一种高钙磷含量的骨修复材料及应用的制作方法

1.本发明涉及骨修复技术领域，更具体地说是涉及一种高钙磷含量的骨修复材料及其制备方法与应用。


背景技术：

2.随着经济社会的不断发展，由于交通事故、意外受伤和骨科疾病而造成的骨缺损情况越来越常见，其严重影响人们生活水平和健康状况，对国民经济发展和社会稳定带来巨大的担忧，是一个亟待解决的问题。目前临床上对骨缺损患者的治疗还普遍使用传统的自体骨移植和异体骨移植，但是由于自体骨移植来源有限、供体不足，异体骨移植存在免疫排斥和疾病传染等缺点，难以满足病患对骨修复的要求，因此临床对具有修复功能的骨组织工程支架的需求越来越强烈，这也促使骨修复支架研究的迅猛发展，并使骨修复材料的研究和开发成为国际研究热点。
3.骨组织主要是由无机物和有机物共同组成。从仿生学思维出发，模拟天然骨组织的组成成分和结构，是骨修复领域的发展方向之一。天然骨组织具有丰富的多孔结构，且其多孔结构有利于骨生长或修复过程的进行。骨组织修复支架的制备不仅要为细胞增殖提供三维空间和新陈代谢的环境，同时决定新生组织的形状和大小。
4.因此，如何提供一种多孔结构的支架材料，为支架内部细胞存活提供温和而又稳定的环境，实现骨组织再生是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种高钙磷含量的骨修复材料及应用，获得了一种具有良好生物活性和骨诱导能力的多孔修复支架，仿生天然骨结构和成分，促进骨组织的修复和再生。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种高钙磷含量的骨修复材料，包括生物活性玻璃粉体、海藻酸钠和聚乙烯醇，且三者的质量比为(1-10)：(2-8)：(8-16)；其中，生物活性玻璃粉体中钙含量摩尔比在10-36％；磷含量摩尔比在4-10％。
8.生物活性玻璃作为一种具有良好功能的无机材料，其在骨引导和骨诱导性方面具有显著优势，在骨修复支架领域具有良好的发展前景。聚乙烯醇 (pva)是一种可降解的水溶性生物高分子，其良好的生物相容性和可加工性使其被广泛应用于生物医学工程领域。海藻酸钠(sa)作为一种天然多糖，其良好的生物相容性和其独特的成胶性能(g单元上的na
+
与二价阳离子发生离子交换反应，g单元堆积形成交联网络结构，从而形成水凝胶)是其在生物医药领域应用的优势。高钙磷含量的生物活性玻璃的聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶复合支架在组分上与天然骨组织成分相似，且具有良好的降解速率、离子释放、生物相容性和诱导成骨作用，在一定程度上满足骨修复过程要求。
9.作为与上述技术方案相同的发明构思，本发明还请求保护一种高钙磷含量的骨修
复材料在制备骨修复支架中的应用。
10.在含高钙磷含量的生物活性玻璃的聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶多孔复合支架中，材料本身的生物学相容性，使其成为骨组织修复支架的优良选择，同时该体系利用材料本身的特性和化学作用，使聚乙烯醇/海藻酸钠体系发生凝胶反应，提升支架整体的稳定性和机械性能，同时其在预冻成型过程中水因低温形成冰晶，并在冷冻干燥时升华致孔，构建出类似于天然骨的多孔结构，从而促进细胞粘附及长入并提升骨修复效果。
11.作为与上述技术方案相同的发明构思，本发明还请求保护一种高钙磷含量的骨修复支架，其特征在于，由所述的骨修复材料制备而成。
12.作为与上述技术方案相同的发明构思，本发明还请求保护一种含高钙磷含量的骨修复支架的制备方法，包括下述步骤：
13.(1)将生物活性玻璃粉体加入去离子水中，超声、磁力搅拌，使生物活性玻璃粉体均匀分散，得到悬浮液a；
14.(2)将聚乙烯醇加入悬浮液a中，水浴下磁力搅拌，使其分散均匀，得到悬浮液b；
15.(3)将海藻酸钠加入至悬浮液b中，水浴下磁力搅拌，使其混合均匀，得到混合溶液c；
16.(4)对混合溶液c恒温真空处理，倒入聚四氟乙烯模具板中，在-20℃预冻成型后冷冻干燥，得到具有多孔结构的高钙磷含量的生物活性玻璃的聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶复合骨支架。
17.本发明采用生物活性玻璃中丰富的钙离子促进凝胶体系进行自交联与相分离技术相结合的方法，制备含高钙磷含量的生物活性玻璃的聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶复合支架。该复合支架具有良好的机械性能，且生物活性玻璃释放的si、ca和p离子在促进有机体系成胶的同时，推动骨修复过程的快速进行；同时，支架冷冻干燥过程形成的多孔结构也有利于体液浸润、营养物质运输及细胞长入。该支架制备方法简单，操作便捷，在骨组织修复领域具有广阔的应用前景。
18.作为上述技术方案优选的技术方案，步骤(1)中，所述生物活性玻璃粉体在悬浮液a中的浓度为1-10w/v％。
19.作为上述技术方案优选的技术方案，步骤(2)中，所述聚乙烯醇在悬浮液b的浓度为8-16w/v％。
20.作为上述技术方案优选的技术方案，步骤(2)和步骤(3)中水浴温度为75-85℃
21.作为上述技术方案优选的技术方案，步骤(3)中所述海藻酸钠在混合溶液c的浓度为2-8w/v％。
22.作为上述技术方案优选的技术方案，步骤(4)中所述恒温真空处理条件为80℃，真空处理30min。
23.经由上述技术方案可知，本发明的技术效果是：
24.(1)本发明选取含高钙磷含量的生物活性玻璃和聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶两种材料进行复合，得到的具有自交联能力的复合支架，其不仅因生物活性玻璃的加入在物理层面提高了体系的机械性能，同时因为生物活性玻璃中的高钙含量，使得钙离子与水凝胶体系产生交联，从化学层面改善了水凝胶极易水解的性能，另一方面，利用相分离原理，通过冷冻干燥的方式，可以较容易制备多孔支架，且该复合支架具有良好的生物相容性和骨
诱导能力。
