本发明专利技术公开了一种改性聚乙烯醇水凝胶材料及专用模具、制备方法和应用，包括如下步骤：(1)制备聚乙烯醇/生物活性钙磷粉体共混悬浮液Ⅰ及聚乙烯醇/工程塑料共混悬浮液Ⅱ；(2)将悬浮液Ⅰ注入专用模具中，在模具出气口处抽真空直到所有悬浮液Ⅰ刚好浸过致孔剂；再加入悬浮液Ⅱ，对模具加压，制得目的材料前体Ⅰ；(3)将前体Ⅰ进行冷冻处理，然后在室温下解冻处理，再利用γ射线辐射进一步成型，得到目的材料前体Ⅱ；(4)将前体Ⅱ在去离子水中进行多次的透析和洗涤，即制得目的材料。所得材料具有良好的生物相容性和生物活性，并且密实层和多孔层之间不存在界面问题，使用过程中不会出现应力集中等问题，可在软骨修复与替代中应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具备致密/多孔层状仿生结构的改性聚乙烯醇水凝胶软骨/骨修复材料及其制备方法，属于生物医用材料领域。
技术介绍
聚乙稀醇(polyvinyl alcohol，简称PVA)是一类由聚醋酸乙稀醋部分或者完全水解而成的水溶性聚合物。聚乙烯醇水凝胶的化学组成和独特的空间三维结构，使其具有独特的物理和生物性能，如很好的溶胀性、高含水率、良好的粘弹性、柔软以及良好的生物相容性等，使其和人体组织很接近，因此被广泛应用在生物医学材料领域，在伤口敷料、眼角接触镜、组织工程支架、人造皮肤、药物缓释、生物感应器、人工关节软骨和半月板置换等方面得到了广泛的应用。然而聚乙烯醇作为生物材料仍有一定缺点，如缺乏生物活性，细胞粘附性差，在特定应用领域无法达到所要求的机械强度、低摩擦性等，因而限制了聚乙烯醇应用范围的进步扩展。生物活性钙磷粉体主要有磷酸三钙、羟基磷灰石和生物活性玻璃等。生物活性玻璃是表面活性材料，具有良好的生物相容性和骨修复特性，能与人体骨或软组织形成生理结合。生物活性玻璃一般含有CaO-S12-P2O5,部分含有MgO、K2O, Na20、Al2O3' B2O3' T12等，玻璃网络由硅氧四面体或磷氧四面体构成。磷酸三钙(Ca3(PO4)2, TCP)是众多磷酸盐中的一种生物陶瓷材料，具有优良的生物相容性、生物活性以及生物降解性，是一种非常理想，临床应用前景十分诱人的人体硬组织缺损修复和替代材料。当磷酸钙陶瓷材料被植入体内时，在生物环境下能发生不同程度的降解，被部分或者全部吸收。工程塑料是一类具有高强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。当前应用在医用材料的工程塑料有聚甲醛、尼龙、聚苯醚、聚醚醚酮等。尼龙(聚酰胺)是分子主链上含有重复酰胺基团一 —的热塑性树脂总称，包括脂肪族聚酰胺和芳香族聚酰胺。尼龙具有良好的力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，易于加工。聚醚醚酮(PEEK)是一种高强度的特种功能材料，半结晶热塑性工程塑料。具有良好的耐蠕变性能，这种性能有利于材料在长时间内受压力的情况下不会因此而发生非常明显的形变。其高力学强度主要来源于其结晶度和晶体结构。并且聚醚醚酮具有比聚四氟乙烯更好的耐磨减摩性能。现有技术如常规共混致孔剂法、模板法、气体成孔法制备的材料存在孔洞结构不合适、孔洞连通率低、无机粉体的团聚现象及多层材料间界面问题等缺陷。
技术实现思路
本专利技术目的之一在于克服现有技术存在的孔洞结构不合适、孔洞连通率低及多层材料间界面问题等缺陷，提供一种具备致密/多孔层状仿生结构的改性聚乙烯醇水凝胶软骨/骨修复材料，同时提供该材料的制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现:一种制备改性聚乙烯醇水凝胶材料的专用模具，所述模具的腔体内设有过滤网，过滤网将腔体分为上下腔体，下腔体的底部设有出气口，上腔体内装有可溶性的致孔剂，致孔剂上部预留有储液空腔。一种改性聚乙烯醇水凝胶材料的制备方法，包括如下步骤:(I)制备悬浮液I和II悬浮液I的制备:对微纳米级的生物活性钙磷粉体进行超声分散，然后加入聚乙烯醇溶液中，搅拌共混均匀并除去气泡，制得悬浮液I ;悬浮液II的制备:将工程塑料加入聚乙烯醇溶液中，搅拌共混均匀并除去气泡，制得悬浮液II ；(2)将悬浮液I注入权利要求1的专用模具中，在模具出气口处抽真空直到所有悬浮液I刚好浸过致孔剂；再加入悬浮液II，对模具加压，制得目的材料前体I ;(3)将上述目的材料前体I在-80?