一种矿化胶原人工骨膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种矿化胶原人工骨膜，该人工骨膜使用纳米钙磷盐与胶原纤维有序排列的矿化胶原制成，具有与天然骨膜一致的物质组成和微观及宏观结构，并具备良好的力学性能和生物降解特性，可以用于骨膜的替代和修复。本发明专利技术的人工骨膜可以在修复过程中将其它植骨材料限制在骨缺损部位，避免植骨材料脱出及肌肉、脂肪等组织被挤压进入骨缺损部位中，影响修复效果。该人工骨膜的孔隙结构有利于血管的再生和营养物质的输送，从而有益于骨缺损的修复。由于矿化胶原人工骨膜由纳米钙磷盐和胶原纤维组成，因此该人工骨膜在体内可随骨组织及骨膜的再生而逐渐被降解。本发明专利技术还提供了该人工骨膜的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种矿化胶原人工骨膜及其制备方法
本专利技术涉及生物医用材料领域，具体涉及一种用于骨膜的替代和修复的矿化胶原人工骨膜及其制备方法。
技术介绍
骨折、骨不连、骨延迟愈合等是临床上常见的骨科疾病，除了存在骨组织缺损，这些疾病还都涉及骨膜的缺损。因此，在进行骨缺损修复的同时，还应当对骨膜的缺损进行修复，以达到更好的临床修复效果。然而，目前还没有可供临床使用的人工骨膜产品。骨膜是覆盖在除关节部位以外骨表面的薄膜，是一层坚固的结缔组织包膜。天然的骨膜可分为内外两层：外层为纤维层，由胶原纤维紧密结合而成，含有成纤维细胞；内层为发生层，含有较粗的胶原纤维，并含有骨祖细胞，可以在特定条件下向成骨细胞分化。成纤维细胞和骨祖细胞都会分泌一定的细胞外基质，该细胞外基质主要是一种天然的矿化胶原成分，其中胶原呈规则排列的多级结构，并为钙磷盐的矿化提供模板，从而形成有序排列的矿化胶原复合体。骨膜可通过血管向骨组织提供营养物质，对骨组织的生长发育以及骨组织缺损的修复起到至关重要的作用。目前，在手术中对于骨折、骨不连、骨延迟愈合及其它骨缺损的修复主要采用骨移植的办法，使用自体骨、同种异体骨或人工骨等各类骨植入材料对骨缺损进行填充，以期达到修复的目的。然而，现行的手术方案在植骨后通常并不对骨膜进行修复，而是直接逐层缝合肌肉和皮肤，使得植骨材料难以被很好地限制在缺损部位而产生脱出，或者肌肉、脂肪等组织被挤压进入骨缺损中，影响修复效果，甚至造成更严重的并发症（例如植骨材料脱出后压迫其它组织和神经）。因此，有必要在骨修复手术中对植骨后的骨缺损修复区域进行包覆，达到替代和重建骨膜的目的，降低植骨材料脱出的风险，以及防止肌肉、脂肪等组织被挤压进入骨缺损部位，影响修复效果。目前临床上并没有专门的骨膜修复产品，一些膜状植入材料可以被用作骨膜的替代和修复，这类材料主要有脱细胞基质膜、可降解聚合物膜、胶原膜等，然而这些材料均各自存在较大缺陷。脱细胞基质膜通过对人或其它动物来源的组织进行处理，获得以细胞外基质为主要成分的膜状材料。该材料的免疫原性较大，植入体内易引起免疫排斥反应，不利于骨缺损的修复。可降解聚合物膜包括可降解天然生物质材料（如壳聚糖）、可降解人工合成材料（如聚乳酸）等，天然生物质材料作为外源性生物制品，普遍存在引发免疫排斥反应的风险，而聚乳酸、聚羟基乙酸等人工合成材料的降解产物呈酸性，易引发无菌炎症，对骨的矿化不利。现有的胶原膜产品则存在机械性能差、降解速率过快等缺陷，达不到临床上对人工骨膜的性能要求。因此，现有的膜状植入材料均各自存在较大缺陷，不利于骨缺损愈合，不适合用作骨膜的替代物或用于骨膜的修复。