专利名称：可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及ー种可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料及其制备方法和应用。
背景技术：
传统的骨缺损修复材料如羟基磷灰石、磷酸三钙等无机生物陶瓷能够诱导周围骨组织生长，并与自体骨形成牢固的化学键合，具有良好的骨传导性，对骨形态发生蛋白具有较强的亲和性，无毒副作用，因此被广泛应用于硬组织修复材料。但是，生物陶瓷的力学性能并不十分完美，尽管其抗压强度比较高，但其脆性限制了其应用。针对上述无机生物陶瓷的不足之处，学者将有机物引入到骨修复材料中，利用有机物伸展性好的特点，将有机物与无机生物陶瓷复合，弥补单一材料的缺陷。目前，国内外主要通过简单的物理共混将两者复合，如有丝素蛋白溶液加入氯化钙和磷酸氢铵，在丝素蛋白溶液中直接合成羟基磷灰 石，随后冷冻干燥，得到支架材料。虽然这类方法在一定程度上能够解决単一材料的力学性能不足问题，而且另一方面可以调节材料的细胞相容性，但是，由于形成的羟基磷灰石属于纳米结构，容易产生团聚现象，造成复合支架的无机相分布不均，直接影响复合支架材料的各种性能。此外，两种或多种材料的复合，构成每种相的物质因其结构性能不同，在其相界面处表现出不同的特性。而无机-有机复合材料中的界面性质，将直接影响到复合材料的性能。两相或多相间的结合，即界面作用，现有技术主要应用氢键、静电作用和范德华力等将两相结合在一起。但简单的物理共混并不能从本质上对复合材料的性能有所提升，而且现有技术是在体外将支架材料塑形后植入体内，不能完全和体内缺损部位吻合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供ー种可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料及其制备方法和应用。本发明提供ー种可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料，其包括低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石与丝素蛋白脱水化合物和京尼平，其中，所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石中锶的摩尔含量低于10%。本发明还提供ー种可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料的制备方法，其包括如下步骤获得低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石，其中，所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石中锶的摩尔含量低于10% ；将所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石与质量浓度为1% 10%的丝素蛋白溶液混合，加热至30°C 70°C，反应I 4h，获得混合物，其中，所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石与丝素蛋白的质量比为1:9 9 :1 ;将所述混合物与质量浓度为1% 15%的京尼平水溶液混合，获得所述可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料。以及，提供上述可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料在组织工程和药物传递中的应用。本发明提供的ー种可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料，其根据仿生原理，在保证力学強度的同时，促进人体自身成骨细胞生长，达到自愈目的。进一歩，该制备方法简单，条件温和，具有广阔的应用前景。该可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料能够根据缺损部位形状直接固化，与缺损部位接合紧密，避免松动，在组织工程和药物传递中具有很大的应用价值。
图1是本发明实施例的可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料制备流程和应用。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进ー步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例提供ー种可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料，其包括低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石与丝素蛋白脱水化合物和京尼平，其中，所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石中锶的摩尔含量低于10%。进ー步地，作为本发明优选实施例，在该可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料还含有治疗药物。治疗药物的用量与药物的选择和疾病的用量有关，其通过材料在体内的缓慢降解，将药物缓慢释放到人体中，直接作用于病损部位。