一种可塑形骨修复材料及其制备方法与流程

本发明涉及骨修复材料技术领域，特别是涉及一种可塑性骨修复材料及其制备方法。

背景技术：

植入修复是目前治疗大范围组织缺损的主要手段。尽管目前在骨修复领域的研究热点集中在人工合成材料，以避免被称为骨修复“金标准”的自体骨移植给病人带来的痛苦，包括供区手术及功能障碍，且来源有限，但是人工骨修复材料在临床上的应用范围仍然很窄，尤其对于复杂形状的骨缺损，对材料的可塑形要求更为严格。目前，临床上使用的可塑形骨填充材料仍然以小牛骨来源的异种骨和胶原蛋白复合材料为主，其修复效果目前已被广泛接受，但其无机成分来源于被屠杀的小牛，引起的伦理问题在动物保护组织和医学界一直是个争议，这也一直是临床用小牛骨进行骨缺损修复方法最明显的诟病。因此，寻找一种安全有效、可以重复获得、而且可以避免伦理问题的天然无机骨支架材料，替代现有临床使用可塑形无机/有机复合支架材料中的无机成分，研发出新型可塑形天然骨修复材料具有重要意义。

鹿角是唯一能完整再生的身体零部件，也是生长最快的组织器官之一。鹿角每年都会自然脱落，并不影响鹿的生存。研究显示鹿角骨的无机成分与人骨类似，因此其在骨缺损修复方面具有广泛的应用前景。然而，单纯鹿角无机骨颗粒虽然保持了天然骨结构而具备良好的骨传导性，但在表面生物活性及组织相容性方面有待改善，特别是在要求骨填充塑形时其应用受到限制。

技术实现要素：

针对现有技术不足，本发明提供了一种可塑形骨修复材料。该骨修复材料的高分子有机质的负载量高达50-70％。

本发明的另一目的是提供了该可塑性骨修复材料的其制备方法。

一种可塑形骨修复材料，其包括有序无机多孔材料以及负载的高分子有机质构成，所述有序无机多孔材料由鹿角经高温煅烧而成，所述高分子有机质的负载量为50-70％。

优选的，所述高分子有机质包括胶原蛋白、明胶、海藻酸钠或壳聚糖中的一种或几种。

优选的，所述有序无机多孔材料呈多孔互穿网络结构，孔隙率为30％～85％，孔径为10-800μm。

优选的，所述有序无机多孔材料的制备方法如下：

(1)将新鲜鹿角的皮质骨结构切除，得到鹿角松质骨块体；

(2)将鹿角松质骨块体依次经过浓度为0.1～0.6mol/l的naoh浸泡2～20h、氯仿浸泡1～5h、体积分数为30％双氧水浸泡12～48h、浓度1～2mol/l氯化钙浸泡2～8h、3～10mol/l氯化锂浸泡6～36h，然后在50～80℃恒温条件下干燥1～3天；

(3)将浸泡干燥后的鹿角松质骨块体进行加热煅烧，升温速率为1-5℃/min，煅烧温度为600-1200℃，煅烧时间为6-48h，煅烧结束后降至室温，降温速率为1-10℃/min；

(4)将冷却后的鹿角松质骨块体粉碎、研磨得到粒径为0.5mm～2mm的有序无机多孔材料。

一种可塑形骨修复材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将有序无机多孔材料完全浸渍于由0.5m醋酸配置的高分子有机质溶液中，且高分有机质的浓度为0.5wt％～5wt％，于40℃条件下搅拌2h，制得悬浮液；

(2)调整悬浮液的ph为5.5-6.5，并加入edc/nhs交联剂，其中edc和胶原的质量比2:1，edc/nhs摩尔比4:1，充分搅拌，并在室温下静置24h，制得交联产物；

(3)采用磷酸缓冲盐溶液对交联产物进行多次清洗，然后置于-20℃环境中冷冻48h，最后在-54℃的真空条件下冻干24h，得到可塑性骨修复材料

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明由鹿角高温煅烧后制成有序无机多孔材料以及负载的高分子有机质制成，该材料中高分子有机质的负载量可达50-70％；

(2)本发明的可塑性骨修复材料不仅保持天然骨结构，而且具有良好可塑性和组织相容性，临床可操作性强；

(3)本发明的可塑形骨修复材料具备良好的骨传导性、良好的组织相容性；

(4)利用本发明的可塑形骨修复材料植入骨缺损后，具有良好的骨修复效能；

(5)本发明的可塑性骨修复材料的生产成本低，工艺简单，适于工业化生产。

综上所述，本发明所提供的一种可塑形骨修复材料在宏观性能上具有良好的可塑性和高度仿生天然骨特性，在微观性能上具备天然骨结构特性和天然骨无机成分特性，在骨修复过程中，不仅可为宿主细胞提供良好的骨传导作用，而且可与新生骨组织高度相容，形成有机结合，促进骨修复，在临床可操作性和成骨适配性两方面得到双重改善。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1所述可塑形骨修复材料的实物照片；