25.(2)本发明所述的选取特定的高钙磷含量的生物活性玻璃，其不仅可以与水凝胶作用产生交联，平衡水凝胶本身的降解速率，而且有利于无机离子的缓慢释放，该体系利于细胞长入和代谢过程的稳步进行。
26.(3)本发明的含高钙磷含量的生物活性玻璃的聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶复合支架可应用于骨组织修复和骨组织工程等领域。
27.(4)采用上述步骤得到的混合溶液c，为后面用分离技术得到与天然骨相类似的多孔结构提供了有利条件。
28.(5)本发明分离技术得到的多孔结构与天然骨的多孔结构相类似，有利于体液浸润、营养物质运输及细胞长入，从而促进骨修复快速进行。
附图说明
29.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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
30.图1附图为本发明高钙磷含量的生物活性玻璃/聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶多孔复合支架的放大400倍的钨灯丝扫描电镜图；
31.图2附图为本发明高钙磷含量的生物活性玻璃/聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶多孔复合支架的800倍的钨灯丝扫描电镜图；
32.图3附图为本发明高钙磷含量的生物活性玻璃/聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶多孔复合支架与小鼠骨髓间充质干细胞共培养4天活-死染色图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.实施例1
35.一种高钙磷含量的骨修复材料，包括生物活性玻璃粉体、海藻酸钠和聚乙烯醇，且三者的质量比为(1-10)：(2-8)：(8-16)；其中，生物活性玻璃粉体中钙含量摩尔比在10-36％；磷含量摩尔比在4-10％。
36.将实施例1中的骨修复材料应用于制备骨修复支架中，过程如实施例2～实施例4所示；
37.实施例2
38.一种含高钙磷含量的生物活性玻璃的聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶多孔复合支架，其制备方法如下:
39.将0.1g生物活性玻璃加入至10ml去离子水中，超声分散15min后，磁力搅拌15min，使生物活性玻璃均匀分散，得到悬浮液a；将0.8g聚乙烯醇加入至所得的悬浮液a中，在95℃
的水浴中，磁力搅拌1h，使聚乙烯醇均匀分散在悬浮液中，得到悬浮液b；在75℃的水浴中，将0.2g海藻酸钠加入至所得的悬浮液b中，磁力搅拌30min使其完全溶解，得到混合液c；将混合溶液c覆盖保鲜膜并扎孔，放入80℃的真空干燥箱恒温30min，随后倒入至聚四氟乙烯模具中，在-20℃预冻后冷冻干燥，得到具有多孔结构的含高钙磷含量的生物活性玻璃/聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶复合支架。
40.实施例3
41.一种含高钙磷含量的生物活性玻璃的聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶多孔复合支架，其制备方法如下:
42.将0.5g生物活性玻璃加入至10ml去离子水中，超声分散15min后，磁力搅拌15min，使生物活性玻璃均匀分散，得到悬浮液a；将1.6g聚乙烯醇加入至所得的悬浮液a中，在95℃的水浴中，磁力搅拌1h，使聚乙烯醇均匀分散在悬浮液中，得到悬浮液b；在80℃的水浴中，将0.4g海藻酸钠加入至所得的悬浮液b中，磁力搅拌30min使其完全溶解，得到混合液c；将混合溶液c覆盖保鲜膜并扎孔，放入80℃的真空干燥箱恒温30min，随后倒入至聚四氟乙烯模具中，在-20℃预冻后冷冻干燥，得到具有多孔结构的含高钙磷含量的生物活性玻璃/聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶复合支架。
43.实施例4
44.一种含高钙磷含量的生物活性玻璃的聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶多孔复合支架，其制备方法如下:
45.将0.2g生物活性玻璃加入至10ml去离子水中，超声分散15min后，磁力搅拌15min，使生物活性玻璃均匀分散，得到悬浮液a；将1.2g聚乙烯醇加入至所得的悬浮液a中，在95℃的水浴中，磁力搅拌1h，使聚乙烯醇均匀分散在悬浮液中，得到悬浮液b；在85℃的水浴中，将0.8g海藻酸钠加入至所得的悬浮液b中，磁力搅拌30min使其完全溶解，得到混合液c；将混合溶液c覆盖保鲜膜并扎孔，放入80℃的真空干燥箱恒温30min，随后倒入至聚四氟乙烯模具中，在-20℃预冻后冷冻干燥，得到具有多孔结构的含高钙磷含量的生物活性玻璃/聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶复合支架。
46.对实施例3所得的高钙磷含量的生物活性玻璃/聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶多孔复合支架进行表征，扫面电镜图如图1、图2所示，多孔复合支架与小鼠骨髓间充质干细胞共培养4天活-死染色图如图3所示。由图1、图2可知，所述含高钙磷含量的生物活性玻璃的聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶多孔复合支架具有良好的多孔连通结构。由图3可知，复合支架上的细胞生长状态良好，构建的支架多孔结构利于细胞长入及营养物质运输。
47.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
48.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。