专利名称：一种纳米磷酸三钙丝蛋白复合三维多孔材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合三维多孔骨组织工程支架的制备方法，用于骨缺损的修复与
替代，属于医疗材料技术领域。
背景技术：
骨缺损一直是骨科临床的难点。近年来组织工程技术的发展为其治疗带来了新的 希望。支架材料是骨组织工程研究中的重要组成部分。理想的支架材料应具备良好的生物 相容性；2)生物可降解性；3)骨诱导与骨传导能力；4)多孔性，并要保证适当的孔径和相 当的孔隙率，为足量细胞的存留和组织细胞的迁入提供空间。 |3 -磷酸钙(|3 -TCP)是人体硬组织中无机相的主要组成部分，具有优良的生物效 应，有引导骨组织生长的作用，即具有骨传导性(Ostococnduction)。其成型材料植入机体 后，能在短期内与机体组织形成骨性结合(即生物活性，bioactivity)。具有良好的生物可 降解性。然而，P -TCP单独使用时，尚存在降解速度与骨生长不匹配、缺乏骨诱导效应等急 需改进的问题。目前已发现使用纳米级P-TCP，将能促进成骨细胞成骨能力，但是同许多陶 瓷材料一样，TCP材料脆性大，降解过快，在应用上受到限制。为此，研究者采用其它材料与 13 -TCP进行复合使用，试图改善或提高由单一 13 -TCP制成的人工骨脆性大，降解速度与新 骨形成不匹配等缺点。目前，与P-TCP复合的材料大致分为三类(1)天然生物材料，如胶 原等；(2)非天然生物可降解材料，如聚乳酸等；(3)其它材料，如聚酯，聚乙烯醇等。但并未 见有利用丝素蛋白与P-TCP复合使用的报道。 丝素蛋白(Silk Fibroin,以下简称SF)，由蚕丝脱胶而得到，来源丰富，是一种无 生理活性的天然结构性蛋白，主要由三种简单的氨基酸甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸组成，它 们约占蛋白总量的85%。丝纤维用于临床上，如用作手术缝合线等，已经有几十年的历史。 在多年的应用中，逐渐发现丝纤维和丝素蛋白有更多的潜力应用于临床修复和组织工程支 架及作为改性材料，因为它们有着很多优异的条件，例如丝纤维容易大量得到而将丝纤 维直接溶在中性盐溶液中(例如氯化钙溶液)后，经透析就可以得到纯的丝素蛋白水溶液； 丝素蛋白有良好的生物相容性，无毒，无剌激性；优越的机械性能；由丝素蛋白引起的炎症 反应不会比其它生物材料所引起的大。在体内丝素蛋白会被缓慢吸收，吸收速率受种植地 点、力学环境以及其他多种因素的影响，而且还可以通过制作不同结构形态的丝蛋白材料 来调节其降解速率。丝素蛋白属于高分子物，具有一定的机械强度与粘附性，从理论上完全 满足与纳米P-TCP之间的复合。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合三维多孔骨组织工程支架的制备方法，其采用 13 _磷酸三钙/丝素蛋白复合，所得产品生物可降解性好、孔隙率高、力学强度佳，吸水性 好。 为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种复合三维多孔骨组织工程支架的制备方法，其特征在于，具体步骤为 将粒径为100-300nm的P -磷酸三钙按质量体积比3. 6_30g : 100ml加入到正 丁醇中，以500rpm转速机械搅拌并同时进行超声分散，超声功率为180W，频率为50KHz ; 5min后，将上述分散液逐滴加入到质量分数为6X _10 %的丝素蛋白溶液中，控制P -磷 酸三钙与丝素蛋白的质量比为10-50 : 100，以200rpm转速机械搅拌lmin ;加入粒径 为350-500 ym的氯化钠颗粒作为造孔剂，氯化钠颗粒与丝素蛋白溶液的质量体积比为 4g : lml，置于室温下24小时后，加入水浸泡24小时以洗脱造孔剂，氯化钠颗粒与水的质 量体积比为lg : 40ml ;待造孔剂洗净后冷冻干燥，得到复合三维多孔骨组织工程支架。
现有骨组织工程支架孔隙率多在60% _70%之间，吸水率差。而本发明所制备的 复合三维多孔骨组织工程支架具有孔隙率为92-98 %，孔径为300-450 ym，且维持高孔隙 率的同时压縮模量能够达到5. 75-13. 43MPa，吸水率最高可达3300%等特点，适合骨缺损 的修复与替代。
图1为复合三维多孔骨组织工程支架的X线衍射图； 图2为复合三维多孔骨组织工程支架整体的的扫描电镜照片； 图3为复合三维多孔骨组织工程支架局部的扫描电镜照片。
具体实施例方式
下面结合实例对本发明做进一步详细描述。
