專利名稱：羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料及其制備方法，屬于生物醫(yī)學材料領域。
背景技術：
骨缺損的修復一直是幾個世紀以來人們不斷深入研究的重點課題，隨著生物醫(yī)學和組織工程研究的不斷進步，組織工程支架材料的研究備受科研人員的關注。目前，羥基磷灰石(Hydroxyapatite，HAP)，作為人體和動物骨骼、牙齒的主要無機成分，具有良好的生物活性和生物相容性，被認為是一種最具潛力的人體硬組織替換材料。但其本身力學性能差、強度低、脆性大，限制了它在醫(yī)學臨床上的應用。為了更接近人體骨骼的力學要求，人們試圖通過各種途徑引入其他物質，制備更為理想的羥基磷灰石復合生物材料，以模擬人體自然骨結構和功能，以期達到更好的醫(yī)學應用價值。人們已經(jīng)利用纖維復合法、電化學沉積法等方法制備出聚乳酸、聚集內酯、聚乙交酯、聚乙烯、細菌纖維素、殼聚糖、明膠、膠原等眾多的羥基磷灰石復合的高分子組織工程支架。與上述生物高分子相比，透明質酸(Haluronic acid, HA)是構成細胞外基質、細胞間質和細胞周基質的主要成分。對于維持細胞和組織的結構完整，為細胞提供良好內環(huán)境有著重要的作用，從而影響著細胞的生理功能。同時它參與構成蛋白糖聚糖聚合體，在生理狀態(tài)下，HA與其他糖胺聚糖(如硫酸軟骨素、硫酸角質素等)協(xié)同連接到核心蛋白上，構成蛋白聚糖聚合體。由于透明質酸易分解，故商品化的透明質酸一般為其鈉鹽，即透明質酸鈉 (Sodium Hyaluronate，SH) Pilloni等發(fā)現(xiàn)，低分子SH在體外可促進間質細胞的轉移和分化，對骨的生成有促進作用。盡管高分子SH在體外對骨的形成沒有明顯的促進作用， 但Msaki等認為，高分子SH在體內可通過降解成低分子SH而發(fā)生作用，且高分子SH具有易于在用藥局部存留的優(yōu)點。Lisignoli等用非織物性透明質酸苯甲酯聚合物HYAFF-Il支架承載預先受堿性成生長因子(bFGF)刺激的BMSCs，并植入大部分繞骨缺損的大鼠體內， 發(fā)現(xiàn)其可以顯著促進骨的再生和加速骨的礦化。透明質酸鈉的分子中含有大量的羥基、羧基和乙酰氨基，具有強的吸水性，良好的生物相容性和生物降解性。以上這些性質決定了透明質酸鈉具有較好的生物學特性，其在組織工程材料領域具有獨特的應用價值。魔芋葡甘聚糖(Konjac glucomarman，KGM)是一種pH敏感性多糖，可以通過調節(jié)系統(tǒng)的PH值來控制KGM的凝膠產生時間和凝膠度，這種特性對控制KGM的機械性能、生物降解性能及其與其他材料的復合性能非常有利。此外，由于KGM是支鏈高分子，比直鏈高分子(如纖維素、殼聚糖)可獲得更高的交聯(lián)度，因此相同條件下KGM的力學強度更高。除上述特點外，如同其他在生物材料領域廣泛應用的生物多糖(如纖維素、殼聚糖、明膠和絲蛋白等)，KGM可獲得孔結構豐富且孔徑可調的三維網(wǎng)狀結構，具有良好的持水能力、生物相容性和降解性。因此KGM具有優(yōu)良的成型性能和力學性能。通過和HAP的復合可以改善 HAP成型性和力學強度差的缺點。此外，KGM與透明質酸鈉的微觀結構、理化性質十分相似，故能與透明質酸鈉很好地復合，并且由于KGM來源廣，成本低廉。鑒于此，本發(fā)明首次制備了羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料。相比于其他羥基磷灰石復合材料，該材料不僅具有仿生的特點，而且具有良好的力學性能和生物活性。這種在聚集態(tài)結構和性能上均與自然骨接近的支架材料將在骨修復領域具有很高的臨床應用價值。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供了以羥基磷灰石(HAP)、透明質酸鈉(SH)、魔芋葡甘聚糖(KGM)三種生物材料的多孔支架材料及其制備方法。本發(fā)明的技術方案是羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料，是由羥基磷灰石、透明質酸鈉、魔芋葡甘聚糖三種材料組成的多孔支架復合材料，羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖的質量比為1 170 :1 20 :160 200。本發(fā)明提供的羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料制備方法，是將透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖復合，用交聯(lián)劑先制得透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖支架材料， 進而利用仿生礦化的方法制備羥基磷灰石/透明質酸鈉/魔芋葡甘聚糖支架材料。具體制備步驟為