-20°c条件下进行冷冻处理10?16小时，然后取出在室温下解冻处理5?12小时，经冷冻-解冻循环5?11次，再利用γ射线辐射进一步成型，得到目的材料前体II ;(4)将目的材料前体II从模具中取出，在去离子水中进行多次的透析和洗涤，除去有机溶剂，即制得目的材料。步骤(I)所述聚乙烯醇溶液的制备:将聚乙烯醇与80% DMSO或纯去离子水混合，于98?110°C条件下搅拌3h?8h，制得质量浓度为10?20%的聚乙烯醇溶液；步骤(I)所述超声分散是:将微纳米级的生物活性钙磷粉体分散在80% DMSO溶液中，超声处理使生物活性钙磷粉体达到完全分散。所述悬浮液II的制备:配制80% DMSO溶液，与聚乙烯醇、工程塑料以质量比为85:15:15的比例混合，110°C条件下搅拌3h，制得悬浮液II。所述悬浮液I和II除去气泡的方法:将悬浮液I和II分别在95?120°C条件下静置3?5h，随后抽真空，直到悬浮液环境达到真空状态且无气泡释出，鼓入氮气或者氩气保持30min以上，恢复至正常大气压，再次抽真空，鼓入氮气或者氩气保持30min以上，如此循环I?3次。所述致孔剂为PLGA、碳酸氢钠、石蜡、蔗糖、氯化钠、辛基酚聚氧乙烯醚和碳酸氢铵中的一种或两种以上的混合；所述生物活性钙磷粉体为磷酸三钙、羟基磷灰石或生物活性玻璃；所述工程塑料为聚甲醛、尼龙6、聚苯醚或聚醚醚酮。所述γ射线辐射是利用6tlCo放射的高能γ射线辐照，辐射剂量为20kGy ;所述除去溶剂是将材料前体II放入去离子水中，每隔3?4h换一次水，如此在去离子水中透析7?9d。上述方法制备的水凝胶材料为致密层和多孔层组成的仿生结构复合材料。所述水凝胶材料可在软骨修复与替代中应用。采用超声分散法制备聚乙烯醇/生物活性钙磷粉体材料，所述复合材料的生物活性钙磷粉体含量占总重的1%?8% 方面可增强材料的力学性能，另一方面可促进骨细胞的成长，增强多孔聚乙烯醇材料的生物活性。同时针对目前各种临床生物医用植入材料植入体内无法牢固结合的问题，本专利技术在聚乙烯醇/生物活性钙磷粉体复合水凝胶材料中引入孔洞结构，制备多孔聚乙烯醇/生物活性钙磷粉体复合水凝胶材料。该材料具有一定的力学性能，又能够促进骨细胞的成长，同时还具有良好的骨结合能力。同时密实层聚乙烯醇/工程塑料复合材料层是一种与天然软骨材料具有良好力学匹配的材料，利用此法制备的具有致密/多孔层状仿生结构的改性聚乙烯醇水凝胶软骨/骨修复材料可用于软骨替代领域。本专利技术与现有的技术相比，具有显著的优点:(I)当前同种技术由于没有很好的解决无机粉体的团聚问题，导致后期修复效果较差。本专利技术采用超声分散，改善微纳米级生物活性钙磷粉体团聚状况，并且能和聚乙烯醇均匀混合。(2)本专利技术利用真空法制备的多孔聚乙烯醇/生物活性钙磷粉体复合材料，克服了当前制备方法中直接将致孔剂混入高分子溶液中所导致的成孔率低、连通率低、孔径无法控制、成孔效率低等问题，提供了一种简单有效的多孔聚乙烯醇/生物活性钙磷粉体复合材料的制备工艺。(3)本专利技术制备的多孔聚乙烯醇/生物活性钙磷粉体复合水凝胶材料具有良好的孔隙率、连通率、良好的生物相容性和生物活性，为植入体无法牢固固定的问题提供解决方案。(4)本专利技术制备的具有致密/多孔层状仿生结构的改性聚乙烯醇水凝胶软骨/骨修复材料具有与天然软骨相匹配的力学性能，解决了因修复体力学性能不匹配而导致应力集中的问题。[0032当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备改性聚乙烯醇水凝胶材料的专用模具，其特征在于，所述模具的腔体内设有过滤网，过滤网将腔体分为上下腔体，下腔体的底部设有出气口，上腔体内装有可溶性的致孔剂，致孔剂上部预留有储液空腔。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：任力，王迎军，肖凤财，刘卅，卢建熙，王臻，褚明磊，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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