骨修复材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种骨修复材料及其制备方法和应用，该材料的制备方法包括将结构导向剂、扩孔剂溶解后，加入钙源、硅源和磷源，调节pH值为9‑11，并在90‑110℃下放置56‑80小时后，在550‑600℃烘烧6‑10小时，得到生物活性玻璃，将生物活性玻璃与3‑氨基丙基三乙氧基硅烷混合14‑20小时，在80‑150℃烘烧20‑30小时，氯仿洗涤后烘干，得到氨基修饰的生物活性玻璃。该氨基修饰的生物活性玻璃与细胞因子在37℃二氧化碳培养箱孵育4‑6小时，以促进吸附，得到骨修复材料。该材料能够促进成骨细胞的增殖、成骨方向分化及矿化过程，具有很好的细胞相容性及促进骨生成作用，在骨缺损修复过程中作为修复材料具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
骨修复材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及生物工程
，具体的涉及一种骨修复材料及其制备方法和应用。
技术介绍
生物活性玻璃是孔径介于2-50nm的一类多孔材料，主要含有硅、钙和磷，它具有极高的比表面积、规则有序的孔道结构、狭窄的孔径分布、孔径大小连续可调等特点。这些特点使得它在大分子的吸附、分离中具有广泛的应用。该材料具有良好的生物活性，可使新骨生成与材料降解速度相匹配，溶出的离子可以激活成骨基因的表达，可促进成骨细胞形成、增殖、分化及细胞外基质矿化，发挥骨诱导作用。具有良好的生物相容性、生物可降解性，可促进无机盐的沉积、成骨细胞粘附，与骨组织结合紧密，发挥骨传导的作用。生物活性玻璃以其优异的骨诱导性和骨传导性，引起了生物医用材料界的高度关注。然而，现有的生物活性玻璃由于其本身的性质，对生物大分子的吸附作用受限。即使该材料吸附了生物大分子，生物大分子也不能从材料中缓慢释放出来，产生瀑释现象，因而不能满足人们对骨修复速率与效果的需求。这一问题制约了生物活性玻璃在对骨形成过程促进方面的运用。现有的骨修复材料虽然具有一定的骨传导性，能够提供不同水平的结构支持，已在临床上应用于大块骨缺损的修复。但是生物活性玻璃的骨诱导性不足，导致细胞响应时间长、成骨方向分化能力差，呈现出骨再生和骨重建速度慢等问题。表皮生长因子(EGF)是一种小肽，由53个氨基酸残基组成，是一种多功能的生长因子，在体内体外都对多种组织细胞有强烈的促分裂作用。表皮生长因子在骨中能够促进生成大量的成骨细胞而抑制破骨细胞的生长。然而，EGF会在骨中很快被代谢过程消耗殆尽，无法完成骨修复。专利技术内容本专利技术的目的在于提供一种骨修复材料及其制备方法和应用，该专利技术解决了现有生物活性玻璃对生物大分子吸附释放能力较差，骨诱导性不足，导致细胞响应时间长、成骨方向分化能力差，呈现出骨再生和骨重建速度慢；表皮生长因子在骨修复过程中代谢速度过快而无法完成骨修复过程的技术问题。本专利技术提供了一种骨修复材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将结构导向剂的酸性溶液与扩孔剂溶液混合后加入由硅源、钙源和磷源混合而成的原料混合物中，在40～50℃下搅拌均匀，即至形成具有玻璃网络结构的混合物后，调整所述混合物的pH值至碱性后在90～110℃下静置沉淀，洗涤所得沉淀物至其pH为7-7.4后，在550-600℃下烘烧所得沉淀物6-10小时得到生物活性玻璃；(2)将所述生物活性玻璃与3-氨基丙基三乙氧基硅烷混合14-20小时后，在80-150℃下烘烧20-30小时，氯仿洗涤后烘干，得到氨基修饰的生物活性玻璃；(3)向所述氨基修饰的生物活性玻璃中加入质量浓度为10-30ng/mL的表皮生长因子溶液后孵育4-6小时，除去上清，在37-50℃下烘烤12-20小时后，得到所述骨修复材料；所述结构导向剂为PEO20-PPO70-PEO20；所述硅源、所述钙源和所述磷源按物质的量比为2.2-3.7:0.8-1.4:1混合。本专利技术提供的制备方法以PEO20-PPO70-PEO20为结构导向剂，能使所得骨修复材料的微观结构与真骨相似，从而有利于成骨细胞在其中生长。该材料的分解过程还能为成骨细胞的生长提供钙、磷元素，从而促进骨骼的生长。所用硅源、钙源和磷源按此比例混合，能合理的为骨骼再生过程提供所需元素，并提供所需支撑，增强材料的生物相容性，易于表面钙沉积的形成，所用硅源、钙源和磷源可以为现有骨修复材料中常用的无机物。在碱性条件下形成沉淀的过程中，无机物前驱体和结构导向剂能形成有机无机复合聚集体，并通过在该温度下的烘烧使所形成的有机无机复合聚集体所具有的结构有利于促进细胞在成骨方向分化，并除去结构导向剂使所得骨修复材料适于人体使用。此处的孵育是指在37℃二氧化碳培养箱内进行孵育，从而使得氨基修饰的生物活性玻璃中所存在的孔洞结构能对表皮生长因子进行全面吸附。由于在骨修复过程中涉及到的多种生物大分子特别是蛋白多肽分子都具有羟基，因此对生物活性玻璃进行氨基化修饰，有助于其与蛋白多肽分子通过氢键的相互作用从而对蛋白多肽分子进行吸附及缓慢释放。通过后续实验表明：本专利技术制备的骨修复材料不仅可对负载的表皮生长因子进行缓释，而且可作为表皮生长因子的载体，促进骨的生成过程。进一步地，结构导向剂的酸性溶液的浓度为0.016～0.025g/mL，pH值为1-2。