专利名称：纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料的制作方法
技术领域：
本发明属于生物医药领域，具体涉及一种用作骨头或牙齿的修复及植入材料的羟基磷酸钙/水凝胶材料。
背景技术：
据有关资料统计，我国人口龋齿发病率为37%，平均每人有龋齿2. 47颗，用来修补龋齿的充填材料需求量很大，预计年需求量在1吨左右。但是，目前使用的齿科填充材料均不能促进牙组织的快速修复。对于掉落的龋齿，通常是安装人工牙根。人工牙根又称牙种植体，是通过外科手术将其植入人体缺牙部位的颂骨内，愈合后在其上部修复假牙的装置。牙种植体按其材料不同，大体上可分为五种类型，即(1)金属与合金材料类包括金、316L不锈钢(铁-铬-镍合金)、铸造钴铬钼合金、钛及其合金等。( 陶瓷材料类包括生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷、生物降解性陶瓷等。( 碳素材料类包括玻璃碳、低温各向同性碳等。(4)高分子材料类包括丙烯酸酯类、聚四氟乙烯类、聚砜等。( 复合材料类，即上述两种或两种以上材料的复合，如金属表面喷涂陶瓷等。目前牙种植体常用的材料金属类主要是纯钛及钛合金，钛金属比重轻，强度高，无磁性，收缩性小，化学性质稳定，具有极佳的耐腐蚀性和与周围的生物组织的相容性。虽然钛合金具有较好的生物相容性，但植入体与牙骨间没有形成很强的结合界面。另外，在外科手术中，骨的修复与再生是一个普遍的问题，为了获得理想的骨组织替代材料，人们进行了很多研究，通常是采用羟基磷酸钙与胶原蛋白、明胶、壳聚糖等天然高聚物或聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等人工合成高聚物来制备复合材料。但是这些复合材料都还有不足之处，制备与天然骨结构相似的材料，提高其生物相容性是骨组织工程研究的重点。我们的研究发现，生物体的矿物化是在多种因素的共同影响下协同完成的。拿骨矿物化为例，骨细胞在生长因子的指引下，在两种蛋白(1)不溶于水的骨架蛋白(象胶原蛋白是人骨的骨架)；( 水溶性蛋白(如，骨头内含有骨桥蛋白(OSteopontin，0PN)，牙齿内含用磷蛋白(phosphophoryn))的共同控制下有序完成的。传统的理论观念则忽略了水溶性蛋白的作用。我们还发现水溶性蛋白不是全部均勻分布在矿物化液相中的，其中大部分与骨架蛋白相互作用而吸附在骨架蛋白上。被吸附的异相水溶性蛋白通过离子键吸附矿物化离子，象Ca/Mg离子等，从而有效地提高了局部粒子对碳酸钙/磷酸钙(Ca -C03/Ca ·Ρ) 的过饱和度，提高了钙离子、碳酸根离子及/或磷酸根离子的过饱和度。由于这是一个动力学控制的过程，大量的水分子也被卷入其中，从而形成液相矿物质前躯体。液相矿物质前躯体随后在骨架蛋白控制下逐步失水，通过经典的异相成核原理(epitaxy)转化成晶体。
发明内容
有鉴于此，本发明模仿生物矿物化过程，通过用水溶性蛋白对生物可降解组织支架进行本体与表面改性，并通过仿生矿物化过程(类似于人体牙齿与骨头形成的条件)矿物化支架，提供一种纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料，该材料是在宏观形态与微观结构方面都与人体自身材料高度相近或一致的骨科与牙科材料，这些材料可用与植牙、植骨材料，支架材料以及活性填充材料。为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案本发明提供的纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料，它的特点是，用多肽对所述水凝胶表面进行改性，并通过仿生矿物化过程将羟基磷酸钙沉积在水凝胶上，所述纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料的制备方法包括下述步骤(1)配制质量浓度为1-5%的水凝胶水溶液，配制质量浓度为3-8%的戊二醛水溶液，配制浓度为10-300ug/mL的多肽水溶液，( 制备水凝胶底物将步骤(1)所制得的三种水溶液按照体积比为1 1 1的比例混合，在常温下搅拌0. 5-10分钟，然后将混合物置于载体上(如玻璃片上)，通过相分离技术制备水凝胶底物，所制备的水凝胶底物用0. 1-0. 3M的甘氨酸溶液浸泡6-10小时以除去游离的戊二醛，上述相分离技术为常用的热致凝胶化、乳化/冷冻干燥、固液相分离等几种相分离技术。