(1)按透明質酸鈉與水的質量比為1:2000 1:400，將透明質酸鈉溶于水中，攪拌使其充分溶解，然后將堿性溶液加入溶液中；
(2)交聯(lián)按透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖的質量比1:200 8，將魔芋葡甘聚糖加入步驟(1)得到的產物中，攪拌至凝膠狀態(tài)；
(3)將步驟(2)得到的產物密封后在溫度為50°C 90°C的水浴中熟化12 48h，將產物取出，然后將水浴溫度降至15°C 50°C，再將產物放入水浴中脫堿直至產物溶液pH值為 7 ；取出材料，在溫度為-10°C _40°C條件下低溫冷凍和干燥Ih 48h，制得SH/KGM多孔支架材料；
(4)預鈣化將SH/KGM多孔支架材料浸入溫度為36.5 37. 5°C的鈣離子溶液中1 4天，每24h更換一次鈣離子溶液；
(5)將(4)步驟得到的產物取出，浸入溫度為36.5 37. 5°C的模擬體液(SBF)溶液中 1 16天，每24h更新一次SBF ；然后將產物取出，水浴12 36h，洗去支架上殘留的SBF溶液中的離子；最后將材料取出，在溫度為-10°C -40°C條件下低溫冷凍和干燥Ih 48h， 制得HAP/SH/KGM多孔支架材料。所述步驟(1)中，堿性溶液為濃度為0. 1 lvol%的ΝΗ3·Η20或濃度為0. 1 lvol% 的NaOH溶液，加入量按堿性溶液與水的體積比為1:800 1:80。所述步驟(3)中制得的SH/KGM多孔支架材料，在103. 4kPa (1. 05kg/cm2)蒸汽壓下，溫度達到121. 3°C，高壓滅菌進行消毒后備用。所述步驟(4)的鈣離子溶液為濃度為0. 05 0. 2摩爾/升的Ca(OH)2或Ca(NO3)2 或CaCl2溶液。所述步驟(5)中的水浴溫度為15°C 90°C。所述步驟(5)中的SBF溶液中各離子的濃度為Na+ 213mmol/L、K+ 7. 5mmol/L、Mg2+ 2. 25mmol/L、Ca2+ 3. 75mmol/L、C1- 221. 7mmol/L、HCO3- 6. 3mmol/L、HP0[ 1. 5mmol/L、SO:0.75mmol/L。本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果
(1)本發(fā)明使用透明質酸鈉作為原料，透明質酸鈉對骨生長具有促進作用；
(2)本發(fā)明具有獨特結構的羥基磷灰石沉積層，且羥基磷灰石沉積層提高了支架材料的力學性能，透明質酸鈉的引入，有利于細胞的生長和繁殖，滿足骨組織工程支架的要求；
(3)本發(fā)明的未使用任何有毒藥品，安全無毒性；
(4)本發(fā)明在常壓下即可完成材料的制備，工藝簡單。


圖1為本發(fā)明HAP/HA/KGM多孔支架材料的制備流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例，對本發(fā)明做進一步闡述，但本發(fā)明的保護范圍不限于所述內容。實施例1 參見圖1，本羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料的制備方法是
(1)按透明質酸鈉與水的質量比為1:2000，將透明質酸鈉溶于水中，攪拌使其充分溶解，然后將堿性溶液加入溶液中；堿性溶液為濃度為0. lvol%的NH3 · H2O溶液，加入量按堿性溶液與水的體積比為1:800。(2)交聯(lián)按透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖的質量比1:8，將魔芋葡甘聚糖加入步驟 (1)得到的產物中，攪拌至凝膠狀態(tài)。(3)將步驟(2)得到的產物密封后在溫度為90°C的水浴中熟化12h，將產物取出， 然后將水浴溫度降至15°C時，再將產物放入水浴中脫堿直至產物溶液PH值為7;取出材料， 在溫度為_30°C條件下低溫冷凍和干燥Mh，制得SH/KGM多孔支架材料。(4)預鈣化將SH/KGM多孔支架材料浸入溫度為37°C的鈣離子溶液中4天，每24h 更換一次鈣離子溶液。(鈣離子溶液為濃度為0. 1摩爾/升的Ca(OH)2溶液)
