一种降解速率可控的复合骨修复材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种降解速率可控的复合骨修复材料及其制备方法，属于生物医用材料领域。本发明专利技术首先制备表面具有介孔结构的中空生物活性玻璃微球，然后对中空生物活性玻璃微球进行表面氨基化修饰，制备得到氨基化修饰的生物活性玻璃微球，再加入磷酸化壳聚糖并以京尼平作为交联剂进行交联反应，最终制备得到复合骨修复材料。本发明专利技术通过控制氨基化修饰的生物活性玻璃微球与磷酸化壳聚糖之间质量比，来控制复合材料的体内外降解性，制备得到降解速率可控的复合骨修复材料。研究结果表明，本发明专利技术所制备的复合骨修复材料具有良好的生物相容性，能够诱导新生骨质的生成和沉积；同时，复合骨修复材料在大鼠体内的生物相容性较好，并且具有缓慢的降解速率。具有缓慢的降解速率。

【技术实现步骤摘要】
hr 后，Zn
‑
CS:β
‑
GP: nHAp的降解率接近70%，该凝胶的体外降解率较快（Dhivya S, Saravanan S, Sastry TP, Selvamurugan N. Nanohydroxyapatite
‑
reinforced chitosan composite hydrogel for bone tissue repair in vitro and in vivo. J Nanobiotechnology. 2015 Jun 12;13:40.）。李智慧等将中空生物玻璃微球加入到丝素蛋白和PEO溶液中，制得复合纤维膜，该复合纤维膜具有诱导生成羟基磷灰石的能力，但是没有研究材料的降解性能。
[0005]骨修复材料应该具有可控的体内降解性以便满足附近组织的矿物质在此沉积形成新骨，即材料自身的降解速率与新骨的形成速率应该具有一定的匹配性。如何控制材料的降解性是研发具有潜在应用前景的人工骨修复材料的难题之一。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术的第一个目的是提供一种降解速率可控的复合骨修复材料，通过控制复合骨修复材料的体内外降解速率，更好地满足骨缺损修复的要求。
[0007]本专利技术的另一个目的是提供一种上述降解速率可控的复合骨修复材料的制备方法。
[0008]本专利技术首先制备表面具有介孔结构的中空生物玻璃微球（BG），然后对BG进行表面氨基化修饰，制备得到氨基化生物活性玻璃微球（NBG），再加入磷酸化壳聚糖（PCS）并以京尼平作为交联剂进行交联反应，最终制备得到复合骨修复材料。本专利技术通过控制NBG与PCS之间质量比，来控制复合材料的体内外降解性，制备得到降解速率可控的复合骨修复材料。
[0009]本专利技术具体的技术方案如下：一种降解速率可控的复合骨修复材料，其特征在于，包括表面氨基化修饰的中空生物活性玻璃微球（NBG），以及NBG与磷酸化壳聚糖（PCS）通过京尼平交联反应得到的交联结构，所述NBG与PCS的质量比为1:1~1:4。
[0010]进一步的，所述氨基化修饰的中空生物活性玻璃微球（NBG）具有“核
‑
壳”式结构，粒径介于280
‑
360 nm之间，表面富有介孔。
[0011]一种降解速率可控的复合骨修复材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模板剂，采用溶胶
‑
凝胶结合模板法，在碱催化条件下制备表面介孔的中空生物玻璃微球（BG）；（2）以3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）为氨基化试剂，对BG进行表面氨基化修饰，制备表面氨基化修饰的中空生物活性玻璃微球（NBG）；（3）以壳聚糖为原料，加入甲醛和亚磷酸，制备得到磷酸化壳聚糖，经透析纯化和冷冻干燥，得到提纯后的磷酸化壳聚糖；（4）将NBG加入到磷酸化壳聚糖（PCS）溶液中，搅拌均匀，再加入京尼平作为交联剂进行交联反应；对交联产物进行冷冻干燥，得到复合骨修复材料。
[0012]进一步的，步骤（3）中透析纯化采用的是截留分子量3 kDa的透析袋。
[0013]步骤（4）所述NBG与PCS的质量比为1:1~1:4。当NBG与PCS的质量比低于1:1时，由于PCS质量比太低，无法包裹NBG，因而无法制备成规则形状的复合骨修复材料；随着PCS质量比的增加，PCS之间的交联程度增加，材料失重率逐渐降低。复合骨修复材料中NBG的添加能够增加材料的压缩强度和弹性模量。当NBG与PCS的质量比高于1:4时，由于材料中NBG含量