实施例1 —种复合三维多孔骨组织工程支架的制备方法，具体步骤为将粒径为 100-300nm的P -磷酸三钙按质量体积比3. 6g : 100ml加入到lml正丁醇中，以500rpm转 速机械搅拌并同时进行超声分散，超声功率为180W，频率为50KHz ;5min后，将上述分散液 逐滴加入到6ml质量分数为6 %的丝素蛋白溶液中，控制13 -磷酸三钙与丝素蛋白的质量比 为10 : 100，以200rpm转速机械搅拌lmin ;加入粒径为350-500 y m的氯化钠颗粒作为造 孔剂，加入氯化钠颗粒质量为24g，置于室温下24小时后，加入水浸泡24小时以洗脱造孔 剂，氯化钠颗粒与水的重量比为lg : 40ml ;待造孔剂洗净后冷冻干燥，得到复合三维多孔 骨组织工程支架。 应用该方法所制备的多孔复合支架，如图1所示，为复合三维多孔骨组织工程支 架的X线衍射图，衍射图谱具有e -磷酸三钙和丝素蛋白的特征峰，两者之间并不产生新的 化学键结合。如图2所示，为复合三维多孔骨组织工程支架整体的的扫描电镜照片；如图3 所示，为复合三维多孔骨组织工程支架局部的扫描电镜照片。该支架孔径为300-450 ii m，孔 的连通性好。经液体替代法测试该支架的孔隙率为96% -98% 。压縮模量为5. 75-7. 23MPa。
实施例2 —种复合三维多孔骨组织工程支架的制备方法，具体步骤为将粒径为 100-300nm的P -磷酸三钙按质量体积比30 : 100加入到lml正丁醇中，以500rpm转速 机械搅拌并同时进行超声分散，超声功率为180W，频率为50KHz ;5min后，将上述分散液逐 滴加入到6ml质量分数为10%的丝素蛋白溶液中，控制P-磷酸三钙与丝素蛋白的质量比为50 : 100，以200rpm转速机械搅拌lmin ;加入粒径为350-500 y m的氯化钠颗粒作为造 孔剂，加入氯化钠颗粒的质量为24克，置于室温下24小时后，加入水浸泡24小时以洗脱造 孔剂，氯化钠颗粒与水的重量比为lg : 40ml ;待造孔剂洗净后冷冻干燥，得到复合三维多 孔骨组织工程支架。 该支架孔径为300-450 m，孔的连通性好。经液体替代法测试该支架的孔隙率为 92%-94%。压縮模量为9. 67-13. 43MPa。
实施例3 —种复合三维多孔骨组织工程支架的制备方法，具体步骤为将粒径为 100-300nm的P -磷酸三f丐质量体积比24g : 100ml加入到1ml正丁醇中，以500rpm转速 机械搅拌并同时进行超声分散，超声功率为180W，频率为50KHz ;5min后，将上述分散液逐 滴加入到6ml质量分数为8%的丝素蛋白溶液中，控制e-磷酸三钙与丝素蛋白的质量比 为30 : 100，以200rpm转速机械搅拌lmin ;加入粒径为350-500 y m的氯化钠颗粒作为造 孔剂，加入氯化钠颗粒的质量为24g，置于室温下24小时后，加入水浸泡24小时以洗脱造孔 剂，氯化钠颗粒与水的重量比为lg : 40ml ;待造孔剂洗净后冷冻干燥，得到复合三维多孔 骨组织工程支架。 该支架孔径为300-450 m，孔的连通性好。经液体替代法测试该支架的孔隙率为 93%-95%。压縮模量为7. 63-11. 24MPa。
权利要求
一种复合三维多孔骨组织工程支架的制备方法，其特征在于，具体步骤为将粒径为100-300nm的β-磷酸三钙按质量体积比3.6-30g∶100ml加入到正丁醇中，以500rpm转速机械搅拌并同时进行超声分散，超声功率为180W，频率为50KHz；5min后，将上述分散液逐滴加入到质量分数为6％-10％的丝素蛋白溶液中，控制β-磷酸三钙与丝素蛋白的质量比为10-50∶100，以200rpm转速机械搅拌1min；加入粒径为350-500μm的氯化钠颗粒作为造孔剂，氯化钠颗粒与丝素蛋白溶液的质量体积比为4g∶1ml，置于室温下24小时后，加入水浸泡24小时以洗脱造孔剂，氯化钠颗粒与水的质量体积比为1g∶40ml；待造孔剂洗净后冷冻干燥，得到复合三维多孔骨组织工程支架。
全文摘要
本发明提高了一种复合三维多孔骨组织工程支架的制备方法，其特征在于，具体步骤为将β-磷酸三钙加入到正丁醇中，机械搅拌并同时进行超声分散，将上述分散液逐滴加入到质量分数为6％-10％的丝素蛋白溶液中，控制β-磷酸三钙与丝素蛋白的质量比为10-50∶100，机械搅拌；加入粒径为350-500μm的氯化钠颗粒作为造孔剂，置于室温下24小时后，加入水浸泡24小时以洗脱造孔剂；待造孔剂洗净后冷冻干燥，得到复合三维多孔骨组织工程支架。本发明具有孔隙率为92-98％，孔径为300-450μm，压缩模量为5.75-13.43MPa，吸水率最高可达3300％等特点，适合骨缺损的修复与替代。
文档编号A61L27/56GK101703795SQ200910198620
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月11日 优先权日2009年11月11日
发明者周健, 文剑川, 方涛林, 董健, 邵正中 申请人:复旦大学附属中山医院;复旦大学