(5)將(4)步驟得到的產物取出，浸入溫度為37°C的模擬體液(SBF)溶液中8天，每 24h更新一次SBF ；然后將產物取出，在溫度為90°C的條件下，水浴12h，洗去支架上殘留的 SBF溶液中的離子；最后將材料取出，在溫度為-10°C條件下低溫冷凍和干燥lh，制得HAP/ SH/KGM 多孔支架材料。(SBF 溶液Na+ 213mmol/L、K+ 7. 5mmol/L、Mg2+ 2. 25mmol/L、Ca2+ 3. 75mmol/L、C1- 221. 7mmol/L、HCO3- 6. 3mmol/L、HPO4- 1. 5mmol/L、SO廣 0. 75mmol/L。)
經(jīng)上述過程所得羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料的組分是羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖的質量比為110 20 :160。實施例2 參見圖1，本羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料的制備方法是
(1)按透明質酸鈉與水的質量比為1:667，將透明質酸鈉溶于水中，攪拌使其充分溶解， 然后將堿性溶液加入溶液中；堿性溶液為濃度為0. Svo 1%的NH3 ·H2O,加入量按堿性溶液與水的體積比為1:500。(2)交聯(lián)按透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖的質量比1:25，將魔芋葡甘聚糖加入步驟(1)得到的產物中，攪拌至凝膠狀態(tài)。(3)將步驟(2)得到的產物密封后在溫度為70°C的水浴中熟化Mh，將產物取出， 然后將水浴溫度降至30°C時，再將產物放入水浴中脫堿直至產物溶液PH值為7;取出材料， 在溫度為-10°C條件下低溫冷凍和干燥lh，制得SH/KGM多孔支架材料。(4)預鈣化將SH/KGM多孔支架材料浸入溫度為36. 5°C的鈣離子溶液中1天，每 24h更換一次鈣離子溶液。(鈣離子溶液為濃度為0. 1摩爾/升的Ca(NO3)2溶液)
(5)將(4)步驟得到的產物取出，浸入溫度為36. 5°C的模擬體液(SBF)溶液中7天，每 24h更新一次SBF ；然后將產物取出，在溫度為15°C的條件下，水浴30他，洗去支架上殘留的 SBF溶液中的離子；最后將材料取出，在溫度為-10°C條件下低溫冷凍和干燥lh，制得HAP/ SH/KGM 多孔支架材料。(SBF 溶液=Na+ 213mmol/L、K+ 7. 5mmol/L、Mg2+ 2. 25mmol/L、Ca2+ 3. 75mmol/L、C1- 221. 7mmol/L、HCO3- 6. 3mmol/L、HPO4- 1. 5mmol/L、SO廣 0. 75mmol/L。)。經(jīng)上述過程所得羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料的組分是羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖的質量比為80 8 :200。實施例3 參見圖1，本羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料的制備方法是
(1)按透明質酸鈉與水的質量比為1:400，將透明質酸鈉溶于水中，攪拌使其充分溶解， 然后將堿性溶液加入溶液中；堿性溶液為濃度為lvol%的NaOH溶液，加入量按堿性溶液與水的體積比為1:80。(2)交聯(lián)按透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖的質量比1:200，將魔芋葡甘聚糖加入步驟(1)得到的產物中，攪拌至凝膠狀態(tài)。(3)將步驟(2)得到的產物密封后在溫度為50°C的水浴中熟化48h，將產物取出， 然后將水浴溫度降至50°C后，再將產物放入水浴中脫堿直至產物溶液PH值為7;取出材料， 在溫度為_20°C條件下低溫冷凍和干燥48h，制得SH/KGM多孔支架材料。(4)預鈣化將SH/KGM多孔支架材料浸入溫度為37. 5°C的鈣離子溶液中3天，每 24h更換一次鈣離子溶液。(鈣離子溶液為濃度為0. 2摩爾/升的CaCl2溶液)