(3)配制三羟甲基氨基甲烷缓冲液将5-8克的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐， 0. 5-1. 5克三羟甲基氨基甲烷和6-10克氯化钠加入到100毫升去离子水中，该缓冲液的PH 值为7. 0-8. 0，三羟甲基氨基甲烷盐酸盐用于调节该缓冲液的PH值，PH最佳为7. 2-7. 4，(4)分别称取氯化钙和磷酸氢二钾，并分别溶入步骤C3)制得的缓冲液中，分别配制成0. 002-0. 006mol/L的氯化钙溶液和磷酸氢二钾溶液，将氯化钙溶液和磷酸氢二钾溶液与步骤(1)中制得的多肽水溶液按照体积比为1 1 X(X = 0-6)的比例相混合搅拌，(5)将步骤( 所制得的负载于载体上的水凝胶底物置于步骤(4)所制得的混合溶液中，静置M-48小时后，先后用水和乙醇洗涤，干燥，即制得所述的纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料。优选的，本发明提供一种纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料，它的特点是，所述纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料的制备方法包括下述步骤(1)配制质量浓度为1-3%的水凝胶水溶液，配制质量浓度为4-6%的戊二醛水溶液，配制浓度为150-250 μ g/ml的多肽水溶液，( 制备水凝胶底物将步骤(1)所制得的三种水溶液按照体积比为1 1 1的比例相混合，在常温下搅拌0. 5-10分钟，然后将混合物置于载体上，通过相分离技术制备水凝胶底物，所制备的水凝胶底物用0. 1-0. 3M的甘氨酸溶液浸泡6-10小时以除去游离的戊二醛，(3)配制三羟甲基氨基甲烷缓冲液将6-7克的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐， 0. 6-1. 2克三羟甲基氨基甲烷和8-9克氯化钠加入到100毫升去离子水中，该缓冲液的PH 值为 7. 2-7. 4，(4)分别称取氯化钙和磷酸氢二钾，并分别溶入步骤C3)制得的缓冲液中，分别配制成0. 002-0. 006mol/L的氯化钙溶液和磷酸氢二钾溶液，将氯化钙溶液和磷酸氢二钾溶液与步骤(1)中制得的多肽水溶液按照体积比为1 1 X(X = 0-6)的比例相混合，在常温下搅拌0. 5-10分钟，(5)将步骤( 所制得的负载于载体上的水凝胶底物置于步骤(4)所制得的混合溶液中，静置M-36小时后，先后用水和乙醇洗涤，干燥，即制得所述的纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料。进一步优选的，本发明提供一种纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料，其特征在于， 所述纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料的制备方法包括下述步骤(1)配制质量浓度为的水凝胶水溶液，配制质量浓度为5%的戊二醛水溶液， 配制浓度为200ug/ml的多肽水溶液，( 制备水凝胶底物将步骤(1)所制得的三种水溶液按照体积比为1 1 1的比例相混合，在常温下搅拌0. 5-10分钟，然后将混合物置于载体上，通过相分离技术制备水凝胶底物，所制备的水凝胶底物用0. 1-0. 3M的甘氨酸溶液浸泡6-10小时以除去游离的戊二醛，(3)配制三羟甲基氨基甲烷(Tris)缓冲液将6. 61克的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(Tris-HCl)，0. 97克三羟甲基氨基甲烷(Tris)和8. 77克氯化钠加入到100毫升去离子水中，该缓冲液的PH值为7. 2-7. 4，(4)分别称取氯化钙和磷酸氢二钾，并分别溶入步骤C3)制得的缓冲液中，分别配制成0. 002-0. 006mol/L的氯化钙溶液和磷酸氢二钾溶液，将氯化钙溶液和磷酸氢二钾溶液与步骤(1)中制得的多肽水溶液按照体积比为1 1 X(X = 0-6)的比例相混合，在常温下搅拌0. 5-10分钟，(5)将步骤( 所制得的负载于载体上的水凝胶底物置于步骤(4)所制得的混合溶液中，静置M小时后，先后用水和乙醇洗涤，干燥，即制得所述的纳米孔状羟基磷酸钙/ 水凝胶材料。