專利名稱：一種聚合物/無機(jī)粒子復(fù)合骨修復(fù)多孔支架的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚合物/無機(jī)粒子復(fù)合骨修復(fù)多孔支架的制備方法，具體說涉及
無機(jī)粒子涂覆的石蠟球為致孔劑制備聚合物/無機(jī)粒子復(fù)合多孔支架的制備方法。
背景技術(shù)：
骨損傷和骨缺損是目前常見的疾病，傳統(tǒng)的治療方法是進(jìn)行自體或異體骨移植進(jìn)行骨組織修復(fù)。自體骨移植修復(fù)效果好，但是存在供體不足、二次手術(shù)以及供體位置并發(fā)癥的缺點，異體骨移植存在免疫原性的缺點并且有疾病傳播的危險。組織工程和再生醫(yī)學(xué)的技術(shù)和方法，能通過成骨細(xì)胞的生長或干細(xì)胞的誘導(dǎo)分化生長成活體骨組織，并用于骨的修復(fù)和再生，從而有望促進(jìn)骨缺損的修復(fù)。其中，骨修復(fù)支架在骨再生中起著十分重要的作用。 聚合物材料具有良好的加工性能以及可控的降解性能，但是缺乏細(xì)胞活性位點，難以促進(jìn)造骨細(xì)胞的正?；钚缘谋磉_(dá)。而生物活性無機(jī)材料如羥基磷灰石等具有良好的生物活性，因此通過生物活性無機(jī)材料與聚合物的復(fù)合可以將兩者的優(yōu)勢結(jié)合起來，賦予支架良好的加工性能、降解性能和生物活性。 聚合物/無機(jī)粒子復(fù)合支架通常是將無機(jī)粒子分散在聚合物溶液中，然后通過熱致相分離或者粒子析出的方法制備。這些方法制備的支架中，無機(jī)粒子分布在聚合物基體中，因此限制了細(xì)胞與生物活性無機(jī)粒子的相互作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種能有效提高聚合物的生物活性，促進(jìn)成骨細(xì)胞增值和分化的聚合物/無機(jī)粒子復(fù)合骨修復(fù)多孔支架的制備方法。
聚合物/無機(jī)粒子復(fù)合骨修復(fù)多孔支架的制備方法，包括以下步驟
(1)將無機(jī)粒子加入到去離子水中，配制濃度為10 50mg/ml的無機(jī)粒子懸浮液，超聲分散后，加熱到65 80°C ; (2)將固體石蠟加熱，得到熔融的石蠟液體； (3)將熔融的石蠟液體加入到無機(jī)粒子懸浮液中，石蠟液體與無機(jī)粒子懸浮液體積比為20 30%，攪拌得到皮克林(picketing)乳液，冷卻至室溫，過濾后用去離子水洗滌、凍干，得到表面涂覆無機(jī)粒子的石蠟微球； (4)將聚合物溶解于二氧六環(huán)或二甲基亞砜中，配制濃度0. 05 0. 5g/ml的聚合
物溶液，室溫下，將步驟(3)得到的石蠟微球與聚合物溶液，按照0.5 3g石蠟球/ml聚合
物溶液的比例均勻混合，置入模具中，然后降低溫度至-80 _20°C，使聚合物溶液發(fā)生相
分離，冷凍干燥，脫模，得到表面涂覆無機(jī)粒子的石蠟微球與聚合物的混合物； (5)將步驟(4)得到的石蠟微球與聚合物的混合物置于正己烷中洗滌，除去石蠟，