(5)將(4)步驟得到的產物取出，浸入溫度為37. 5°C的模擬體液(SBF)溶液中16天，每 24h更新一次SBF ；然后將產物取出，在溫度為80°C的條件下，水浴36h，洗去支架上殘留的 SBF溶液中的離子；最后將材料取出，在溫度為-20°C條件下低溫冷凍干燥48h，制得HAP/ SH/KGM 多孔支架材料。(SBF 溶液=Na+ 213mmol/L、K+ 7. 5mmol/L、Mg2+ 2. 25mmol/L、Ca2+ 3. 75mmol/L、C1- 221. 7mmol/L、HCO3- 6. 3mmol/L、HPO4- 1. 5mmol/L、SO廣 0. 75mmol/L。)
經(jīng)上述過程所得羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料的組分是羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖的質量比為170 1 :200。實施例4
(1)按透明質酸鈉與水的質量比為1:1000，將透明質酸鈉溶于水中，攪拌使其充分溶解，然后將堿性溶液加入溶液中；堿性溶液為濃度為0. 2vol%的NaOH溶液，加入量按堿性溶液與水的體積比為1:700。(2)交聯(lián)按透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖的質量比1:10，將魔芋葡甘聚糖加入步驟(1)得到的產物中，攪拌至凝膠狀態(tài)。(3)將步驟(2)得到的產物密封后在溫度為80°C的水浴中熟化10h，將產物取出，然后將水浴溫度降至45°C，再將產物放入水浴中脫堿直至產物溶液PH值為7 ；取出材料，在溫度為_15°C條件下低溫冷凍30h和干燥，制得SH/KGM多孔支架材料。
(4)預鈣化將SH/KGM多孔支架材料浸入溫度為37°C的鈣離子溶液中2天，每24h 更換一次鈣離子溶液。(鈣離子溶液為濃度為0. 05摩爾/升的Ca(OH)2溶液)
(5)將(4)步驟得到的產物取出，浸入溫度為37°C的模擬體液(SBF)溶液中1天；然后將產物取出，在溫度為70°C的條件下，水浴20h，洗去支架上殘留的SBF溶液中的離子； 最后將材料取出，在溫度為_15°C條件下低溫冷凍和干燥20h，制得HAP/SH/KGM多孔支架材料。(SBF 溶液=Na+ 213mmol/L、K+ 7. 5mmol/L、Mg2+ 2. 25mmol/L、Ca2+ 3. 75mmol/L、C1-221. 7mmol/L、HC03- 6. 3mmol/L、HP0[ 1. 5mmol/L、SO廣 0. 75mmol/L。)
經(jīng)上述過程所得羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料的組分是羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖的質量比為1 16 :160。
權利要求
1.一種羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料，其特征在于是由羥基磷灰石、透明質酸鈉、魔芋葡甘聚糖三種材料組成的多孔支架復合材料。
2.根據(jù)權利要求書1所述的羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料，其特征在于羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖的質量比為1 170 1 20 160 200。
