一种促进骨生长和生物相容性的聚乳酸复合材料及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属复合材料技术领域，涉及一种促进骨生长和生物相容性的聚乳酸复合材 料及制备方法，特别是涉及一种采用珍珠粉与聚乳酸复合的具有诱导羟基磷灰石生长和生 物相容性改善双重功效聚乳酸复合材料及其制备方法，具体地说，是一种聚乳酸中分散有 经过聚乙二醇表面改性的珍珠粉的具有诱导羟基磷灰石生长和生物相容性改善双重功效 聚乳酸复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着材料科学的不断发展，越来越多的材料进入医学领域作为生物医用材料修复 人体各部位的缺损，骨修复材料就是其中之一。目前各种人工骨修复替代材料层出不穷，其 中主要有金属骨支架（如Ti等）、生物陶瓷（如HA、TCP等）和高分子材料（如PLA、PGA、 PCL等）等种类，但主要起骨支架力学支撑作用，不具有骨生长因子所特有的骨诱导活性。 胡堃，张余，任卫卫等人在"中国骨科临床与基础研宄杂志，2013, 5 (1) : 56-62"上的"羟基磷 灰石/聚乳酸人工骨修复材料的研宄进展"中提到，理想的骨修复材料应该具备良好的生 物相容性、机械性能、生物降解性以及诱导再生性，其中，聚乳酸作为一个综合性能较突出 的生物材料而倍受青睐。但在以聚乳酸为主要成分的骨修复材料，会出现机械强度不够、降 解速率较慢、无菌性炎症反应及细胞毒性等缺点，因此在以聚乳酸为基体的骨修复复合材 料进行了相当多的改性工作。羟基磷灰石作为人体骨的主要组成部分，得到了相当的关注 并作为主要的改性材料，但JamesM.Anderson和KathleenM.Miller在 "Biomaterials， 1984, 5 (1) : 5-10"中报道，在以HA为主要成分的骨修复材料中也会出现较轻微的炎症 反应。偶联剂可用于提高PLA的降解速率，因此"Materialsscience&engineering C，Materialsforbiologicalapplications, 2012, 32 (6): 1428-36"中用偶联剂预处理HA 后制备PLA/HA复合材料，但表现出较低的细胞相容性，这要归因于PLA降解后产生的酸性 有毒小分子，局部上不利于细胞的生长和粘附。另外，HA非常高的稳定性不足以缓解PLA造 成的偏酸性环境。
【发明内容】
[0003] 本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种促进骨生长和生物相容性的聚乳酸复 合材料及制备方法，即一种具有诱导羟基磷灰石生长和生物相容性改善双重功效聚乳酸复 合材料及其制备方法，特别是提供一种采用珍珠粉与聚乳酸复合的具有诱导羟基磷灰石生 长和生物相容性改善双重功效聚乳酸复合材料及其制备方法，具体地说，是一种聚乳酸中 分散有经过聚乙二醇表面改性的珍珠粉的具有诱导羟基磷灰石生长和生物相容性改善双 重功效聚乳酸复合材料及其制备方法。本发明以聚乳酸和珍珠粉的共混材料作为基体，其 具有可诱导羟基磷灰石生长和促使细胞增殖的功效，也就是说，珍珠粉与聚乳酸的复合物 比纯聚乳酸能生长更多的羟基磷灰石（在模拟体液中已经验证），而且其生长量随着珍珠 粉含量和浸泡时间的增加而增加，另外，珍珠粉与聚乳酸复合物的细胞毒性检测证明该复 合材料比单纯聚乳酸材料有更好的细胞相容性，细胞增值率得到了大幅提高。同时本发明 的复合材料采用在聚乳酸溶液中混入珍珠粉，并通过浇铸成型得到薄膜状复合材料，方法 简单高效，成本较低，在加入珍珠粉之前首先对珍珠粉进行表面活性化处理，使其在使用过 程中可以非常均匀的分散在整个复合体系中，经过超声后分散效果更佳。
[0004] 本发明的一种促进骨生长和生物相容性的聚乳酸复合材料，所述聚乳酸复合材料 为聚乳酸与珍珠粉的复合体系，珍珠粉在聚乳酸的内部及表面均匀分散，且暴露于表面并 与外界环境充分接触。
[0005] 作为优选的技术方案：
[0006] 如上所述的所述的一种促进骨生长和生物相容性的聚乳酸复合材料，珍珠粉的总 量为所述聚乳酸复合材料的1?50wt%。
[0007] 如上所述的所述的一种促进骨生长和生物相容性的聚乳酸复合材料，所述珍珠粉 为经聚乙二醇表面改性的珍珠粉。
[0008] 如上所述的所述的一种促进骨生长和生物相容性的聚乳酸复合材料，所述聚乳酸 复合材料为薄膜，厚度为80?200ym。
[0009] 本发明还提供了一种促进骨生长和生物相容性的聚乳酸复合材料的制备方法，包 括下列步骤：
[0010] (1)珍珠粉的表面活性化处理；
[0011] 将珍珠粉加入到去离子水中，同时加入聚乙二醇粉末，搅拌并超声后， 于-15?-20°c下冷冻，然后冷冻干燥，得到经过聚乙二醇表面改性的珍珠粉；
