一種羥基磷灰石納米管的制備方法及在骨修復(fù)方面的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的是提供一種具有載藥能力的羥基磷灰石納米管，它的孔徑約為100-200nm。本發(fā)明利用廉價易得的納米羥基磷灰石粉末(droxyapatite，HA)、聚乙烯醇粉(polyvinyl alcohol，PVA)、聚乙烯吡咯烷酮粉(Polyvinylpyrrolidone，PVP)，采用三維打印技術(shù)制備制備羥基磷灰石納米管。利用三維打印技術(shù)并結(jié)合生物體骨骼的三維孔隙等特點設(shè)計具有仿生功能的羥基磷灰石納米管，裝載BMP-7或慶大霉素等抗生素的作用，提高對抗生素的吸附能力，并在大段橈骨缺損的動物模型中驗證該羥基磷灰石納米管的體內(nèi)生物相容性及修復(fù)骨缺損的能力，為臨床治療大段骨缺損提供理想的治療材料和治療技術(shù)。本發(fā)明公開了其制備方法。
【專利說明】一種羥基磷灰石納米管的制備方法及在骨修復(fù)方面的應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米羥基磷灰石納米管的制備方法和在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]大段骨缺損常見于車禍等高能損傷導(dǎo)致的粉碎性骨折及骨髓炎的清創(chuàng)手術(shù)等，隨著社會交通的發(fā)展，車禍導(dǎo)致的大段骨缺損在臨床上越來越常見，并且由于常伴有感染，其治療非常困難，除了局部和全身應(yīng)用敏感抗生素外，徹底清除病灶部位的壞死組織是有效控制骨感染的關(guān)鍵所在，而清除壞死的骨組織必然會導(dǎo)致或加重骨缺損，常需要植骨以促進(jìn)骨愈合。自體骨移植供骨量有限并存在取骨區(qū)感染風(fēng)險，而同種異體骨移植存在傳染疾病的可能，使得骨移植的應(yīng)用受到限制。
[0003]近代組織工程的快速發(fā)展，為其治療提供了新方法，采用組織工程技術(shù)構(gòu)建多孔支架，并復(fù)合種子細(xì)胞及生長因子，移植填充骨缺損部位可達(dá)到恢復(fù)、改善組織功能的目的。
[0004]羥基磷灰石(CalO (P04) 6 (OH) 2)，是動物的硬組織如骨骼、牙齒等的主要無機(jī)礦物成分，由于其具有良好的生物相容性和生物可降解性，作為骨修復(fù)、骨接枝的主要原材料而被廣泛的應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域。大量的生物相容性試驗證明，人工合成的羥基磷灰石和天然的羥基磷灰石一樣無毒、無刺激、不致過敏反應(yīng)、不致突變、不致溶血，不破壞生物組織，并能與骨形成牢固的化學(xué)結(jié)合，是一種很有應(yīng)用前景的人工骨。
[0005]研究發(fā)現(xiàn)人工合成的納米羥基磷灰石粉體具有較高的比表面積和良好的吸附性能，作為一種新型的、環(huán)境友好和高效的吸附劑，被廣泛地應(yīng)用于生物蛋白質(zhì)的吸附與分離、酚類化合物的吸附與分離，色譜柱、藥物緩釋載體、含重金屬離子廢水的吸附分離等領(lǐng)域。