进一步地，扩孔剂为1，3，5-均三甲苯。进一步地，扩孔剂溶液的浓度为0.2-0.3mol/L。进一步地，硅源为正硅酸乙酯；所述钙源为硝酸钙或氯化钙；所述磷源为磷酸三乙酯。进一步地，表皮生长因子为质量浓度为10-30ng/mL的溶液；所述氨基修饰的生物活性玻璃与所述表皮生长因子的质量比为1*105～0.3*105。本专利技术的另一方面提供了一种按上述方法制备得的骨修复材料。进一步地，骨修复材料的平均孔径为4～40nm，比表面积为253.4m2/g～490.3m2/g，组成中具有氨基。所得骨修复材料中存在高度有序的六方结构的孔道结构，从而提高了其中表皮生长因子的吸附量。本专利技术的另一面提供了一种按上述方法制备得的骨修复材料在制备骨缺损修复材料中的应用。具体的，本专利技术提供的骨修改材料的制备方法包括以下步骤：1)将4-6g结构导向剂溶解在水中，采用HCl调节溶液pH值为1-2，加入6-10g扩孔剂，搅拌3-6小时直至均匀，再加入6-10毫升的正硅酸乙酯，2.75-4.55g的硝酸钙或氯化钙作为钙源，2.5g磷酸三乙酯。在45℃搅拌20-24小时后，采用浓氨水调整pH至9-11，在90-110℃静置56-80小时得到沉淀，将所得沉淀采用去离子水洗涤数次至pH7-7.4，550-600℃进行烘烧6-10小时，得到生物活性玻璃材料；(2)将所述生物活性玻璃与3-氨基丙基三乙氧基硅烷混合14-20小时，在80-150℃下烘烧20-30小时，氯仿洗涤后烘干，得到氨基修饰的生物活性玻璃；(3)将所述氨基修饰的生物活性玻璃与表皮生长因子在37℃二氧化碳培养箱孵育4-6小时进行吸附后，除去上清，37-50℃烘烤12-20小时后，得到所述骨修复材料。本专利技术的技术效果：本专利技术提供的骨修复材料制备方法，所得骨修复材料能发挥对表皮生长因子的缓释作用，从而促进细胞在成骨方向分化，促进骨再生和骨重建的快速进行，达到长效快速的促进骨修复过程。本专利技术提供的骨修复材料，具有高效吸附并能缓慢释放表皮生长因子的特性，从而使得该骨修复材料不仅具有生物活性玻璃的骨传导性，还具有表皮生长因子对骨分化诱导的骨诱导性。因此，该骨修复材料具有促进骨组织再生和诱导分化的双重功能，对细胞具有长效地促进其增殖、成骨方向分化和矿化的作用，能有效的提升骨缺损的修复效果和速度。在骨缺损修复、微整形上具有广泛的应用前景。具体请参考根据本专利技术的骨修复材料及其制备方法和应用提出的各种实施例的如下描述，将使得本专利技术的上述和其他方面显而易见。附图说明图1为本专利技术实施例1制得的生物活性玻璃的典型氮气吸附脱附曲线图；图2为本专利技术实施例1制得的生物活性玻璃和氨基修饰的生物活性玻璃的广角度XRD衍射图；图3为本专利技术实施例1制得的生物活性玻璃的小角度XRD衍射图；图4为本专利技术实施例1制得的生物活性玻璃和氨基修饰的生物活性玻璃的红外光谱图；图5为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种骨修复材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将结构导向剂的酸性溶液与扩孔剂溶液混合后加入由硅源、钙源和磷源混合而成的原料混合物中，在40～50℃下搅拌至形成具有玻璃网络结构的混合物后，调整所述混合物的pH值至碱性后在90～110℃下静置沉淀，洗涤所得沉淀物至其pH为7‑7.4后，在550‑600℃下烘烧所得沉淀物6‑10小时得到生物活性玻璃；(2)将所述生物活性玻璃与3‑氨基丙基三乙氧基硅烷混合14‑20小时后，在80‑150℃下烘烧20‑30小时，氯仿洗涤后烘干，得到氨基修饰的生物活性玻璃；(3)向所述氨基修饰的生物活性玻璃中加入质量浓度为10‑30ng/mL的表皮生长因子溶液后孵育4‑6小时，除去上清，在37‑50℃下烘烤12‑20小时后，得到所述骨修复材料；所述结构导向剂为PEO

【技术特征摘要】
1.一种骨修复材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将结构导向剂的酸性溶液与扩孔剂溶液混合后加入由硅源、钙源和磷源混合而成的原料混合物中，在40～50℃下搅拌至形成具有玻璃网络结构的混合物后，调整所述混合物的pH值至碱性后在90～110℃下静置沉淀，洗涤所得沉淀物至其pH为7-7.4后，在550-600℃下烘烧所得沉淀物6-10小时得到生物活性玻璃；(2)将所述生物活性玻璃与3-氨基丙基三乙氧基硅烷混合14-20小时后，在80-150℃下烘烧20-30小时，氯仿洗涤后烘干，得到氨基修饰的生物活性玻璃；(3)向所述氨基修饰的生物活性玻璃中加入质量浓度为10-30ng/mL的表皮生长因子溶液后孵育4-6小时，除去上清，在37-50℃下烘烤12-20小时后，得到所述骨修复材料；所述结构导向剂为PEO20-PPO70-PEO20；所述硅源、所述钙源和所述磷源按物质的量比为2.2-3.7:0.8-1.4:1混合。2.根据权利要求1所述的骨修复材料的制备方法，其特征在于，所述结构导向...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓燕，高凯，王干，柳珑，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43