shí)施例二所提供的材料在模擬體液浸泡14天后的結(jié)果，浸泡后材 料表面新生成了一層物質(zhì)，經(jīng)XRD檢測(cè)確認(rèn)為弱結(jié)晶的磷灰石，圖4表明，本發(fā)明所提供的 材料具有一定的生物活性。
權(quán)利要求
1.一種羥基磷灰石/絲素蛋白復(fù)合材料，其特征在于按質(zhì)量百分比，其組分包括 25% ；35%的絲素蛋白，10% 30%的硅灰石，40% 60%的羥基磷灰石。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的羥基磷灰石/絲素蛋白復(fù)合材料的方法，其特征在于 包括如下步驟(1)配制濃度為0.5 1.0 11101/1的03(而3)2溶液和濃度為0.5 1.0 mol/L的Na2SiO3 溶液；將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3% 1. 0%的聚乙烯醇溶液作為分散劑加入到Ca(NO3)2溶液中，在 攪拌條件下滴加Na2SiO3溶液，將所得到的沉淀物用去離子水、無(wú)水乙醇洗滌，干燥，煅燒后 得到硅灰石粉體；(2MfCa(NO3)2 ·4Η20在80 140°C的溫度條件下熔融，再將絲素蛋白溶解于Ca (NO3) 2 溶液中，形成SF-Ca (NO3) 2溶液；將Na3PO4 · 12H20配制成濃度為0. 4 1. 0 mol/L的Na3PO4溶液；將硅灰石粉體分散于去離子水中形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% 5%的懸浮液；在溫度為35 40°C的攪拌條件下，在懸浮液中同時(shí)滴加SF-Ca (NO3) 2溶液和Na3PO4溶 液，用NaOH溶液控制反應(yīng)體系pH值在9 11，滴加時(shí)間為30 60分鐘，反應(yīng)結(jié)束后保溫 礦化48 72小時(shí)；(3)對(duì)沉淀物進(jìn)行抽濾，先用蒸餾水洗滌至中性，再用無(wú)水乙醇洗滌3 5次，在60 80 0C的溫度條件下干燥處理M 48小時(shí)后，研磨、過(guò)篩，得到羥基磷灰石-硅灰石/絲素蛋 白復(fù)合粉體；復(fù)合粉體中，按質(zhì)量百分比，硅灰石粉體為10% 30%，絲素蛋白為25% 35%， 由Ca(NO3)2 · 4H20和Na3PO4 · Iffl2O合成后的羥基磷灰石為40% 60% ；(4)將上述復(fù)合粉體冷等靜壓成型，得到羥基磷灰石-硅灰石/絲素蛋白復(fù)合仿生材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備羥基磷灰石/絲素蛋白復(fù)合材料的方法，其特征在 于所述的硅灰石粒徑為20 lOOnm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)合仿生骨材料及其制備方法，尤其涉及一種羥基磷灰石與絲素蛋白復(fù)合的仿生材料及其制備方法，屬醫(yī)用材料學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。按質(zhì)量百分比，該復(fù)合材料的組分包括羥基磷灰石40%～60%，硅灰石10%～30%，絲素蛋白25%～35%。它基于絲素-羥基磷灰石材料的緊密融合和較高的生物性能，引入具有良好生物性能和機(jī)械性能的硅灰石可在不影響生物學(xué)性能基礎(chǔ)上較大幅度提高其力學(xué)性能，這三種材料的復(fù)合可得到一種力學(xué)性能與生物活性和相容性完美結(jié)合的骨組織缺損修復(fù)材料，具有較好的實(shí)用性和應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)A61L27/44GK102058907SQ20101061892
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者周竹發(fā), 王淑梅, 趙松 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)