[0006]基于近年來以三維打印技術(shù)為突出代表的快速成型技術(shù)的成熟和崛起，我們擬將三維打印技術(shù)應(yīng)用于骨組織工程的研究中，參照目標(biāo)部位人體骨骼MicroCT等數(shù)據(jù)，從而獲得更接近人體骨組織結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石納米管。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種具有載藥能力的羥基磷灰石納米管，能夠裝載BMP-7或慶大霉素等抗生素的作用，提高對抗生素的吸附能力，并且能穩(wěn)定、持久地釋放，從而增強(qiáng)抗菌能力，加快骨組織修復(fù)。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0009]納米輕基磷灰石粉末(droxyapatite,HA)干燥后過篩,選取粒徑約150trm的粉粒備用。HA和聚乙烯醇粉(polyvinyl alcohol,PVA)配比成混合粉末,置于鋪粉槽。聚乙烯批咯燒酮粉(Polyvinylpyrrolidone,PVP)溶于蒸懼水,配成濃度0.05%的溶液,注入干凈的嗔墨盒。
[0010]本發(fā)明所采用三維打印機(jī)為MAM微噴射立體打印式快速成形機(jī)(上海富奇凡機(jī)電科技有限公司)。根據(jù)兔橈骨MicroCT掃描數(shù)據(jù)，在三維打印機(jī)控制軟件上設(shè)置好打印參數(shù)，在計算機(jī)控制下，三維打印機(jī)主要完成逐層鋪粉、黏結(jié)粉末、精確噴置BMP-7或慶大霉素于特定部位3個步驟，最終完成設(shè)計的載藥羥基磷灰石納米管，打印步驟如下:
[0011](1)設(shè)定三維打印機(jī)控制軟件，確定各層截面的輪廓數(shù)據(jù)和打印參數(shù)。
[0012](2)在工作平臺上鋪一層羥基磷灰石粉末，滾筒碾平，去除多余粉末。
[0013](3)三維打印機(jī)上的打印頭在計算機(jī)控制下，按照該層截面的輪廓數(shù)據(jù)在平面上運(yùn)行，噴涂打印液(黏結(jié)劑)，將粉末混合物黏結(jié)起來形成二維片狀實體，同時
[0014]在特定部位精確噴置BMP-7或慶大霉素。
[0015](4)工作平臺下降一層厚度的距離，重復(fù)步驟2和3，逐層疊加，直至完成整個高度。
[0016](5)干燥。去掉多余的支撐粉末。
[0017](6)室溫靜置干燥12h。去除多余的支撐粉末，真空干燥7d去除有機(jī)溶劑。
[0018]外觀及孔隙觀察
[0019]正中水平剖開制備的羥基磷灰石納米管，觀察正中橫截面結(jié)構(gòu)，并置于銅臺上噴金，掃描電子顯微鏡觀察斷層結(jié)構(gòu)。
[0020]掃描電鏡顯示(圖1，圖2，圖3，圖4，圖5，圖7)，該載藥羥基磷灰石納米管呈多孔結(jié)構(gòu)，粉粒粘結(jié)良好，微孔分布均勻，互相連通，大小相仿，孔徑約為100-200nm，預(yù)實驗顯示，該羥基磷灰石納米管可裝載慶大霉素。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:
[0022]1、利用廉價易得的納米輕基磷灰石粉末(droxyapatite, HA)、聚乙烯醇粉(polyvinyl alcohol,PVA)、聚乙烯卩比咯燒酮粉(Polyvinylpyrrolidone,PVP),采用 3 維打印技術(shù)制備制備羥基磷灰石納米管。
[0023]2、作為骨修復(fù)的藥物載體無毒、無刺激、不致過敏反應(yīng)、不致突變、不致溶血，不破壞生物組織，并能與骨形成牢固的化學(xué)結(jié)合，是一種很有應(yīng)用前景的人工骨。
[0024]3、羥基磷灰石納米管，利用三維打印技術(shù)的優(yōu)點，模擬人體骨的三維特性，具有特定的三維孔隙結(jié)構(gòu)，且能達(dá)到裝載BMP-7或慶大霉素等抗生素的作用，提高對抗生素的吸附能力，并且能穩(wěn)定、持久地釋放，從而增強(qiáng)抗菌能力。