本发明还提供一种纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料，它的特点是，用多肽对所述水凝胶表面进行改性，并通过仿生矿物化过程将羟基磷酸钙沉积在水凝胶上，所述纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料的制备方法包括下述步骤(1)配制质量浓度为1-5%的水凝胶水溶液，配制浓度为10-300ug/mL的多肽水溶液，(2)制备水凝胶底物将步骤⑴所制得的两种水溶液按照体积比为1 1的比例混合，在常温下搅拌1-10分钟，然后将混合物置于载体上，室温下干燥M-48小时，然后在80°C -100°C的温度下真空干燥，(3)配制三羟甲基氨基甲烷缓冲液将5-8克的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐， 0. 5-1. 5克三羟甲基氨基甲烷和6-10克氯化钠加入到100毫升去离子水中，该缓冲液的PH 值为7. 0-8. 0，优选的，该缓冲液的PH值为7. 2-7. 4，(4)分别称取氯化钙和磷酸氢二钾，并分别溶入步骤C3)制得的缓冲液中，分别配制成0. 002-0. 006mol/L的氯化钙溶液和磷酸氢二钾溶液，将氯化钙溶液和磷酸氢二钾溶液与步骤(1)中制得的多肽水溶液按照体积比为1 1 X(X = 0-6)的比例相混合搅拌，(5)将步骤( 所制得的负载于载体上的水凝胶底物置于步骤(4)所制得的混合溶液中，静置M-48小时后，先后用水和乙醇洗涤，干燥，即制得所述的纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料。
水凝胶，以水为分散介质的凝胶。具有交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团而形成能遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定的化学交联或物理交联， 都可以形成水凝胶。这些高分子按其来源可分为天然和合成两大类。天然的亲水性高分子包括多糖类(淀粉、纤维素、海藻酸、透明质酸，壳聚糖等)和多肽类(胶原、聚L-赖氨酸、 聚L-谷胺酸等)。合成的亲水高分子包括聚乙烯醇、丙烯酸及其衍生物类(聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚N-聚代丙烯酰胺等)。上述水凝胶优选为胶原、明胶、聚乙烯醇、海藻酸或其中至少两种的组合物；所述多肽为骨头含有的骨桥蛋白(osteopontin，0ΡΝ)、牙齿含有的磷蛋白(phosphophoryn)或其片段；或，所述多肽可以富含酸性基团，可以为富含天冬氨酸、谷氨酸、磷酸化或硫酸化的丝氨酸/酪氨酸的多肽，其中，所述的天冬氨酸、谷氨酸、磷酸化或硫酸化的丝氨酸/酪氨酸的总和占多肽的重量百分比为10-90% ；或，所述多肽为聚天门冬氨酸，聚谷氨酸、聚硫酸化的丝氨酸/酪氨酸。为进一步加快牙齿或骨头的快速修复，上述水凝胶材料中添加有质量百分比为 0. 0001-5%的促进成骨细胞繁殖的小分子化合物。促进成骨细胞繁殖的或促进骨头形成的小分子化合物包括国际公布号为W02010017472A1的国际申请中公布的可促进骨细胞繁殖的小分子化合物，还包括下述结构的化合物
权利要求
1. 一种纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料，其特征在于，用多肽对所述水凝胶表面进行改性，并通过仿生矿物化过程将羟基磷酸钙沉积在水凝胶上，所述纳米孔状羟基磷酸钙/ 水凝胶材料的制备方法包括下述步骤(1)配制质量浓度为1-5%的水凝胶水溶液，配制质量浓度为3-8%的戊二醛水溶液， 配制浓度为10-300ug/mL的多肽水溶液，(2)制备水凝胶底物将步骤(1)所制得的三种水溶液按照体积比为1 1 1的比例混合，在常温下搅拌0. 5-10分钟，然后将混合物置于载体上，通过相分离技术制备水凝胶底物，所制备的水凝胶底物用0. 1-0. 3M的甘氨酸溶液浸泡6-10小时以除去游离的戊二(3)配制三羟甲基氨基甲烷缓冲液将5-8克的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐，0.5-1. 5 克三羟甲基氨基甲烷和6-10克氯化钠加入到100毫升去离子水中，该缓冲液的PH值为 7. 0-8. 0，(4)分别称取氯化钙和磷酸氢二钾，并分别溶入步骤C3)制得的缓冲液中，分别配制成 0. 002-0. 006mol/L的氯化钙溶液和磷酸氢二钾溶液，将氯化钙溶液和磷酸氢二钾溶液与步骤⑴中制得的多肽水溶液按照体积比为1 1 X(X = 0-6)的比例相混合搅拌，(5)将步骤( 所制得的负载于载体上的水凝胶底物置于步骤(4)所制得的混合溶液中，静置M-48小时后，先后用水和乙醇洗涤，干燥，即制得所述的纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料。
