一种核-壳结构自固化复合纤维生物材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种核

【技术实现步骤摘要】
一种核
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壳结构自固化复合纤维生物材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及生物医用材料的一种复合纤维生物材料，尤其是涉及一种核
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壳结构型自固化复合生物活性材料及制备方法。

技术介绍

[0002]慢性炎症、感染风险在骨损伤修复治疗中已经成为较大挑战。譬如骨质疏松患者的骨损伤、骨髓炎患者的骨缺损、股骨头炎症性坏死、肿瘤骨转移患者等等，骨损伤治疗不仅需要对骨创伤进行促进再生修复治疗，还需要对骨质疏松、细菌感染、肿瘤细胞杀灭进行协同处理和防控。因此，处理这类临床问题，对材料及多功能性提出了高要求，譬如材料或者负载治疗性物质具有抗炎症、抗骨质疏松、抗肿瘤、抗感染等功能。
[0003]通常用于骨损伤修复的人工材料往往是多孔性生物陶瓷、生物玻璃或者自固化骨水泥等，这类材料往往依赖于自身降解释放的无机离子实现生物学功能，在常规骨水泥材料中可以通过复合治疗性、预防性药物进行辅助治疗。遗憾的是，常规自固化骨水泥材料发生相转化形成了极为稳定的磷灰石或者水合钙硅酸盐，负载功能物质在植入术后早期阶段发挥一定的作用，无法形成长期性缓释，并且材料自身降解极慢，也不利于骨损伤高效再生修复。
[0004]根据临床应用文献报道来看，需要发展新的骨损伤材料及制备技术，保障材料从微观到宏观形态均精确调控，各个组分分布均可精准控制，特定组分内部微孔结构还能够精细剪裁，尤其是这样的材料制备过程和使用过程还需要具备多种特征：
[0005]1)制备条件温和，不存在严重影响生物相容性的异物，不存在对治疗性分子、离子改变形状或破坏；
[0006]2)可以结合临床患者个体的骨损伤特点，对材料制品进行即可加工处理，譬如通过剪切、堆垛构建不同维度的材料；
[0007]3)能够选择性装载特定组分或治疗性物质，可以精准控制这些物质的局部释放和释放速率，避免术后口服一些药物使得全身其它脏器受到负面影响；
[0008]4)具备对骨创伤及近邻软组织进行合并修复，并防范近邻软组织缓慢修复带来的骨创伤延迟愈合等风险；
[0009]5)材料内部具有多孔贯穿孔道结构，适合新生血管和骨组织快速再生长入，并且特定组分的不同降解速率并不严重影响多孔网络结构；
[0010]6)材料的各组分具有优势互补并实现功能放大功效，对长期以来的临床棘手问题实现妥善解决。
[0011]众所周知，国内外的大量研究早已证实，钙磷酸盐、钙硅酸盐等的陶瓷或自固化材料降解释放的离子组合物具有优良的刺激骨组织再生修复功效，尤其是一些CaO
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SiO2基生物活性玻璃释放的多种人体健康所必需的一些微量元素，如硅、锶、镁、铜、锌、硼等，能够促进软硬组织再生、抗感染甚至调节炎症并促进血管化。其次，以硅、锶、镁、锌、硼等功能性异质离子被掺入钙磷酸盐、钙硅酸盐材料后能还改善这些无机材料的骨再生修复效率和效
果。不过，这些活性(功能)离子的释放剂量水平直接决定了相关细胞的活性和代谢水平，过高剂量的钙、硅、磷、锶、镁、锌、铜、硼等均会引起细胞毒性，甚至造成其它离子发生代谢失调。专利技术人的研究曾发现采用具有同轴性核
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壳结构型包裹并高温烧结处理发展的复合无机陶瓷微球颗粒材料，能够控制内部组分的降解速率，并通过内外层组分降解特性优化配置，可以解决整个颗粒的降解速率(Liu L等J Am Ceram Soc 2016；99:2243
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2252；Ke X等，ACS Appl.Mater Interf.2017；7:24497
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24510；Fu j等，Tissue Eng.Part A.2019；25:588
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602；Edem Prince G
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A等，Mater Sci Eng C.2019；100:433
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444.)。中国专利ZL201310148344.2公开的核
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壳结构钙硅酸盐
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钙磷酸盐生物活性陶瓷的微球材料，缺乏对药物之类的功能物质进行有效封装并持续释放调节的能力，并且对核层中的各个组分降解速率也依赖与壳层内孔道结构，也不利于新骨在颗粒内生长。此外，申请人团队曾经研究开发的自固化微球，功能性严重不足，并且调控各个组分微结构的技术手段缺失，也造成降解较慢，修复病理性骨缺损性能欠佳(J Biomed Maters Res.Part B.2020；108B:377
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390)。
[0012]因此，根据现有专利技术来看，缺少了制备工艺条件温和、功能物质、治疗物质均可以精确投放与特性组分内并实现各个组分按需降解释放的功能的材料。