上述各实施例中，低聚乳酸接枝的掺锶羟基磷灰石优选为纳米级掺锶羟基磷灰石。锶取代部分钙形成的Sr- HA (掺锶羟基磷灰石)，比传统的HA (羟基磷灰石)有更好的生物学性能和更好的骨缺损修复能力，锶含量低于10%的Sr-HA具有很好的组织相容性、骨引导能力及生物降解率，可获得较满意的骨缺损修复效果。但是，HA颗粒表面亲水而憎油，这与聚合物基质的特性恰恰相反，这种差异引起HA颗粒与聚合物的界面相容性差、结合界面不稳定、颗粒分散均匀性差且易团聚，而且界面结合状态与颗粒分散的均匀度恰恰是决定复合材料性能的最重要的因素之一。因此，对HA颗粒表面进行有机化改性，改善其余有机聚合物基材的界面相容性是提高复合材料使用性能的关键。低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石不仅可以改善材料的骨结合能力，而且表现出良好的生物相容性。进一歩，对掺锶羟基磷灰石的改性，接枝上有机官能团后，可以提高无机相与有机相之间的界面接合。丝素蛋白系由富含天冬氨酸的P -折叠片层结构组成的酸性蛋白，其层侧面伸展出的-COOH是天然的磷灰石矿化模板，这种结构为仿生合成和自组装制备新型生物材料提供了可能。京尼平是ー种天然交联剂，细胞毒性低。相应地，本发明实施例还提供ー种可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料的制备方法，其包括如下步骤SOl :获得低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石，其中，所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石中锶的摩尔含量低于10% ；
S02 :将所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石与质量浓度为1% 10%的丝素蛋白溶液混合，加热至30°C 70°C，反应I 4h，获得混合物，其中，所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石与丝素蛋白的质量比为1:9 9 :1 ;S03 :将所述混合物与质量浓度为1% 15%的京尼平水溶液混合，获得所述可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料。步骤SOl中，所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石的掺锶羟基磷灰石为纳米级掺锶羟基磷灰石。所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石的制备优选选用乳酸在甲苯共沸脱水条件下得到端羧基低聚乳酸，然后继续在甲苯共沸脱水条件下与羟基磷灰石纳米粒子反应，得到表面接枝低聚乳酸的羟基磷灰石纳米颗粒。例如，具体地，将200mL L-乳酸与300mL甲苯混合，将混合物缓慢加热到160°C恒温反应72h，反应中生成的水通过甲苯共沸除去，所得反应物用氯仿溶解，在冷こ醇中沉降出来，经过60°C真空干燥24h得到端羧基低聚乳酸，整个反应过程不添加任何催化剂。将30g端羧基低聚乳酸溶解在200mL甲苯中，将30g Sr-HA纳米粒子分散在溶液中，将悬浮液加热到150°C恒温反应10h，反应生成的水通过甲苯共沸除去。将产物离心分离，用氯仿超声洗涤5次后于60°C真空干燥24h，得到表面接枝低聚乳酸的Sr-HA纳米粒子。掺锶羟基磷灰石的制备方法可以采用现有技术中任何ー种，例如，共沉淀法、溶胶凝胶法或水热法。具体地，可采用以氯化钙/氯化锶和磷酸氢ニ铵为生成羟基磷灰石/掺锶羟基磷灰石的原料,于不同温度下反应，氨水和盐酸调控反应液的pH值7 10，反应2 3小时后，陈化12个小时后过滤干燥得掺锶羟基磷灰石。其中，按质量比计，Sr和Ca的摩尔比为大于0小于等于1/9。步骤S02中，所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石与质量浓度为1% 10%的丝素蛋白溶液混合，加热至30°C 70°C，反应I 4h，获得混合物。聚乳酸中的羧基容易与丝素蛋白中的氨基发生反应，生成稳定的肽键，如下方程所示
OH- H7O9 ^
R—C——OH + H-N-R1R—c N—R'所述丝素蛋白的制备可以采取如下方法用lg/L 10g/L Na2CO3水溶液处理家蚕苗丝I 5次，姆次15min 60min,温度80 11CTC,浴比1:50 1:150。然后将生丝置于lg/L 10g/L的Na2CO3溶液中，浴比1:50 1:150，于98 100°C再处理15min 60min。用蒸馏水充分洗浄，自然干燥，得到纯丝素纤维。用CaCl2 = CH3CH2OH:H2O(摩尔比为1:2:1 2:4:5)三元溶剂溶解，溶液与生丝质量比5/1 10/1，于70°C 80°C下搅拌溶解I 2h得到混合溶液，冷却后得到的溶液注入纤维素透析膜中，在流水中透析I 3d。将透析后的溶液风干浓缩，得到丝素蛋白浓缩水溶液。Na2CO3的浓度非常关键，如果浓度太低，无法完成脱胶或者造成脱胶不完全，直接影响后续实验中丝素蛋白的性能；如果浓度太高，溶液呈碱性，容易影响生成的丝素蛋白性质，可能发生蛋白变性。在所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石与丝素蛋白溶液混合时，可再加入ー些药物，如四环素等，在其注射到体内后，随着材料自身的降解，药物得到释放，可以起到治疗骨髓炎等病症。