的降低，材料的压缩强度和弹性模量将逐渐降低。
[0014]与现有技术相比，本专利技术有益效果主要体现在：1、本专利技术制备的生物活性玻璃微球具有“核
‑
壳”型中空结构，生物相容性良好，具备体外诱导羟基磷灰石沉积的能力。
[0015]2、本专利技术所制备的复合骨修复材料具有粗糙的表面、内部富有大孔结构且连通性较好，孔隙率达到59
‑
76%。材料具有良好的力学性能，通过提高PCS的质量比，复合骨修复材料的压缩强度和弹性模量与纯PCS相比均显著增加。氨基化生物活性玻璃能够增强NBG和PCS之间的交联，使得复合材料在体内的降解速率缓慢；通过控制氨基化修饰及NBG和PCS之间的质量比，能够控制复合材料的降解速率，更好地满足骨缺损修复的要求。
[0016]3、本专利技术所制备的复合骨修复材料具有良好的生物相容性，能够诱导新生骨质的生成和沉积；材料具有良好的细胞相容性，有利于细胞的贴附和增殖以及营养物质的运输。将复合骨修复材料植入股骨缺损部位中，通过H&E组织切片观察，表明复合骨修复材料在大鼠体内的生物相容性较好，并且具有缓慢的降解速率。利用Masson染色观察表明，复合骨修复材料能够诱导新生骨质的生成和沉积。
附图说明
[0017]图1是本专利技术制备的生物活性玻璃微球的扫描电镜和透射电镜图。
[0018]图2 是本专利技术制备的复合骨修复材料的样品图。
[0019]图3 是本专利技术制备的复合骨修复材料内部结构扫描电镜图。
[0020]图4是本专利技术制备的复合骨修复材料的体外降解率图。
[0021]图5 是本专利技术制备的复合骨修复材料植入大鼠股骨部位后组织H&E染色图。
[0022]图6是本专利技术制备的复合骨修复材料植入大鼠股骨部位后组织Masson染色图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图并通过具体实施例来进一步详细说明本专利技术。
[0024]实施例1：
[0025]（1）生物活性玻璃（BG）的制备：将0.8 g 十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）溶解到无水乙醇
‑
水溶液中，再加入氨水6 ml，搅拌均匀1 hr；然后每间隔1 hr加入6 ml正硅酸四乙酯（TEOS）、0.57 ml 磷酸三乙酯（TEP）、1.19 g 四水硝酸钙（CN），之后继续搅拌12 hr；离心收集生物活性玻璃，去离子水洗涤2遍，乙醇洗涤2遍，高温烘干12小时。马弗炉烧制：200℃焙烧1 hr，400℃煅烧2 hr，600℃焙烧3 hr。最后得到表面介孔生物活性玻璃，其组成为n(SiO2): n(P2O5): n(CaO)= 60:4:36。
[0026]如图1所示，制备的生物活性玻璃微球具有规则的球形结构，粒径均一、球形完整，表面粗糙。生物活性玻璃微球的粒径分布呈现正态分布，粒径介于280
‑
360 nm之间，微球具有明显的“核
‑
壳”式结构。
[0027]通过BET法对微球表面的孔结构进行分析，表明生物活性玻璃微球呈现典型的Ⅳ型等温线和H2型滞后环，符合介孔材料的特征曲线，其孔径分布主要集中在介孔范围。生物活性玻璃微球的平均孔径为7.60
±
1.23 nm，比表面积为358.78
±
12.22 m2/g，孔体积为
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降解速率可控的复合骨修复材料，其特征在于，包括表面氨基化修饰的中空生物活性玻璃微球，以及所述表面氨基化修饰的中空生物活性玻璃微球与磷酸化壳聚糖通过京尼平交联反应得到的交联结构，所述表面氨基化修饰的中空生物活性玻璃微球与磷酸化壳聚糖的质量比为1:1~1:4。2.如权利要求1所述的复合骨修复材料，其特征在于，所述氨基化修饰的中空生物活性玻璃微球具有核
‑
壳式结构，粒径介于280
‑
360 nm之间，表面富有介孔。3.一种降解速率可控的复合骨修复材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，采用溶胶
‑
凝胶结合模板法，在碱催化条件下制备表面介孔的中空生物玻璃微球；（2）...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨艳，刘文秀，秦丽颖，韩国江，董文莉，周超，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：