图2为本发明经600-1200℃温度下煅烧处理的鹿角骨颗粒的xrd；

图3为本发明实施例1所述可塑形骨修复材料的扫描电镜照片；

图4为本发明实施例1所述可塑形骨修复材料的红外光谱图；

图5为本发明实施例1所述可塑形骨修复材料修复大鼠颅骨缺损12周后的组织学染色照片。

具体实施方式

实施例1

(1)取马鹿的新鲜鹿角，采用机械切割机将鹿角皮质骨部分切除，经修整得到10×10×10mm的鹿角松质骨块体。

(2)将步骤(1)所得的鹿角松质骨依次经过0.6mol/l的naoh浸泡2小时、氯仿浸泡2小时、体积分数为30％双氧水浸泡12小时、2mol/l氯化钙浸泡2小时、10mol/l氯化锂浸泡6小时，60℃恒温干燥2天。

(3)将步骤(2)所得干燥后的产物置于高温烧结炉内在空气氛围下煅烧，烧结温度为600℃，升温速度为5℃/min，烧结时间为6h，降温速度为1℃/min。

(4)将步骤(3)所得的煅烧鹿角松质骨块体经过粉碎、研磨处理后得到粒径为0.5mm～1mm的骨颗粒。

(5)将步骤(4)所得的煅烧鹿角松质骨颗粒完全浸渍于由0.5m醋酸配制的浓度为1wt％的胶原溶液中，于40℃条件下搅拌2h。

(6)将edc/nhs交联剂(ph＝6)加入步骤(5)制得的胶原与煅烧鹿角松质骨颗粒复合悬液中，edc和胶原的质量比2:1，edc/nhs摩尔比4:1，室温维持24h。

(7)去除步骤(6)未交联的edc/nhs，pbs清洗后置于-20℃环境中冷冻48h，最后在-54℃的真空条件下冻干24h，得到形状可塑的胶原/煅烧鹿角骨复合支架材料。

通过以上步骤所得的可塑形骨修复材料含有羟基磷灰石和胶原蛋白，其骨颗粒呈天然多孔互穿网络结构，孔隙率为85％，大孔孔径为500微米，小孔孔径为30微米，胶原蛋白填充于骨颗粒孔隙内，且填充量为68％，实物如图1所示。

图3为本发明实施例1制备可塑形骨修复材料的不同放大倍数的扫描电镜照片。从图3左图中可以看出，该修复材料具有良好的骨传导性；从右图中可以看出，该修复材料的表面负载大量的有机质。由此可以说明，有机质的负载并没有影响骨材料的传导性。

图4为本发明实施例1所述可塑形骨修复材料的红外光谱图，从图中也可以再次证明骨材料上有效负载了有机质。

实施例2

(1)取梅花鹿的新鲜鹿角，采用机械切割机将鹿角皮质骨部分切除，经修整得到10×10×10mm的鹿角松质骨块体。

(2)将步骤(1)所得的鹿角松质骨依次经过0.3mol/l的naoh浸泡5小时、氯仿浸泡1小时、体积分数为30％双氧水浸泡24小时、1mol/l氯化钙浸泡8小时、3mol/l氯化锂浸泡36小时，80℃恒温干燥1天。

(3)将步骤(2)所得干燥后的产物置于高温烧结炉内在空气氛围下煅烧，烧结温度为800℃，升温速度为3℃/min，烧结时间为48h，降温速度为2℃/min。

(4)将步骤(3)所得的煅烧鹿角松质骨块体经过粉碎、研磨处理后得到粒径为1mm～2mm的骨颗粒。

(5)将步骤(4)所得的煅烧鹿角松质骨颗粒完全浸渍于由0.5m醋酸配制的浓度为2wt％的明胶溶液中，于40℃条件下搅拌2h。

(6)将edc/nhs交联剂(ph＝6)加入步骤(5)制得的明胶与煅烧鹿角松质骨颗粒复合悬液中，edc和明胶的质量比2:1，edc/nhs摩尔比4:1，室温维持24h。

(7)去除步骤(6)未交联的edc/nhs，pbs清洗后置于-20℃环境中冷冻48h，最后在-54℃的真空条件下冻干24h，得到形状可塑的明胶/煅烧鹿角骨复合支架材料。