[0025]4、利用三維打印技術(shù)并結(jié)合生物體骨骼的三維孔隙等特點設(shè)計具有仿生功能的羥基磷灰石納米管，并在大段橈骨缺損的動物模型中驗證該羥基磷灰石納米管的體內(nèi)生物相容性及修復(fù)骨缺損的能力，為臨床治療大段骨缺損提供理想的治療材料和治療技術(shù)。
[0026]5、本項發(fā)明工藝簡單、操作方便、且成本低、沒有環(huán)境污染。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明所制備的羥基磷灰石納米管的透射電鏡下圖像。
[0028]圖2是本發(fā)明所制備的羥基磷灰石納米管的掃描電鏡下圖像。
[0029]圖3是本發(fā)明所制備的羥基磷灰石納米管高分辨率圖像。
[0030]圖4是本發(fā)明所制備的羥基磷灰石納米管高分辨率圖像。
[0031]圖5是本發(fā)明所制備的羥基磷灰石納米管高分辨率圖像。
[0032]圖6為本發(fā)明所制備的羥基磷灰石納米管，結(jié)構(gòu)圖。
[0033]圖7是本發(fā)明獲得的羥基磷灰石納米管微觀結(jié)構(gòu)。
[0034]圖8是羥基磷灰石納米管裝載裝載BMP-7后電鏡下圖像。
[0035]圖9是羥基磷灰石納米管裝載裝載BMP-7后電鏡下圖像。
[0036]圖10是羥基磷灰石納米管釋放BMP-7后電鏡下圖像
[0037]圖11是羥基磷灰石納米管釋放BMP-7后電鏡下圖像。
[0038]圖12裝載BMP-7的羥基磷灰石納米管，體外藥物試驗顯示，藥物釋放時間長趨勢圖。

【具體實施方式】
[0039]一、納米輕基磷灰石粉末(droxyapatite, HA)干燥后過篩,選取粒徑約150trm的粉粒備用。HA和聚乙烯醇粉(polyvinyl alcohol,PVA)配比成混合粉末,置于鋪粉槽。聚乙烯卩比咯燒酮粉(Polyvinylpyrrolidone,PVP)溶于蒸懼水,配成濃度0.05%的溶液,注入干凈的噴墨盒。根據(jù)兔橈骨MicroCT掃描數(shù)據(jù)，在三維打印機(jī)控制軟件上設(shè)置好打印參數(shù)，在計算機(jī)控制下，三維打印機(jī)主要完成逐層鋪粉、黏結(jié)粉末、精確噴置BMP-7或慶大霉素于特定部位3個步驟，最終完成設(shè)計的載藥羥基磷灰石納米管，打印步驟如下:
[0040](I)設(shè)定三維打印機(jī)控制軟件，確定各層截面的輪廓數(shù)據(jù)和打印參數(shù)。
[0041](2)在工作平臺上鋪一層羥基磷灰石粉末，滾筒碾平，去除多余粉末。
[0042](3)三維打印機(jī)上的打印頭在計算機(jī)控制下，按照該層截面的輪廓數(shù)據(jù)在平面上運(yùn)行，噴涂打印液(黏結(jié)劑)，將粉末混合物黏結(jié)起來形成二維片狀實體，同時在特定部位精確噴置BMP-7或慶大霉素。
[0043](4)工作平臺下降一層厚度的距離，重復(fù)步驟2和3，逐層疊加，直至完成整個高度。
[0044](5)干燥。去掉多余的支撐粉末。
[0045](6)室溫靜置干燥12h。去除多余的支撐粉末，真空干燥7d去除有機(jī)溶劑。
[0046]二、以下結(jié)合實例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0047]實施例1:
[0048]取10mg復(fù)合材料試樣浸入4mL磷酸鹽緩沖液中(pH = 7.4)，然后置于37°C恒溫箱中。于浸泡后24h取出樣本，8000r/min離心15分鐘，吸取浸出液，用PBS液沖洗管壁I次，更換PBS液，繼續(xù)浸泡。用分光光度計法檢測浸出液樣本中的BMP-7濃度，全部實驗均在無菌操作下進(jìn)行。最終計算從復(fù)合物材料釋放出來的BMP-7含量并且用藥物釋放模型進(jìn)行擬合。羥基磷灰石納米管裝載慶大霉素釋放前后電鏡圖。(圖8、9、10、11)
[0049]實施例2:
[0050]選用雄性6月齡新西蘭兔15只，采用氯胺酮50mg/kg肌肉注射，3%戊巴比妥鈉20mg/kg耳緣靜脈麻醉，麻醉成功后，雙側(cè)前臂備皮，取仰臥位固定于兔板，手術(shù)區(qū)消毒，鋪無菌單。于前臂橈側(cè)中上段切開皮膚、皮下組織及筋膜，分離肌肉以顯露橈骨骨膜，以橈骨弧頂為中點，用手術(shù)刀片去除橈骨骨膜，后用裝載直徑Icm砂輪磨片的骨科電鉆將去除骨膜的橈骨截除，并仔細(xì)分離已切除橈骨的尺側(cè)骨膜，制作缺損長度為1.5cm的骨缺損。術(shù)中注意橈骨骨缺損兩斷面平行，并垂直于尺骨縱軸，橈骨截取后，用20ml生理鹽水將缺損處骨碎屑、骨髓組織等沖洗徹底。隨機(jī)選取一側(cè)作為空白對照組，不予任何放置材料；另一側(cè)作為治療組，放置前述步驟中獲取的羥基磷灰石納米管材料3g，然后依次縫合肌膜及皮下組織、皮膚，碘伏消毒切口并仔細(xì)包扎，單籠飼養(yǎng)。術(shù)后連續(xù)3天肌肉注射青霉素80萬單位。分別于術(shù)后每4周行CT攝片檢查，術(shù)后12周時處死，取病灶部位組織進(jìn)行病理組織學(xué)檢查。收集植入部位骨組織、軟組織和血液樣品；采用高效液相色譜法檢測各樣品中BMP-7的藥物濃度。(圖12)
【權(quán)利要求】
1.一種具有載藥能力的羥基磷灰石納米管，其特征是:它是直徑100-200=%長度依據(jù)具體需要待定的羥基磷灰石納米管。
2.一種制備權(quán)要求1所述的羥基磷灰石納米管的方法，其特征是包括以下步驟: 步驟1:設(shè)定三維打印機(jī)控制軟件，根據(jù)目標(biāo)部位骨骼'微結(jié)構(gòu)特征，確定各層截面的輪廓數(shù)據(jù)和打印參數(shù)。 步驟2:在工作平臺上鋪一層羥基磷灰石粉末，滾筒碾平，去除多余粉末。 步驟3:三維打印機(jī)上的打印頭在計算機(jī)控制下，按照該層截面的輪廓數(shù)據(jù)在平面上運(yùn)行，噴涂打印液(黏結(jié)劑)，將粉末混合物黏結(jié)起來形成二維片狀實體，同時在特定部位精確噴置81？-7或慶大霉素。 步驟4:工作平臺下降一層厚度的距離，重復(fù)步驟2和3，逐層疊加，直至完成整個高度。 步驟5:干燥。去掉多余的支撐粉末。 步驟6:室溫靜置干燥121去除多余的支撐粉末，真空干燥7(1去除有機(jī)溶劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述上述的制法，其特征是:步驟1所述的3維打印機(jī)是，嫩1微噴射立體打印式快速成形機(jī)(上海富奇凡機(jī)電科技有限公司)，或具有相同功能的打印機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述制法，其特征是，混合粉末為納米羥基磷灰石粉末 叩社和聚乙烯醇粉&1001101, 的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述制法，其特征是，打印液(黏結(jié)劑)為聚乙烯吡咯烷酮粉(^017^111711)7^011(10116,戶乂?)溶于蒸懼水，濃度 0.05% 的溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述制法，其特征是，所承載噴置的抗生素為8腿^-7或慶大霉素等。
7.權(quán)利要求1所述的羥基磷灰石納米管在骨修復(fù)或骨接枝中的應(yīng)用。
【文檔編號】A61L27/12GK104288832SQ201410336276
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】鄭欣, 陳一心, 郭向可, 王曉波, 邱旭升, 王駿飛, 施鴻飛, 熊進(jìn) 申請人:鄭欣