技术实现思路

[0013]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种生物活性的核
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壳结构自固化复合纤维生物材料、制备方法及应用，能够明显促进骨创伤及其近邻软组织损伤一体化协同再生修复的功能性性人工生物材料。
[0014]本专利技术能够成功制备工艺条件温和、可吸收功能物质、治疗性物质均可以精确投放与特性组分内并实现各个组分按需降解释放的功能的材料，这样的材料实现了骨损伤修复、骨代谢调节、骨感染防范、炎症防控以及肿瘤参与杀灭等功能特性，产生对各种骨创伤修复最佳需求相匹配的最佳效果。
[0015]本专利技术的核
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壳结构自固化复合纤维生物材料能够释放多种功能性离子和治疗性物质并可以防止感染、控制炎症，以及促进骨损伤修复。
[0016]本专利技术采用的技术方案是：
[0017]一、一种核
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壳结构自固化复合纤维生物材料：
[0018]所述复合纤维生物材料为核
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壳结构，壳层至少含有一种可自行水化固化的生物活性无机物组分，核层为无机或者有机
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无机复合物组分，所述的核
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壳结构是由一个或者多个核层被一个壳层包裹构成，核层/壳层的各层内的孔隙率为5％～65％，核层/壳层的各层的直径或厚度为200～4500微米。
[0019]所述的可自行固化的生物活性无机物组分包括具有水化自固化特性的钙磷酸盐、钙硅酸盐、钙硫酸盐、锶硅酸盐或镁磷酸盐，是钙的部分磷酸盐、钙的部分硅酸盐、钙的硫酸盐或镁的部分磷酸盐中的一种或多种的复合物，具体包括硅酸三钙、β
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硅酸二钙、α
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磷酸三钙、无水磷酸氢钙、磷酸四钙、一水磷酸二氢钙、偏硅酸锶、硅酸二锶、硅酸三锶、无水磷酸镁、水合磷酸镁、α
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半水硫酸钙和β
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半水硫酸钙的其中之一。
[0020]所述的复合纤维生物材料借助可自固化的生物活性无机物组分经历水化并自固化后让核
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壳结构纤维的形态和结构维持稳定。
[0021]所述的自固化复合纤维生物材料中，壳层部分呈连续多孔管状结构，每个核层均
沿壳层轴向被包裹在管状壳层中，多个核层的同心内外排列或者平行间隔排列，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核
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壳结构自固化复合纤维生物材料，其特征在于，所述复合纤维生物材料为核
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壳结构，壳层至少含有一种可自行水化固化的生物活性无机物组分，核层为无机或者有机
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无机复合物组分，所述的核
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壳结构是由一个或者多个核层被一个壳层包裹构成，各层内的孔隙率为5％～65％，各层的直径或厚度为200～4500微米。2.根据权利要求1所述的核
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壳结构自固化复合纤维生物材料，其特征在于，所述的可自行固化的生物活性无机物组分包括具有水化自固化特性的钙磷酸盐、钙硅酸盐、钙硫酸盐、锶硅酸盐或镁磷酸盐，具体包括硅酸三钙、β
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硅酸二钙、α
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磷酸三钙、无水磷酸氢钙、磷酸四钙、一水磷酸二氢钙、偏硅酸锶、硅酸二锶、硅酸三锶、无水磷酸镁、水合磷酸镁、α
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半水硫酸钙和β
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半水硫酸钙的其中之一。3.根据权利要求1所述的核
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壳结构自固化复合纤维生物材料，其特征在于，所述的自固化复合纤维生物材料中，壳层部分呈连续多孔管状结构，每个核层均沿壳层轴向被包裹在管状壳层中，多个核层的同心内外排列或者平行间隔排列，单个所述核层是连续性纤维、离散性纤维或者离散性颗粒中的一种。4.根据权利要求1～2任一所述的核
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壳结构自固化复合纤维生物材料，其特征在于，所述的自固化复合纤维生物材料中还包含可生物降解有机物组分、可生物吸收有机物组分和/或非水化自固化性生物活性无机物组分，可生物降解有机物组分选自胶原蛋白、明胶、壳聚糖、海藻酸钠和透明质酸，可生物吸收有机物组分选自抗骨质疏松、抗感染、抗炎症和/或抗肿瘤的功能性分子，非水化自固化性生物活性无机物组分选自钙、镁、锌、锶、钠、钙
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镁、钙
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锌、镁
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锌、钠
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钙、钾
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钙、钾
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镁的硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐的部分结晶或者完全结晶物质；所述的非水化自固化性生物活性无机物组分中还掺杂有功能性异质离子，选自镁离子、锶离子、锌离子、铜离子、铁离子、硼酸根离子、硅酸根离子和磷酸根离子，掺杂的功能性异质离子在非水化自固化性生物活性无机盐组分中占所有金属离子与酸根离子的总摩尔百分数的0.01％～20％；所述的非水化自固化性生物活性无机物组分还是CaO
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SiO2基生物活性玻璃，CaO和SiO2的摩尔百分数分别为10％～36％和24％～78％，氧化物CuO和ZnO的总摩尔百分数不超过10％。5.应用于权利要求1所述核
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壳结构自固化复合纤维生物材料的制备方法，其特征在于，方法包括以下步骤：1)针对每个核层/壳层，均将可水化自固化的生物活性无机物粉体、非水化自固化性生物活性无机物粉体、可生物降解有机物粉体、可生物吸收有机物、造孔剂微粒加入到流体物质中搅拌形成浆料；2)然后将各层的浆料分别加入到与内外嵌套组合式微细管道相连的各自的储料容器内，再将浆料同步推送经过内外嵌套组合式微细管道，...

【专利技术属性】
技术研发人员：苟中入，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：