自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架的制备方法及应用与流程

本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架的制备方法及应用。

背景技术：

生物活性玻璃以其优良的成骨性能广泛应用于骨修复领域。目前生物活性玻璃骨修复产品多为粉末状，只能用于修复无力学支撑的腔隙性骨缺损。将生物活性玻璃制备成支架形式则可实现需要一定力学支撑部位的骨缺损修复。由于生物活性玻璃颗粒间本身无粘结性，而通过高温烧结成型则出现结晶降低其生物活性。采用粘结剂与生物活性玻璃配合可制备出具有一定形状的支架，然而粘结剂的使用存在制备条件苛刻、粘结剂不降解或降解产物毒性等诸多问题。

近年来，生物活性玻璃的制备在传统溶胶-凝胶法的基础上，将模板法与溶胶-凝胶法相结合，实现了生物活性玻璃粉体的粒径、形貌、微观结构、组分的可控制备。其中采用碱催化结合模板法制备的生物活性玻璃粉体钙难以进入硅氧网络，而附着于颗粒外层。通过高温烧结也只能位于材料浅层，当与水接触时，粉体表面的硅氧网络迅速破坏，可实现钙在短时间内迅速溶出。

本发明在本人已申请发明（一种微纳米棒状生物活性玻璃及其制备方法与应用，申请号：201410466383.1；一种生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料及试剂盒和应用，申请号：201510038543.7）的基础上，充分利用碱催化法制备生物活性玻璃可使Ca²⁺迅速溶出的特征，以生物活性玻璃本身的钙为交联所需钙源。将一定浓度海藻酸钠溶液引入支架内部，使支架本身溶出的Ca²⁺与海藻酸钠发生自交联，制备生物活性玻璃/海藻酸钠支架。从而在保证支架成型，具备一定机械强度的基础上，避免了粘结剂、交联剂的使用。

技术实现要素：

本发明提供了自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架的制备方法及应用，该支架仅有生物活性玻璃和海藻酸钠两种组分，通过生物活性玻璃释放出的Ca²⁺与海藻酸钠发生交联从而使支架成型。

本发明通过以下技术方案实现。

自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架的制备方法，该方法步骤如下：

将生物活性玻璃支架浸入海藻酸钠溶液中，然后抽真空使两者充分混合，再交联养护，使碱催化制备的生物活性玻璃纳米微球制备的生物活性玻璃支架释放出的Ca²⁺与海藻酸钠发生充分自交联，后干燥制得自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架。

优选的，所述生物活性玻璃支架制备过程中所用的生物玻璃纳米微球采用碱催化法制备，具体参照本人已申请发明（申请号：201410466383.1，201510038543.7），颗粒形貌优选微球或棒状，粒径优选100~700nm，但不局限于这些参数。

优选的，所述碱催化法中的催化剂为氨水或十二胺。

优选的，所述生物活性玻璃支架采用3D打印法、添加造孔剂法、聚合物泡沫模板法或冷冻成型法制备，制备完成后通过低于600℃热处理去除有机物。

优选的，所述海藻酸钠溶液的浓度为0.1~7wt%。

优选的，所述生物活性玻璃支架与海藻酸钠溶液的质量比为1:0.5~1:5.

优选的，所述交联养护的时间为1~24小时。

优选的，所述干燥的温度为20~60℃。

由以上所述的制备方法制得的自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架可应用于骨缺损部位的修复。优选的，应用于需一定力学支撑或需维持一定形状的骨缺损部位的修复。

进一步地，本发明的优选方案如下：

(1) 制备生物玻璃纳米微球：采用碱催化法制备生物玻璃纳米微球，具体制备方法参照发明（申请号：201410466383.1，201510038543.7）。优选十二胺或氨水为催化剂，但不局限于这两种。颗粒形貌优选微球或棒状，粒径优选100~700nm，但不局限于这些参数。

(2) 制备生物活性玻璃支架初型：采用3D打印法、添加造孔剂法、聚合物泡沫模板法或冷冻成型法等方法制备生物活性玻璃支架，为确保支架制备完成后仅有生物活性玻璃单一组分，可采用不高于600℃的温度煅烧，除去有机物，同时保证生物活性玻璃不结晶。

(3) 制备自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架：将步骤(2)生物活性玻璃支架初型浸泡入0.5~7wt%的海藻酸钠溶液，真空干燥箱内抽真空，使海藻酸钠溶液充分进入支架内部。在恒温恒湿箱中养护6~24小时后自然晾干即得到自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架。

优选的，步骤(3)中海藻酸钠溶液浓度为3~5 wt%。

优选的，步骤(3)中生物活性玻璃支架与海藻酸钠溶液的质量比为1:2~1:4.