通过以上步骤所得的可塑形骨修复材料含有羟基磷灰石和明胶，其骨颗粒呈天然多孔互穿网络结构，孔隙率为70％，大孔孔径为200微米，小孔孔径为10微米，明胶填充于骨颗粒孔隙内且填充量为56％。

实施例3

(1)取马鹿的新鲜鹿角，采用机械切割机将鹿角皮质骨部分切除，经修整得到10×10×10mm的鹿角松质骨块体。

(2)将步骤(1)所得的鹿角松质骨依次经过0.5mol/l的naoh浸泡8小时、氯仿浸泡2小时、体积分数为30％双氧水浸泡36小时、1.5mol/l氯化钙浸泡5小时、5mol/l氯化锂浸泡24小时，50℃恒温干燥3天。

(3)将步骤(2)所得干燥后的产物置于高温烧结炉内在空气氛围下煅烧，烧结温度为1000℃，升温速度为1℃/min，烧结时间为24h，降温速度为8℃/min。

(4)将步骤(3)所得的煅烧鹿角松质骨块体经过粉碎、研磨处理后得到粒径为1mm～1.5mm的骨颗粒。

(5)将步骤(4)所得的煅烧鹿角松质骨颗粒完全浸渍于由0.5m醋酸配制的浓度为5wt％的海藻酸钠溶液中，于40℃条件下搅拌2h。

(6)将edc/nhs交联剂(ph＝6)加入步骤(5)制得的海藻酸钠与煅烧鹿角松质骨颗粒复合悬液中，edc和海藻酸钠的质量比2:1，edc/nhs摩尔比4:1，室温维持24h。

(7)去除步骤(6)未交联的edc/nhs，pbs清洗后置于-20℃环境中冷冻48h，最后在-54℃的真空条件下冻干24h，得到形状可塑的海藻酸钠/煅烧鹿角骨复合支架材料。

通过以上步骤所得的可塑形骨修复材料含有羟基磷灰石和海藻酸钠，其骨颗粒呈天然多孔互穿网络结构，孔隙率为30％，大孔孔径为100微米，小孔孔径为20微米，海藻酸钠填充于骨颗粒孔隙内且填充量为63％。

实施例4

(1)取马鹿的新鲜鹿角，采用机械切割机将鹿角皮质骨部分切除，经修整得到10×10×10mm的鹿角松质骨块体。

(2)将步骤(1)所得的鹿角松质骨依次经过0.1mol/l的naoh浸泡20小时、氯仿浸泡5小时、体积分数为30％双氧水浸泡48小时、2mol/l氯化钙浸泡1小时、8mol/l氯化锂浸泡18小时，70℃恒温干燥1天。

(3)将步骤(2)所得干燥后的产物置于高温烧结炉内在空气氛围下煅烧，烧结温度为1200℃，升温速度为5℃/min，烧结时间为8h，降温速度为10℃/min。

(4)将步骤(3)所得的煅烧鹿角松质骨块体经过粉碎、研磨处理后得到粒径为0.5mm～1.5mm的骨颗粒。

(5)将步骤(4)所得的煅烧鹿角松质骨颗粒完全浸渍于由0.5m醋酸配制的浓度为0.5wt％的壳聚糖溶液中，于40℃条件下搅拌2h。

(6)将edc/nhs交联剂(ph＝6)加入步骤(5)制得的壳聚糖与煅烧鹿角松质骨颗粒复合悬液中，edc和壳聚糖的质量比2:1，edc/nhs摩尔比4:1，室温维持24h。

(7)去除步骤(6)未交联的edc/nhs，pbs清洗后置于-20℃环境中冷冻48h，最后在-54℃的真空条件下冻干24h，得到形状可塑的壳聚糖/煅烧鹿角骨复合支架材料。

通过以上步骤所得的可塑形骨修复材料含有羟基磷灰石和壳聚糖，其骨颗粒呈天然多孔互穿网络结构，孔隙率为60％，大孔孔径为300微米，小孔孔径为20微米，壳聚糖填充于骨颗粒孔隙内且填充量为70％。

图2为本发明分别经过600-1200℃煅烧处理的鹿角骨颗粒后的xrd，可以看出在600-1200℃下煅烧处理后的颗粒成分没有发生改变，表现出非常稳定的组分结构。

采用实施例1制备的可塑形骨修复材料在修复大鼠颅骨缺损中的应用，采用传统的修复手段，将本发明制备的可塑形骨修复材料应用于颅骨缺损的大鼠进行修复，修复12周后其颅骨恢复情况如图5所示，缺损情况得到明显改善。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。