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种矿化胶原人工骨膜，该人工骨膜使用纳米钙磷盐与胶原纤维有序排列的矿化胶原制成，具有与天然骨膜一致的物质组成和微观及宏观结构，并具备良好的力学性能和生物降解特性，可以用于骨膜的替代和修复。本专利技术还提供了该人工骨膜的制备方法。本专利技术的第一方面，提供了一种矿化胶原人工骨膜。该人工骨膜在宏观上呈扁平膜状结构，厚度0.1~0.5mm，具有一定的孔隙结构，孔隙率为10%~30%。在微观结构上，该人工骨膜的基本结构单元为有序排列的纳米钙磷盐与胶原纤维，其中纳米钙磷盐晶体的c轴沿胶原纤维的长轴方向排列。所述矿化胶原人工骨膜可自由弯曲和折叠。所述矿化胶原人工骨膜中胶原与钙磷盐的质量比为2:1~5:1。所述纳米钙磷盐的粒径为20~200nm，钙元素和磷元素的摩尔比为1/1~2/1。进一步地，所述纳米钙磷盐为纳米羟基磷灰石，粒径为20~200nm。本专利技术的第二方面，提供了本专利技术第一方面所述矿化胶原人工骨膜的制备方法，包括以下操作步骤：步骤S1、矿化胶原仿生复合材料制备，具体包括：步骤S1-1、将胶原溶于盐酸、硝酸或醋酸中的任何一种，配制成胶原的酸溶液，其中胶原浓度为5.0×10-5~5.0×10-3g/mL；步骤S1-2、持续搅拌步骤S1-1所得溶液，缓慢滴加含钙离子的溶液，钙离子的加入量为每克胶原对应加入钙离子0.002~0.01mol；步骤S1-3、持续搅拌步骤S1-2所得溶液，缓慢滴加含磷酸根离子的溶液，磷酸根离子的加入量与步骤S1-2中钙离子加入量的摩尔比为Ca/P=1/1~2/1；步骤S1-4、持续搅拌步骤S1-3所得溶液，缓慢滴加NaOH溶液至混合体系pH=6~8，当pH=5~6时，混合体系开始出现沉淀，当pH=7时，混合体系出现白色悬浊液；步骤S1-5、将步骤S1-4所得混合体系静置24~120小时，分离出沉淀并洗去杂质离子，随后对混合体系进行浓缩，直至获得固液比为0.03~0.06g/mL的矿化胶原胶冻。步骤S2、矿化胶原的灌模及冷冻干燥，具体包括：步骤S2-1、量取一定量步骤S1-5获得的矿化胶原胶冻填入模具中并铺平，根据所制备矿化胶原人工骨膜的厚度，使得模具上每cm2装填的矿化胶原胶冻中含有固体0.006~0.032g；步骤S2-2、将步骤S2-1灌模后的矿化胶原胶冻进行充分冷冻干燥，获得矿化胶原海绵。步骤S3、矿化胶原的交联，具体包括：步骤S3-1、配制0.005~0.25wt%的戊二醛的乙醇溶液作为交联剂；步骤S3-2、将步骤S2-2获得的矿化胶原海绵浸泡于步骤S3-1配制的交联剂溶液中24~48小时，进行交联；步骤S3-3、将步骤S3-2获得的矿化胶原海绵从交联剂溶液中取出，置于层析柱中，以流动的纯水洗涤48~72小时，以除去残留的交联剂；步骤S3-4、将步骤S3-3获得的矿化胶原海绵进行真空干燥或者冷冻干燥，获得交联的矿化胶原海绵。步骤S4、矿化胶原膜的成型，具体包括：步骤S4-1、将步骤S3-4获得的交联的矿化胶原海绵置于辊压机上，施加8~20MPa的压力，并保压5~20秒，获得矿化胶原膜；步骤S4-2、根据临床需求对步骤S4-1获得的矿化胶原膜进行切割、修剪，获得矿化胶原人工骨膜。其中，步骤S1-5所述分离出沉淀并洗去杂质离子的过程可以采用离心的方法，也可以采用抽滤、超滤、透析等膜分离技术进行；所述浓缩可以采用离心的方法，也可以采用抽滤、超滤、透析等膜分离技术进行，也可以采用低温真空干燥的方法进行。当采用透析方法进行浓缩时，包括以下步骤：步骤I、测定洗涤后混合体系沉淀的渗透压π1，然后将该混合体系沉淀置于截留分子量为10,000~20,000的透析袋中，将透析袋端口密封；步骤II、将透析袋置于渗透压为π2的溶液D（如1,000,000分子量聚环氧乙烷的水溶液）中进行透析，其中π2>π1；步骤III、记录透析袋刚放入溶液D时π2的下降变化率为r0，监控透析过程中π2的变化，当π2的下降变化率小于r0/10时更换透析袋外的溶液D，并重新测定透析袋内的渗透压π1；步骤IV、重复步骤II和III，直到透析袋内获得目标浓度的矿化胶原胶冻。