真空干燥，得到孔表面涂覆無機(jī)粒子的聚合物多孔支架。 本發(fā)明中所說的聚合物可以是聚乳酸、聚乙醇酸、聚己內(nèi)酯、聚羥基丁酸酯、聚氨酯以及上述聚合物的混合物或它們之間的共聚物。 所說的無機(jī)粒子是羥基磷灰石、磷酸鈣、硅酸鈣、生物活性玻璃粒子以及鍶元素?fù)?br> 雜的上述無機(jī)粒子中的一種。 本發(fā)明的有益效果在于 本發(fā)明以無機(jī)粒子涂覆的石蠟微球作為致孔劑，制備的聚合物/無機(jī)粒子復(fù)合多 孔支架具有高的孔隙率以及孔連通性，其內(nèi)部孔壁為無機(jī)粒子覆蓋，克服了聚合物/無機(jī) 粒子復(fù)合多孔支架傳統(tǒng)制備方法中將聚合物溶液與無機(jī)粒子預(yù)先混合引起的無機(jī)粒子被 聚合物包覆的缺點，從而增加了成骨細(xì)胞和無機(jī)粒子接觸的機(jī)會，可以有效提高聚合物支 架的生物活性，促進(jìn)成骨細(xì)胞的增值和分化。因此，該復(fù)合多孔支架具有很強(qiáng)的修復(fù)組織缺 損的應(yīng)用價值。本發(fā)明制備方法簡單、材料來源廣泛、生產(chǎn)效率高。


圖1為合成的羥基磷灰石顆粒的掃描電鏡照片；
圖2為羥基磷灰石涂覆的石蠟微球的掃描電鏡照片； 圖3 (a)為表面涂覆羥基磷灰石粒子的PLGA復(fù)合多孔支架截面的掃描電鏡照片；
圖3 (b)為表面涂覆羥基磷灰石粒子的PLGA復(fù)合多孔支架大孔孔壁的掃描電鏡照 片； 圖4 (a)為表面涂覆羥基磷灰石粒子的PLGA復(fù)合多孔支架在模擬體液中浸泡4天 的支架截面掃描電鏡照片； 圖4 (b)為表面涂覆羥基磷灰石粒子的PLGA復(fù)合多孔支架在模擬體液中浸泡4天 的支架大孔孔壁掃描電鏡照片； 圖5為成骨細(xì)胞在表面涂覆羥基磷灰石粒子的PLGA復(fù)合多孔支架中的分布及形 態(tài)激光共聚焦顯微鏡照片； 圖6為成骨細(xì)胞在表面涂覆羥基磷灰石粒子的PLGA復(fù)合多孔支架中的分布及形 態(tài)的掃描電鏡照片。
具體實施例方式
以下結(jié)合實例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但這些實例并不用來限制本發(fā)明。
實例1 : (1)將硝酸f丐和磷酸氫二銨分別溶解在水中，配制400ml濃度為0. 3mol/L的磷酸 氫二銨水溶液和濃度為0. 5mol/L的硝酸鈣水溶液；將磷酸氫二銨的水溶液逐滴加入到硝 酸鈣水溶液中，磁力攪拌，調(diào)節(jié)pH值為10，在6(TC水浴中反應(yīng)2小時，再陳化24小時；用去 離子水反復(fù)洗滌，冷凍干燥，得到羥基磷灰石納米粒子，如圖l所示。由圖可看出來，羥基磷 灰石納米粒子為針狀，長約300納米。 (2)將羥基磷灰石粒子加入到去離子水中，配制濃度為30mg/ml的懸浮液，超聲分 散，加熱到70°C ;將固體石蠟加熱，得到熔融的石蠟液體； (3)將30ml熔融的石蠟液體加入到100ml羥基磷灰石粒子懸浮液中，攪拌得到 Pickering乳液，冷卻至室溫，過濾后用去離子水洗滌、凍干，得到表面涂覆羥基磷灰石粒 子的石蠟微球，采用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)篩對羥基磷灰石粒子涂覆的石蠟微球進(jìn)行分級，獲得粒徑
4450 600iim的微球，如圖2所示。 (4)室溫下，將步驟(3)得到的石蠟微球與濃度0. lg/ml的聚乳酸_乙醇酸共聚物 (PLGA)的二氧六環(huán)溶液混合，置入模具中，石蠟球的用量為1.3g每毫升PLGA溶液，將上述 混合物在_201:下冷凍，使聚合物溶液發(fā)生相分離，冷凍干燥6小時去除二氧六環(huán)，脫模，得 到表面涂覆羥基磷灰石粒子的石蠟微球與PLGA的混合物； (5)將步驟(4)得到的石蠟微球與PLGA的混合物置于正己烷中洗滌，除去石蠟，真 空干燥，得到孔表面涂覆羥基磷灰石粒子的PLGA復(fù)合多孔支架。