2. 一种如权利要求1所述的纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料，其特征在于，所述纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料的制备方法包括下述步骤(1)配制质量浓度为1-3%的水凝胶水溶液，配制质量浓度为4-6%的戊二醛水溶液， 配制浓度为150-250 μ g/ml的多肽水溶液，(2)制备水凝胶底物将步骤(1)所制得的三种水溶液按照体积比为1 1 1的比例相混合，在常温下搅拌0. 5-10分钟，然后将混合物置于载体上，通过相分离技术制备水凝胶底物，所制备的水凝胶底物用0. 1-0. 3M的甘氨酸溶液浸泡6-10小时以除去游离的戊(3)配制三羟甲基氨基甲烷缓冲液将6-7克的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐，0.6-1.2 克三羟甲基氨基甲烷和8-9克氯化钠加入到100毫升去离子水中，该缓冲液的PH值为 7. 2-7. 4，(4)分别称取氯化钙和磷酸氢二钾，并分别溶入步骤C3)制得的缓冲液中，分别配制成 0. 002-0. 006mol/L的氯化钙溶液和磷酸氢二钾溶液，将氯化钙溶液和磷酸氢二钾溶液与步骤(1)中制得的多肽水溶液按照体积比为1 1 X(X = 0-6)的比例相混合，在常温下搅拌0. 5-10分钟，(5)将步骤( 所制得的负载于载体上的水凝胶底物置于步骤(4)所制得的混合溶液中，静置M-36小时后，先后用水和乙醇洗涤，干燥，即制得所述的纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料。
3. —种如权利要求1所述的纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料，其特征在于，所述纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料的制备方法包括下述步骤(1)配制质量浓度为的水凝胶水溶液，配制质量浓度为5%的戊二醛水溶液，配制浓度为200ug/ml的多肽水溶液，(2)制备水凝胶底物将步骤(1)所制得的三种水溶液按照体积比为1 1 1的比例相混合，在常温下搅拌0. 5-10分钟，然后将混合物置于载体上，通过相分离技术制备水凝胶底物，所制备的水凝胶底物用0. 1-0. 3M的甘氨酸溶液浸泡6-10小时以除去游离的戊(3)配制三羟甲基氨基甲烷缓冲液将6.61克的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐 (Tris-HCl), 0. 97克三羟甲基氨基甲烷和8. 77克氯化钠加入到100毫升去离子水中，该缓冲液的PH值为7. 2-7.4，(4)分别称取氯化钙和磷酸氢二钾，并分别溶入步骤C3)制得的缓冲液中，分别配制成 0. 002-0. 006mol/L的氯化钙溶液和磷酸氢二钾溶液，将氯化钙溶液和磷酸氢二钾溶液与步骤(1)中制得的多肽水溶液按照体积比为1 1 x(x = 0-6)的比例相混合，在常温下搅拌0. 5-10分钟，(5)将步骤( 所制得的负载于载体上的水凝胶底物置于步骤(4)所制得的混合溶液中，静置M小时后，先后用水和乙醇洗涤，干燥，即制得所述的纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料。
