一种掺锶磷酸钙盐聚合物基骨修复材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于骨组织工程领域，特别涉及一种掺锶磷酸钙盐聚合物基骨修复材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]因创伤、肿瘤和疾病等原因造成的骨缺损是临床医学中常见的骨科病症。目前临床上治疗骨缺损最常用的方法是自体骨移植、异体骨移植或人工替代物置换等，这些方法均存在各自的局限性(如供体有限、易引发免疫排斥反应等)，限制了其在骨修复中的应用。骨组织工程的发展为骨缺损修复带来了曙光。
[0003]骨修复材料的开发是基于天然骨的组成和独特的有机/无机分级结构，模拟天然骨的形成机制、成分、结构，因而可在功能上仿生天然骨。锶元素(Sr)是与钙元素同族的碱土金属元素，在成熟骨骼中约相当于钙元素含量的0.035%，是人体骨中必需元素之一。在骨质发生的早期缺乏锶元素会导致骨形成不足及骨钙化不良，新骨形成的初期锶离子的浓度较高，随着骨基质的成熟，锶离子逐渐被钙离子替换，锶离子在骨基质中保持一定的比例以维持骨质的正常功能(Bone，2004 ;35 (3):583-8.);而骨质中锶元素的含量还与骨质的抗压强度大小密切相关(Bone，1997 ;20(S4):104.)?目前研宄表明，适量的锶离子浓度可以显著促进成骨细胞的生长复制，刺激新骨形成，并抑制破骨细胞活性，减少新形成骨的再吸收(B1materials, 2014 ；35:5619-26)。
[0004]近年来，国内外有不少关于掺锶骨修复材料的研宄。如中国专利(CN 101927034A)在钛金属表面涂覆掺锶聚磷酸钙涂层作为骨修复用植入体，其制备方法是将掺锶聚磷酸钙粉料通过等离子喷涂设备吹喷掠过等离子焰喷涂在钛金属基体表面形成涂层。再如中国专利(CN 1596995 A)将磷酸二氢锶和磷酸二氢钙按材料中的聚磷酸锶和聚磷酸钙的比例进行配混，经高温处理制得骨组织工程支架材料。通过这种传统方法制备的掺锶骨修复材料比较致密，没有规则的孔径，不利于间充质干细胞或成骨细胞与诱导材料表面的充分接触，新生骨与成骨材料界面的接触比表面积也较小，从而降低了骨诱导的效率。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种掺锶磷酸钙盐聚合物基骨修复材料及其制备方法，该方法是以多孔聚合物支架为基底，保存了支架原有的多孔结构；通过电化学沉积技术制备掺锶磷酸钙盐聚合物基骨修复材料，耗时短，操作简单；其中锶元素是人体骨中必需元素之一，能够促进成骨细胞的生长，刺激新骨形成，并抑制破骨细胞活性，有利于骨缺损的修复。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种掺锶磷酸钙盐聚合物基骨修复材料，其特征在于，由多孔聚合物支架和沉积在该支架上的掺锶磷酸钙盐构成。
[0007]优选地，所述的聚合物为天然聚合物和合成聚合物中的一种或几种。
[0008]优选地，所述多孔聚合物支架为静电纺丝法制得的纳米纤维膜或热致相分离技术制备的三维多孔纳米纤维支架。
[0009]本发明还提供了上述的掺锶磷酸钙盐聚合物基骨修复材料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括:
[0010]步骤1:配制电解液，其中包含锶盐、钙盐和磷酸盐；
[0011]步骤2:制备多孔聚合物支架，并将其固定于电极上作为工作电极，空白铂电极为对电极，放入电解液中，进行电化学沉积，得到掺锶磷酸钙盐聚合物基骨修复材料，冲洗、晾干。
[0012]优选地，所述的步骤I中的锶盐为硝酸锶或氯化锶。
[0013]优选地，所述的步骤I中的钙盐为硝酸钙或氯化钙。
[0014]优选地，所述的步骤I中的磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸氢二钠或磷酸二氢钾。
[0015]优选地，所述的步骤I中的电解液中的钙离子浓度为0.01-0.lmol/L，磷酸根离子的浓度为 0.01-0.5mol/Lo
[0016]优选地，所述的步骤I中的电解液中的锶/(锶+钙)的摩尔比为0.1-25%。
[0017]优选地，所述的步骤I中的电解液的pH值为3-5。
[0018]优选地，所述的步骤2中的电化学沉积方法为恒电位法和循环伏安法中的一种或两种。
[0019]优选地，所述的步骤2中的电极为金属电极、半导体电极、玻碳电极或石墨电极。
[0020]优选地，所述的步骤2中的电化学沉积的条件为电压为-5-5.0V，电极距离为l-3cm，沉积时间为l-3h，电解液温度为20?80°C。
[0021]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0022]1、本发明是以多孔聚合物支架为基底，保存了支架原有的多孔结构；