其中，步骤S2-2中，灌模后的模具在冷冻干燥的预冻步骤中必须使模具底面处于水平状态，以免冷冻干燥后得到的矿化胶原海绵厚度不均匀。其中，步骤S3-3的交联剂去除过程除了水洗，也可以采用乙醇洗，或者水洗和乙醇洗相结合的方法。实施本专利技术，可以获得与天然骨膜物质组成和微观及宏观结构均高度一致的矿化胶原人工骨膜。该人工骨膜适用于骨缺损修复中骨膜的替代和修复本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿化胶原人工骨膜，其特征在于，该人工骨膜在宏观上呈扁平膜状结构，厚度0.1 ~ 0.5 mm，具有一定的孔隙结构，孔隙率为10% ~ 30%；在微观结构上，该人工骨膜的基本结构单元为有序排列的纳米钙磷盐与胶原纤维。

【技术特征摘要】
1.一种矿化胶原人工骨膜的制备方法，包括以下操作步骤：步骤S1、矿化胶原仿生复合材料制备，具体包括：步骤S1-1、将胶原溶于盐酸、硝酸或醋酸中的任何一种，配制成胶原的酸溶液，其中胶原浓度为5.0×10-5～5.0×10-3g/mL；步骤S1-2、持续搅拌步骤S1-1所得溶液，缓慢滴加含钙离子的溶液，钙离子的加入量为每克胶原对应加入钙离子0.002～0.01mol；步骤S1-3、持续搅拌步骤S1-2所得溶液，缓慢滴加含磷酸根离子的溶液，磷酸根离子的加入量与步骤S1-2中钙离子加入量的摩尔比为Ca/P＝1/1～2/1；步骤S1-4、持续搅拌步骤S1-3所得溶液，缓慢滴加NaOH溶液至混合体系pH＝6～8，当pH＝5～6时，混合体系开始出现沉淀，当pH＝7时，混合体系出现白色悬浊液；步骤S1-5、将步骤S1-4所得混合体系静置24～120小时，分离出沉淀并洗去杂质离子，随后对混合体系进行浓缩，直至获得固液比为0.03～0.06g/mL的矿化胶原胶冻；步骤S2、矿化胶原的灌模及冷冻干燥，具体包括：步骤S2-1、量取一定量步骤S1-5获得的矿化胶原胶冻填入模具中并铺平，根据所制备矿化胶原人工骨膜的厚度，使得模具上每cm2装填的矿化胶原胶冻中含有固体0.006～0.032g；步骤S2-2、将步骤S2-1灌模后的矿化胶原胶冻进行充分冷冻干燥，获得矿化胶原海绵；步骤S3、矿化胶原的交联，具体包括：步骤S3-1、配制0.005～0.25wt％的戊二醛的乙醇溶液作为交联剂；步骤S3-2、将步骤S2-2获得的矿化胶原海绵浸泡于步骤S3-1配制的交联剂溶液中24～48小时，进行交联；步骤S3-3、将步骤S3-2获得的矿化胶原海绵从交联剂溶液中取出，置于层析柱中，以流动的纯水洗涤48～72小时，以除去残留的交联剂；步骤S3-4、将步骤S3-3获得的矿化胶原海绵进行真空干燥或者冷冻干燥，获得交联的矿化胶原海绵；步骤S4、矿化胶原膜的成型，具体包括：步骤S4-1、将步骤S3-4获得的交联的矿化胶原海绵置于辊压机上，施加8～20MPa的压力，并保压5～20秒，获得矿化胶原膜；步骤S4-2、根据临床需求对步骤S4-1获得的矿化胶原膜进行切割、修剪，获得矿化胶原人...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶春生，仇志烨，宋天喜，张自强，崔福斋，
申请(专利权)人：北京奥精医药科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11