4.一种纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料，其特征在于，用多肽对所述水凝胶表面进行改性，并通过仿生矿物化过程将羟基磷酸钙沉积在水凝胶上，所述纳米孔状羟基磷酸钙/ 水凝胶材料的制备方法包括下述步骤(1)配制质量浓度为1-5%的水凝胶水溶液，配制浓度为10-300ug/mL的多肽水溶液，(2)制备水凝胶底物将步骤(1)所制得的两种水溶液按照体积比为1 1的比例混合，在常温下搅拌1-10分钟，然后将混合物置于载体上，室温下干燥M-48小时，然后在 80°C -ioo°c的温度下真空干燥，(3)配制三羟甲基氨基甲烷缓冲液将5-8克的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐，0.5-1. 5 克三羟甲基氨基甲烷和6-10克氯化钠加入到100毫升去离子水中，该缓冲液的PH值为 7. 0-8. 0，(4)分别称取氯化钙和磷酸氢二钾，并分别溶入步骤C3)制得的缓冲液中，分别配制成 0. 002-0. 006mol/L的氯化钙溶液和磷酸氢二钾溶液，将氯化钙溶液和磷酸氢二钾溶液与步骤⑴中制得的多肽水溶液按照体积比为1 1 X(X = 0-6)的比例相混合搅拌，(5)将步骤( 所制得的负载于载体上的水凝胶底物置于步骤(4)所制得的混合溶液中，静置M-48小时后，先后用水和乙醇洗涤，干燥，即制得所述的纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料。
5.如权利要求1、2、3或4所述的纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料，其特征在于，所述水凝胶为胶原、明胶、聚乙烯醇、海藻酸或其中至少两种的组合物；所述多肽为骨头含有的骨桥蛋白(osteopontin，0ΡΝ)、牙齿含有的磷蛋白(phosphophoryn)或其片段；或，所述多肽为富含天冬氨酸、谷氨酸、磷酸化或硫酸化的丝氨酸/酪氨酸的多肽，其中，所述的天冬氨酸、谷氨酸、磷酸化或硫酸化的丝氨酸/酪氨酸的总和占多肽的重量百分比为10-90%; 或，所述多肽为聚天门冬氨酸，聚谷氨酸、聚硫酸化的丝氨酸/酪氨酸。
6.如权利要求1、2、3或4所述的纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料，其特征在于，所述水凝胶材料中添加有质量百分比为0. 0001-5%的促进成骨细胞繁殖的小分子化合物。
7.—种牙种植体，包括钛合金基，其特征在于，所述钛合金基上设置有权利要求1至6 之一所述的纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料，其制备方法中，步骤(1)不变，步骤(2)制备水凝胶底物的过程包括将混合物喷涂到钛合金基上，室温下快速干燥后再置于90°C至 100°C热处理5至15分钟，所制得的水凝胶是一层连续或不连续的薄膜，所述不连续的薄膜的不连续部分的宽度为lum-3mm，该过程中的其它内容不变；步骤( 至步骤( 不变。
8.一种牙种植体，包括钛合金基，其特征在于，所述钛合金基上设置有权利要求1至6 之一所述的纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料；其制备方法中，步骤(1)不变，步骤(2)制备水凝胶底物的过程包括用化学方法处理钛合金基表面，然后将混合物在_8°C至-10°C下冷冻到钛合金基上，在-10°C至_60°C下冷冻真空升华干燥6-8小时，所制得的水凝胶的厚度为0. Olmm至5mm，该过程中的其它内容不变；步骤(3)至步骤(5)不变。
9.一种补钙营养品，其特征在于，所述营养品主要含有权利要求1至6之一所述的纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料。
10.一种骨科或齿科生物填充/支架材料，其特征在于，所述材料主要含有权利要求1 至6之一所述的纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料。
全文摘要
本发明属于生物医药领域，具体涉及一种用作骨头或牙齿的修复及植入材料的羟基磷酸钙/水凝胶材料。本发明为解决现有技术中的牙植入体与牙骨间没有形成很强的结合界面等牙或骨修复中存在的问题，提供一种纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料，其特点是，用多肽对所述水凝胶表面进行改性，并通过仿生矿物化过程将羟基磷酸钙沉积在水凝胶上。该纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料为在宏观形态与微观结构方面都与人体自身材料高度相近或一致的骨科与牙科材料，生物相容性较强。这些材料可用于牙齿或骨头的修复材料，填充材料，生物支架材料。
文档编号A23L1/29GK102188754SQ20111010471
公开日2011年9月21日 申请日期2011年4月26日 优先权日2011年4月26日
发明者戴立军 申请人:戴立军