[0023]2、本发明通过电化学沉积技术制备掺锶磷酸钙盐聚合物基骨修复材料，耗时短，操作简单。
[0024]3、本发明中的锶元素是人体骨中必需元素之一，能够促进成骨细胞的生长，刺激新骨形成，并抑制破骨细胞活性，因而有助于骨缺损的修复。
【附图说明】
[0025]图1为掺锶磷酸钙盐沉积在PLLA纳米纤维上的扫描电镜(SEM)形貌照片，A为实施例I复合纳米纤维膜的SEM照片；B为实施例2复合纳米纤维膜的SEM照片；C为实施例3复合纳米纤维膜的SEM照片；D，E，F分别为A，B，C的放大SEM照片。
[0026]图2为沉积在PLLA纳米纤维上的掺锶磷酸钙盐的透射电镜(TEM)照片，A为未掺锶的磷酸钙盐的TEM照片为实施例1掺锶的磷酸钙盐的TEM照片；C为实施例2掺锶的磷酸钙盐的TEM照片；D为实施例3掺锶的磷酸钙盐的TEM照片。
[0027]图3为沉积在PLLA纳米纤维上的掺锶磷酸钙盐的场发射透射电子显微镜(FE-TEM)照片，A为未掺锶的磷酸钙盐的FE-TEM照片为实施例1掺锶的磷酸钙盐的FE-TEM照片；C为实施例2掺锶的磷酸钙盐的FE-TEM照片；D为实施例3掺锶的磷酸钙盐的FE-TEM照片。
[0028]图4为掺锶磷酸钙盐沉积在PLLA纳米纤维上的X射线衍射(XRD)谱图，A为PLLA纳米纤维的XRD谱图；B为商业羟基磷灰石的XRD谱图；C为沉积未掺锶的磷酸钙盐的复合纤维的XRD谱图；D为实施例1沉积有掺锶的磷酸钙盐的复合纤维的XRD谱图；E为实施例2沉积有掺锶的磷酸钙盐的复合纤维的XRD谱图；F为实施例3沉积有掺锶的磷酸钙盐的复合纤维的XRD谱图。
[0029]图5为掺锶磷酸钙盐沉积在PLLA纳米纤维上的红外光谱(FTIR)谱图，A为商业羟基磷灰石的FTIR谱图；B为PLLA纳米纤维的FTIR谱图；C为沉积未掺锶的磷酸钙盐的复合纤维的FTIR谱图；D为实施例1沉积有掺锶的磷酸钙盐的复合纤维的FTIR谱图；E为实施例2沉积有掺锶的磷酸钙盐的复合纤维的FTIR谱图；F为实施例3沉积有掺锶的磷酸钙盐的复合纤维的FTIR谱图。
[0030]图6为实施例3沉积有掺锶的磷酸钙盐的复合纤维的X射线能谱分析图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0032]实施例1
[0033]一种掺锶磷酸钙盐聚合物基骨修复材料，由多孔聚合物支架和沉积在该支架上的掺锶磷酸钙盐构成。所述的多孔聚合物支架为静电纺丝法制得的纳米纤维膜。
[0034]所述的掺锶磷酸钙盐聚合物基骨修复材料的制备方法为:
[0035]1、将 Ca (NO3) 2、NH4H2POdP Sr (NO 3)2 溶于水配制 200mL 电解液，其中 Ca (NO 3)2 的浓度为0.042mol/L，NH4H2POj^浓度为0.025mol/L，锶/ (锶+钙)的摩尔比为5atom%，调节PH值为4.7，搅拌均匀，得到均一的电解液；
[0036]2、采用静电纺技术制备PLLA纳米纤维膜:将PLLA (粘度:1.92dl/g，购自济南岱罡生物工程有限公司)溶于二氯甲烷和N，N-二甲基甲酰胺体积为9: I的混合溶液中，得到1wt %的电纺液；采用18G注射针为喷丝头，在电压为10kV，接受距离为15cm，供液速率为lmL/h的条件下接收纳米纤维膜。
[0037]3、将步骤2中的纳米纤维膜包裹固定于不锈钢电极上，作为工作电极，空白铂电极为对电极，甘汞电极为参比电极，一起置于步骤I中的电解液中。采用恒电压技术进行电化学沉积，沉积条件为:电压为-2.0V,电极距离为2.5cm，沉积时间为2h，电解液温度为37°C ;得到掺锶磷酸钙盐聚合物基骨修复材料，冲洗、于空气中自然晾干备用。
[0038]实施例2
[0039]一种掺锶磷酸钙盐聚合物基骨修复材料，由多孔聚合物支架和沉积在该支架上的掺锶磷酸钙盐构成。所述的多孔聚合物支架为静电纺丝法制得的纳米纤维膜。
[0040]所述的掺锶磷酸钙盐聚合物基骨修复材料的制备方法为:
[0041]1、将 Ca (NO3) 2、NH4H2POdP Sr (NO 3)2 溶于水配制 200mL 电解液，其中 Ca (NO 3)2 的浓度为0.042mol/L，NH4H2PO4的浓度为0.025mol/L，锶/ (锶+钙)的摩尔比为10atom%，调节PH值为4.7，搅拌均匀，得到均一的电解液；
[0042]2、采用静电纺技术制备PLLA纳米纤维膜:将PLLA (粘度:1.92dl/g，购自济南岱罡生物工程有限公司)溶于二氯甲烷和N，N-二甲基甲酰胺体积为9: I的混合溶液中，得到1wt %的电纺液；采用18G注射针为喷丝头，在电压为10kV，接受距离为15cm，供液速率为lmL/h的条件下接收纳米纤维膜。
[0043]3、将步骤2中的纳米纤维膜包裹固定于不锈钢电极上，作为工作电极，空白铂电极为对电极，甘汞电极为参比电