如圖3(a)所示，多孔支架 具有450-600 ii m的大孔，并且大孔具有良好的連通性。復(fù)合支架大孔表面為羥基磷灰石粒 子覆蓋，如圖3(b)所示。 將制備的表面涂覆羥基磷灰石粒子的PLGA復(fù)合多孔支架浸入到1. 5倍的模擬體 液中，放入37t:恒溫水槽。圖4(a)和(b)分別為表面涂覆羥基磷灰石粒子的PLGA復(fù)合多 孔支架在1. 5倍的模擬體液中浸泡4天的支架截面和打孔孔壁的掃描電鏡照片。由圖4 (a) 和(b)可見，表面涂覆羥基磷灰石粒子的PLGA復(fù)合多孔支架具有良好的生物活性。將制備 的表面涂覆羥基磷灰石粒子的PLGA復(fù)合多孔支架放到24孔培養(yǎng)板中，加入培養(yǎng)液，在培養(yǎng) 箱中進(jìn)行體外培養(yǎng)。細(xì)胞培養(yǎng)一周后的形態(tài)采用激光共聚焦顯微鏡和掃描電鏡進(jìn)行觀測， 結(jié)果分別見圖5和圖6，由圖可見，成骨細(xì)胞在表面涂覆羥基磷灰石粒子的PLGA復(fù)合多孔支
架上形態(tài)鋪展，有望促進(jìn)骨缺損的修復(fù)。
實例2 : (1)將硝酸鈣和硅酸鈉分別溶解在水中，配制400ml濃度為0. 5mol/L的硅酸鈉水 溶液和濃度為0. 5mol/L的硝酸鈣水溶液；將硅酸鈉的水溶液逐滴加入到硝酸鈣水溶液中， 磁力攪拌，調(diào)節(jié)pH值為IO，在6(TC水浴中反應(yīng)2小時，再陳化24小時；用去離子水反復(fù)洗 滌，冷凍干燥，得到硅酸鈣粒子； (2)將硅酸鈣粒子加入到去離子水中，配制濃度為40mg/ml的懸浮液，超聲分散， 加熱到70°C ;將固體石蠟加熱，得到熔融的石蠟液體； (3)將20ml熔融的石蠟液體加入到100ml硅酸鈣粒子懸浮液中，攪拌得到 Pickering乳液，冷卻至室溫，過濾后用去離子水洗滌、凍干，得到表面涂覆硅酸鈣粒子的石 蠟微球； (4)室溫下，將步驟(3)得到的石蠟微球與濃度0. lg/ml的聚乳酸_乙醇酸共聚物 (PLGA)的二氧六環(huán)溶液混合，置入模具中，石蠟球的用量為1.3g每毫升PLGA溶液，將上述 混合物在_201:下冷凍，使聚合物溶液發(fā)生相分離，冷凍干燥6小時去除二氧六環(huán)，脫模，得 到表面涂覆硅酸鈣的石蠟微球與PLGA的混合物； (5)將步驟(4)得到的石蠟微球與PLGA的混合物置于正己烷中洗滌，除去石蠟，真 空干燥，得到孔表面涂覆硅酸鈣的PLGA多孔支架。
實例3 : (1)同實例1中的步驟(1)，但將0. 5mol/L硝酸鈣的水溶液變成0. 45mol/L的硝 酸牽丐與0. 05mol/L的硝酸鍶的混合水溶液，制備得到鍶摻雜羥基磷灰石粒子。
(2)將鍶摻雜羥基磷灰石粒子加入到去離子水中，配制濃度為40mg/ml的懸浮液， 超聲分散，加熱到70°C ;將固體石蠟加熱，得到熔融的石蠟液體； (3)將20ml熔融的石蠟液體加入到100ml鍶摻雜羥基磷灰石粒子懸浮液中，攪拌得到Pickering乳液，冷卻至室溫，過濾后用去離子水洗滌、凍干，得到表面涂覆鍶摻雜羥 基磷灰石粒子的石蠟微球； (4)室溫下，將步驟(3)得到的石蠟微球與濃度0. 5g/ml的聚乳酸(PLLA)的二氧 六環(huán)溶液混合，置入模具中，石蠟球的用量為3g每毫升PLLA溶液，將上述混合物在-8(TC下 冷凍，使聚合物溶液發(fā)生相分離，冷凍干燥6小時去除二氧六環(huán)，脫模，得到表面涂覆鍶摻 雜羥基磷灰石的石蠟微球與PLLA的混合物； (5)將步驟(4)得到的石蠟微球與PLLA的混合物置于正己烷中洗滌，除去石蠟，真 空干燥，得到表面涂覆鍶摻雜羥基磷灰石的PLLA多孔支架。