步骤S03中，将所述混合物与质量浓度为1% 15%的京尼平水溶液混合，获得所述可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料。京尼平与丝素蛋白的质量比例为1:100 1:10。在加入交联剂前，整个复合材料呈现流动性，加入交联剂后，在一定时间后，材料才会发生固化，形成水凝胶，可以利用这段时间差，将其加入到注射器中，直接注射到体内，根据缺损部位形状固化成型。不同的京尼平加入量决定了复合材料的自固化时间，例如，向50mL质量分数为3%的丝素蛋白溶液加入0. 03g/mL的京尼平溶液5mL，在反应开始了 12小时后，交联度可以达到60%。优选地，京尼平水溶液的质量浓度为5% 10%。本发明通过对掺锶羟基磷灰石进行改性，接枝有机官能团和与有机物发生反应，生成化学键，解决无机/有机相之间的界面相容性问题。同时，制备方法简单可行，生产成本低，不用添加催化剂。本发明还提供上述可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料在组织工程和药物传递中的应用，图1示出该可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料制备流程和应用。如图1所示，本发明实施例提供的可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料是将材料直接注射到体内骨缺损部位，根据缺损部位形状直接固化，与缺损部位接合紧密，避免松动，影响修复效果。以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。实施例1 :以氯化钙和氯化锶和磷酸氢ニ铵为生成掺锶羟基磷灰石，氯化钙和氯化锶的摩尔比为12 :1，用氨水和盐酸调控反应液的pH值7 10，反应2 3小时后，陈化12个小时，过滤干燥得掺锶羟基磷灰石。 将200mL L-乳酸与300mL甲苯混合，缓慢加热到160°C恒温反应72h，反应中生成的水通过甲苯共沸除去，所得反应物用氯仿溶解，在冷こ醇中沉降出来，经过60°C真空干燥24h得到端羧基低聚乳酸，整个反应过程不添加任何催化剂。将30g端羧基低聚乳酸溶解在200mL甲苯中，将30g掺锶羟基磷灰石纳米粒子分散在溶液中，将悬浮液加热到150°C恒温反应10h，反应生成的水通过甲苯共沸除去.将产物离心分离，用氯仿超声洗涤5次后于60°C真空干燥24h，得到表面接枝低聚乳酸的掺锶羟基磷灰石纳米粒子。用5g/L Na2CO3水溶液处理家蚕茧丝5次，每次45min，温度100°C，浴比1:100。然后将生丝置于5g/L的Na2CO3溶液中，浴比1:100，于100で再处理301^11。用蒸馏水充分洗净，自然干燥，得到纯丝素纤维。用CaCl2:CH3CH2QH:H2O(摩尔比为1:2:1)三元溶剂溶解，溶液与生丝质量比8/1，于78°C下搅拌溶解2h得到混合溶液，冷却后得到的溶液注入纤维素透析膜中，在流水中透析3d。将透析后的溶液风干浓缩，得到丝素蛋白浓缩水溶液。将改性后的掺锶羟基磷灰石按照比例(掺锶羟基磷灰石丝素蛋白质量比为5:1)加入质量浓度为5%的丝素蛋白溶液中，加热到50°C，反应3小时；向反应好的掺锶羟基磷灰石-丝素蛋白溶液加入质量浓度为10%的天然交联剂京尼平溶液，注入到缺损部位，形成具有一定力学強度的水凝胶。实施例2 将低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石，其中Sr的摩尔百分数为9%，加入质量浓度为1%的丝素蛋白溶液中，加热到70°C，反应I小时，得混合物，其中，所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石与丝素蛋白的摩尔比为1:9 ;向所述混合物中加入质量浓度为15%的天然交联剂京尼平溶液(京尼平与丝素蛋白的质量比例为1:100)，注入到缺损部位，形成具有一定力学强度的水凝胶。实施例3 将低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石，其中Sr的摩尔百分数为1%，加入质量浓度为10%的丝素蛋白溶液中，加热到30°C，反应4小时，得混合物，其中，所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石与丝素蛋白的摩尔比为9 :1 ;向所述混合物中加入质量浓度为1%的天然交联剂京尼平溶液(京尼平与丝素蛋白的质量比例为1:10)，注入到缺损部位，形成具有一定力学強度的水凝胶。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任 何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料，其特征在于，包括低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石与丝素蛋白脱水化合物和京尼平，其中，所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石中锶的摩尔含量低于10%。
2.根据权利要求1所述的可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料的制备方法，其特征在于，还包括治疗药物。