3.一種羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料的制備方法，其特征在于 包括如下步驟(1)按透明質酸鈉與水的質量比為1:2000 1:400，將透明質酸鈉溶于水中，攪拌使其充分溶解，然后將堿性溶液加入溶液中；(2)按透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖的質量比為1:200 8，將魔芋葡甘聚糖加入步驟 (1)得到的產物中，攪拌至凝膠狀態(tài)；(3)將步驟(2)得到的產物密封水浴熟化，然后將產物取出，待溫度下降后，再將產物放入水浴中脫堿直至產物溶液PH值為7 ；最后取出產物，低溫冷凍和干燥后，制得SH/KGM多孔支架材料；(4)將SH/KGM多孔支架材料浸入溫度為36.5 37. 5°C的鈣離子溶液中1 4天，每 24h更換一次鈣離子溶液；(5)將步驟(4)得到的產物取出，浸入溫度為36.5 37. 5°C的模擬體液溶液中1 16 天，每24h更新一次人體模擬液；然后將產物取出，水浴12 36h ；最后將材料取出，低溫冷凍和干燥后，制得HAP/SH/KGM多孔支架材料。
4.根據(jù)權利要求書3所述的羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料的制備方法，其特征在于所述HAP/SH/KGM多孔支架材料中羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖的質量比為1 170 1 20 160 200。
5.根據(jù)權利要求書3所述的羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料的制備方法，其特征在于堿性溶液為濃度為0. 1 lvol%的NH3 · H2O或濃度為0. 1 1 的 NaOH溶液，加入量按堿性溶液與水的體積比為1:800 1:80。
6.根據(jù)權利要求書3所述的羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中水浴熟化溫度為50°C 90°C，時間為12 48h ；水浴脫堿溫度為15°C 50°C。
7.根據(jù)權利要求書3所述的羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料的制備方法，其特征在于所述步驟(3)和(5)中低溫冷凍的溫度為-10°C -40°C，時間為Ih 48h。
8.根據(jù)權利要求書3所述的羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料的制備方法，其特征在于所述步驟(5)中水浴溫度為15°C 90°C。
9.根據(jù)權利要求書3所述的羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料的制備方法，其特征在于所述步驟(4)的鈣離子溶液為濃度為0. 05 0. 2摩爾/升的Ca(0H)2、 Ca(NO3)2 或 CaCl2 溶液。
10.根據(jù)權利要求書3所述的羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖復合材料的制備方法，其特征在于所述步驟(5)中 Na+ 213mmol/L、K+ 7. 5mmol/L、Mg2+ 2. 25mmol/L、Ca2+ 3. 75mmol/L、C1— 221. 7mmol/L、HCO3— 6. 3mmol/L、HPO4— 1. 5mmol/L、S042— 0. 75mmol/L。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于骨缺損修復的一種羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架復合材料及其制備方法，屬于生物醫(yī)學材料領域。本發(fā)明以透明質酸鈉、魔芋葡甘聚糖為原料，交聯(lián)后制得透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖的多孔支架材料后，通過預鈣化及SBF溶液浸泡的仿生礦化法制得羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架材料。本發(fā)明反應條件溫和，采用材料均安全無毒性，成本低廉，制備工藝簡單；同時此支架材料具有良好的力學性能和獨特的三維結構，滿足骨組織工程材料的要求。
文檔編號C08J9/40GK102380128SQ20111033716
公開日2012年3月21日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權日2011年10月31日
發(fā)明者王靜, 陳佳, 陳慶華, 黃明華 申請人:昆明理工大學