實例4 : 步驟同實例1的步驟，但采用的是聚己內(nèi)酯的二氧六環(huán)溶液，得聚己內(nèi)酯/羥基磷
灰石復(fù)合多孔支架。
實例5 : 步驟同實例1的步驟，但采用的是聚氨酯的二甲基亞砜溶液，得聚氨酯/羥基磷灰 石復(fù)合多孔支架。
權(quán)利要求
一種聚合物/無機(jī)粒子復(fù)合骨修復(fù)多孔支架的制備方法，其步驟如下(1)將無機(jī)粒子加入到去離子水中，配制濃度為10～50mg/ml的無機(jī)粒子懸浮液，超聲分散后，加熱到65～80℃；(2)將固體石蠟加熱，得到熔融的石蠟液體；(3)將熔融的石蠟液體加入到無機(jī)粒子懸浮液中，石蠟液體與無機(jī)粒子懸浮液體積比為20～30％，攪拌得到皮克林乳液，冷卻至室溫，過濾后用去離子水洗滌、凍干，得到表面涂覆無機(jī)粒子的石蠟微球；(4)將聚合物溶解于二氧六環(huán)或二甲基亞砜中，配制濃度0.05～0.5g/ml的聚合物溶液，室溫下，將步驟(3)得到的石蠟微球與聚合物溶液，按照0.5～3g石蠟球/ml聚合物溶液的比例均勻混合，置入模具中，然后降低溫度至-80～-20℃，使聚合物溶液發(fā)生相分離，冷凍干燥，脫模，得到表面涂覆無機(jī)粒子的石蠟微球與聚合物的混合物；(5)將步驟(4)得到的石蠟微球與聚合物的混合物置于正己烷中洗滌，除去石蠟，真空干燥，得到孔表面涂覆無機(jī)粒子的聚合物多孔支架。
2. 按權(quán)利要求1所述的聚合物/無機(jī)粒子復(fù)合骨修復(fù)多孔支架的制備方法，其特征在 于所說的聚合物是聚乳酸、聚乙醇酸、聚己內(nèi)酯、聚羥基丁酸酯、聚氨酯以及上述聚合物的 混合物或它們之間的共聚物。
3. 按權(quán)利要求1所述的聚合物/無機(jī)粒子復(fù)合骨修復(fù)多孔支架的制備方法，其特征在 于所說的無機(jī)粒子是羥基磷灰石、磷酸鈣、硅酸鈣、生物活性玻璃粒子以及鍶元素?fù)诫s的上 述無機(jī)粒子中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚合物/無機(jī)粒子復(fù)合骨修復(fù)多孔支架的制備方法。其過程是將無機(jī)粒子加入到去離子水中，配制無機(jī)粒子的懸浮液；在懸浮液中加入熔融的石蠟，攪拌后得到皮克林(pickering)乳液；將乳液冷卻到室溫，過濾后得到表面涂覆無機(jī)粒子的石蠟微球；將該石蠟微球與聚合物溶液混合，降低溫度，使聚合物溶液發(fā)生相分離，冷凍干燥，再用正己烷洗滌除去石蠟微球，干燥，最終得到聚合物/無機(jī)粒子復(fù)合骨修復(fù)多孔支架。本發(fā)明制備的聚合物/無機(jī)粒子復(fù)合多孔支架具有高的孔隙率以及孔連通性，無機(jī)粒子分布在多孔支架孔表面，具有較好的生物活性，該支架滿足骨組織工程支架材料對孔隙及孔徑結(jié)構(gòu)的要求，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號A61L27/44GK101791437SQ201010125470
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者仝維鋆, 李丹, 王瑋, 高長有 申請人:浙江大學(xué)