[0012] (2)聚乳酸复合材料的制备；
[0013] 将聚乳酸溶解在溶剂中配置成溶液，再将经过聚乙二醇改性的珍珠粉添加到溶液 中，经过搅拌和超声处理后，浇铸到平板玻璃或表面皿中后，去除溶剂；
[0014] 将聚乳酸/珍珠粉复合物浸泡在NaOH溶液中以部分降解聚乳酸表面，使珍珠粉暴 露于材料表面并接触外界环境，洗净烘干，得到亲水性大大改善的聚乳酸复合材料，为矿化 过程和细胞生长提供了理想的环境。
[0015] 如上所述的制备方法，珍珠粉的颗粒尺寸为100?400nm;聚乙二醇的聚合度为 4000?lOOOODa;聚乙二醇与珍珠粉质量比为2:98?5:95,二者质量和与去离子水质量比 为1:10?1:20 ;所述搅拌并超声是指搅拌速率为500?lOOOrpm，超声功率40?50KHz， 时间各为〇. 5?lh，得到珍珠粉均匀分散的溶液；所述冷冻的时间为12?15h;所述冷冻干 燥是在-55?-45°C下，用时20?24h。
[0016] 如上所述的制备方法，聚乳酸重均分子量为70000?200000;所述溶剂为三氯甲 烷或1，4二氧六环等良溶剂；将聚乳酸溶解在溶剂中配置成质量分数为5-lOwt%的溶液； 将经过聚乙二醇改性的珍珠粉添加到溶液中，珍珠粉浓度为1?50wt%;所述搅拌和超声 处理是指搅拌速率为800?lOOOrpm和超声功率40?50KHz，时间各为0. 5?lh;
[0017] 如上所述的制备方法，所述去除溶剂是指在室温环境下放置10?12h后，然后放 入50?60°C真空干燥箱中10_12h，以除去残留溶剂。
[0018] 如上所述的制备方法，NaOH溶液的质量浓度为1?2M，浸泡时间为10?20min。
[0019] 现代药理研宄显示珍珠粉含有5 %的蛋白质，包括亮氨酸、蛋氨酸、丙氨酸等18种 氨基酸，20多种微量元素及维生素B，95%文石结构的碳酸钙。其作用包括增强机体免疫功 能，美容、促进皮肤胶原细胞再生，增强皮肤弹性。珍珠粉也有比较显著的消炎作用，能够抑 制炎症细胞再生，防止伤口进一步恶化。本发明以聚乳酸和珍珠粉的共混材料作为基体，具 有诱导羟基磷灰石生长和促使细胞增殖的性能，同时具有更好的细胞相容性，细胞增值率 得到了大幅提高。
[0020] 有益效果
[0021] (1)本发明中所选用的材料体系中，珍珠粉和聚乳酸均为商业化产品，生产厂家众 多，来源非常广泛，因此可以进行大规模工业化生产。
[0022] (2)本发明中对于珍珠粉的预处理具有一定的科学依据，利用表面活性剂将无机 物珍珠粉均匀分散在有机物聚乳酸中，且所选表面活性剂对人体也同样具有良好的生物相 容性。
[0023] (3)本发明中所制备的材料中使用了珍珠粉，其在羟基磷灰石生长过程中具有很 好的促进作用，代替了其他骨生长因子，极大的降低了骨修复成本，在经济效益上具有很可 观的前景。
[0024] (4)本发明中所制备的材料中，在聚乳酸降解的同时，可以暴露出珍珠粉的表面， 包裹在内层的珍珠粉没有得到释放而不会被降解，这样成功起到了珍珠粉缓释的效果，可 以在骨修复过程中持续不断的提供珍珠粉，达到最佳的骨修复效果。
[0025] (5)本发明中所制备的材料在提高了生物相容性的同时，也加速了HA仿生矿化的 速率，在骨修复领域中具有极大的应用前景。
【附图说明】
[0026] 图la、lb、lc为未仿生矿化的纯聚乳酸及聚乳酸/珍珠粉复合薄膜的形貌图：图 la为纯聚乳酸表面；图lb为10wt%珍珠粉/聚乳酸表面；图lc为10wt%珍珠粉/聚乳酸 截面
[0027] 图2a、2b、2c为聚乳酸/珍珠粉复合薄膜在1. 5倍模拟体液中浸泡1天后的表面 形貌图：图2a为纯聚乳酸表面；图2b为10wt%珍珠粉/聚乳酸表面；图2c为20wt%珍珠 粉/聚乳酸表面
[0028] 图3a、3b、3c为聚乳酸/珍珠粉复合薄膜在1. 5倍模拟体液中浸泡3天后的表面 形貌图：图3a为纯聚乳酸表面；图3b为10wt%珍珠粉/聚乳酸表面；图3c为20wt%珍珠 粉/聚乳酸表面
[0029] 图4为聚乳酸/珍珠粉复合薄膜在1. 5倍模拟体液中浸泡后得到的材料增重与珍 珠粉含量和浸泡天数的曲线图
【具体实施方式】
[0030] 本发明的一种促进骨生长和生物相容性的聚乳酸复合材料，所述聚乳酸复合材料 为聚乳酸与珍珠粉的复合体系，珍珠粉在聚乳酸的内部及表面均匀分散，且暴露于表面并 与外界环境充分接触。
[0031] 其中，珍珠粉的总量为所述聚乳酸复合材料的1?50wt% ;珍珠粉为经聚乙二醇 表面改性的珍珠粉；聚乳酸复合材料为薄膜，厚度为80?200ym。
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