与现有技术相比，本发明具有如下优点与技术效果：

本发明的制备方法简单，且制备的自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架仅有生物活性玻璃和海藻酸钠两种成分，无需另外添加粘结剂和交联剂等其他物质，在保证优良成骨性能的同时具有良好的生物安全性。同时将钙暂时储存在交联网络中起到钙缓释的目的。该方法所制备支架抗压强度可达到2.2 MPa，可用于需一定力学支撑或需维持一定形状的骨缺损部位的修复。

附图说明

图1是实施例1所制备的碱催化的生物玻璃纳米微球的扫描电镜图；

图2是实施例1中采用3D打印方法制备的自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架最终产品的数码照片；

图3是实施例1制备的自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架表面的扫描电镜图；

图4是实施例1制备的自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架断面的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

采用3D打印法制备自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架，其制备方法如下：

(1) 制备碱催化的生物玻璃纳米微球：

生物玻璃纳米微球由溶胶凝胶法结合模板法制得，具体合成过程如下：先将40g十二胺溶于250 ml去离子水和800 ml无水乙醇的混合溶剂中，40℃水浴磁力搅拌；待十二胺完全溶解后，加入160ml正硅酸乙酯；搅拌30 min 后，加入104.9ml磷酸三乙酯; 再次搅拌30min 后，加入242.1g四水硝酸钙；将得到的溶液在40℃下继续搅拌3小时，此过程中由于白色沉淀的生成，溶液逐渐变得浑浊；最后将玻璃溶胶离心后所得的白色沉淀60℃干燥24小时后，650℃热处理3小时即得到碱催化的生物玻璃纳米微球，扫描电镜图如图1所示。

(2) 制备生物活性玻璃支架初型：

本实施例采用3D打印法制备，将10g生物玻璃纳米微球、0.67g甲基纤维素和5 ml去离子水混合均匀后制备浆料。在3D打印机上将支架打印完成后烘干， 300℃煅烧2小时去除有机物。

(3) 制备自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架：

将第(2)步制备的生物活性玻璃支架初型浸泡入4wt%的海藻酸钠溶液中（质量比1:3），真空干燥箱内抽真空1小时，在37℃、100%湿度的恒温恒湿箱中养护12小时使其充分交联后自然晾干，即得到自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架。采用该方法制备支架最终产品的数码照片如图2所示；支架表面扫描电镜图如图3所示。本实施例制备的自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架断面的扫描电镜图如图4所示，可见广泛的生物活性玻璃微球间的交联桥存在。本实施例所制备的自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架的抗压强度可达到2.2 MPa。

实施例2

采用添加造孔剂法制备自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架，其制备方法如下：

(1) 制备碱催化的生物玻璃纳米微球：

生物玻璃纳米微球由溶胶凝胶法结合模板法制得，具体合成过程如下：先将40g十二胺溶于250 ml去离子水和800 ml无水乙醇的混合溶剂中，40℃水浴磁力搅拌；待十二胺完全溶解后，加入160ml正硅酸乙酯；搅拌30 min 后，加入104.9ml磷酸三乙酯; 再次搅拌30min 后，加入242.1g四水硝酸钙；将得到的溶液在40℃下继续搅拌3小时，此过程中由于白色沉淀的生成，溶液逐渐变得浑浊；最后将玻璃溶胶离心后所得的白色沉淀60℃干燥24小时后，650℃热处理3小时即得到碱催化的生物玻璃纳米微球。

(2) 制备生物活性玻璃支架初型：

本实施例采用添加造孔剂法制备，将8g生物玻璃纳米微球和12g淀粉混合均匀后在圆柱形模具内模压成型，经800℃煅烧后得到生物活性玻璃支架初型。

(3) 制备自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架：

将第(2)步制备的生物活性玻璃支架初型浸泡入7wt%的海藻酸钠溶液中（质量比1:3），真空干燥箱内抽真空3小时，在37℃、100%湿度的恒温恒湿箱中养护24小时使其充分交联后60℃干燥12小时，即得到微观结构与实施例1相同的自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架。本实施例所制备的自交联生物活性玻璃/海藻酸钠支架的抗压强度可达到2.2 MPa。