3.根据权利要求1或2所述的可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料的制备方法，其特征在于，所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石的掺锶羟基磷灰石为纳米级掺锶羟基磷灰石。
4.一种可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 获得低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石，其中，所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石中锶的摩尔含量低于10% ； 将所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石与质量浓度为1% 10%的丝素蛋白溶液混合，力口热至30°C 70°C，反应I 4h，获得混合物，其中，所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石与丝素蛋白的质量比为1:9 9 :1 ; 将所述混合物与质量浓度为1% 15%的京尼平水溶液混合，获得所述可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料。
5.根据权利要求4所述的可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料的制备方法，其特征在于，还包括在将所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石与质量浓度为1% 10%的丝素蛋白溶液混合的过程中再加入治疗药物的步骤。
6.根据权利要求4所述的可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料的制备方法，其特征在于，所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石选用乳酸在甲苯共沸脱水条件下得到端羧基低聚乳酸，然后继续在甲苯共沸脱水条件下与羟基磷灰石反应，获得低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰O
7.根据权利要求6所述的可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料的制备方法，其特征在于，所述掺锶羟基磷灰石采用共沉淀方法制备。
8.根据权利要求6所述的可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料的制备方法，其特征在于，所述掺锶羟基磷灰石为纳米级别的掺锶羟基磷灰石。
9.根据权利要求4所述的可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料的制备方法，其特征在于，所述丝素蛋白浓缩水溶液的制备方法为用lg/L 10g/LNa2C03水溶液处理家蚕茧丝I 5次，每次15min 60min，温度80 110°C，浴比1:50 1:150，然后将其置于lg/L 10g/L的Na2CO3溶液中，浴比1:50 1:150,于98 10CTC再处理15min 60min。用蒸懼水充分洗净，自然干燥，得到纯丝素纤维；用CaCl2:CH3CH20H:H20(摩尔比为1:2:1 2:4:5)三元溶剂溶解，溶液与所述纯丝素纤维质量比5/1 10/1，于70°C 80°C下搅拌溶解I 2h得到混合溶液，冷却后注入纤维素透析膜中，在流水中透析I 3d。将透析后的溶液风干浓缩，获得所述丝素蛋白浓缩水溶液。
10.根据权利要求1 3任一项所述的可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料在组织工程和药物传递中的应用。
全文摘要
本发明提供一种可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料，其包括低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石与丝素蛋白脱水化合物和京尼平，其中，所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石中锶的摩尔含量低于10%。本发明还提供其制备方法，包括如下步骤获得低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石，其中，所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石中锶的摩尔含量低于10%；将所述低聚乳酸接枝掺锶羟基磷灰石与质量浓度为1%～10%的丝素蛋白溶液混合，加热至30℃～70℃，反应1～4h，获得混合物；将所述混合物与质量浓度为1%～15%的京尼平水溶液混合，获得所述可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料。以及，提供上述可注射丝素蛋白骨修复填充缓释材料在组织工程和药物传递中的应用。
文档编号A61L27/54GK103041447SQ201210544070
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者王践云, 潘浩波 申请人:深圳先进技术研究院