一種修復骨缺損的生物複合支架及其製備方法
2023-09-17 22:24:40
專利名稱：一種修復骨缺損的生物複合支架及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種生物複合支架及其製備方法，尤其涉及一種絲素蛋白/納米羥基 磷灰石複合支架及其製備方法，屬於生物醫用材料領域。
背景技術：
由於創傷、腫瘤、先天性畸形、感染、病理等因素造成的骨組織缺損是臨床面臨的 難題之一。目前，臨床所用的骨修復材料各有利弊，不能達到理想的要求。研製具有生物相 容性、可降解的三維多孔支架材料是解決這一問題的關鍵問題。羥基磷灰石(hydroxyapatite，HA)是天然骨組織的主要無機質成分，具有良好的 生物相容性，已廣泛應用於各類骨缺損的修復。但由微米級羥基磷灰石粉體製備的材料，質 脆強度低，生物機械性能較差，植入後不能被新骨完全替代，在局部形成佔位。前期研究表 明通過控制試驗條件可以得到不同形態的羥基磷灰石顆粒，其顆粒尺寸及形態對其生物相 容性有較大影響。但這距離結構功能一體化的組織工程骨相差很遠，還存在某些不可克服 的缺點，如缺少連通的、均勻的孔結構，不利於骨組織的生長；其降解速度與天然骨組織生 長替代速度不協調；力學強度與天然骨組織的力學性能不匹配等；而且純的羥基磷灰石只 具有骨傳導作用，不具有骨誘導活性。因此將納米級羥基磷灰石與具有骨誘導活性的有機 大分子複合構建與天然骨類似的複合骨替代支架材料己成為當前的研究趨勢。桑蠶絲蛋白來源豐富，除了用於傳統的紡織原料外，由於其優越的力學性能和相 對良好的生物體適應性，人們嘗試多種方法，將其製備成不同的結構和複合材料，運用於骨 組織工程。蠶絲主要由絲膠和絲素(silk fibroin, SF)兩種蛋白構成。作為植入材料，絲 膠的致敏性限制了其運用範圍。相反，絲素蛋白卻具有良好的生物相容性，對水和氧氣具有 良好的通透性。近年來，以其為基質材料的各種細胞生長支架材料的研究應運而生，成為組 織工程學的一個熱門研究領域。David L.Kaplan帶領的小組研究了 RGD、PTHjnmPTH*# 修飾絲素蛋白及其誘導骨形成作用，發現造骨細胞可在絲素蛋白上粘附、增殖；通過冷凍幹 燥、粒子浙濾和氣體發泡法分別製備了三維多孔絲素支架，考察了製備方法及條件對支架 形態和功能的影響；探索了一種新的全水工藝法製備絲素支架，研究了該支架負載BMP-2 後的體內外成骨能力；在此基礎上研究了羥基磷灰石在絲素支架的沉積。Li Wang等人通 過溼法_機械化學合成路線製備出SF/HA納米溶膠，研究了化學修飾對SF/HA複合凝膠微 觀結構及凝膠行為的影響。四川大學的趙勇、王江等人採用仿生礦化法構建三維多孔絲素 蛋白/羥基磷灰石複合支架，並對其進行體外蛋白酶降解和成骨細胞培養。上述支架材料 具有連通的三維多孔結構，顯示出良好的生物相容性並能促進成骨細胞的生長和分化，因 而有望成為新型有機/無機複合生物材料。但對於SF/HA複合支架的製備及其相關體內外 實驗仍處於起步階段，缺少系統的研究。
發明內容
針對上述現有技術，本發明提供了一種修復骨缺損的生物複合支架及其製備方
3法。本發明是通過以下技術方案實現的—種修復骨缺損的生物複合支架是由納米羥基磷灰石和絲素蛋白製成的，其中， 納米羥基磷灰石與絲素蛋白的質量比為90 10 60 40，複合支架呈多孔狀，孔隙率 70% 95%，孔徑尺寸100 600 μ m，以圓形為主，孔徑間相互貫通。所述的修復骨缺損的生物複合支架的製備方法，包括以下步驟(1)將桑蠶絲置於0. 02mol/L碳酸鈉溶液中處理煮沸30 90min，然後用去離子 水洗滌、乾燥，除去對人體組織有致敏反應的絲膠蛋白；(2)將上述脫膠處理後的絲素蛋白溶於9. 3mol/L LiBr溶液中室溫下進行透析處 理，獲得絲素蛋白水溶液；(3)按照羥基磷灰石與絲素蛋白質量比為90 10 60 40，分別計算出所需 Ca(NO3)2及(NH4)2HPO4的質量；稱取所需質量的Ca(NO3)2，將其加入上述絲素蛋白水溶液混 合得到SF-Ca(NO3)2溶液；(4)稱取相應質量的(NH4)2HPO4,配製成濃度為2mol/L的水溶液；在不斷攪拌條件 下將其逐滴加入上述SF-Ca (NO3) 2混合溶液中，在此過程中添加氨水調節pH值，使其保持在 9 10 ；(5)將上述所得沉澱洗滌至中性，過濾得到SF/納米HA複合溶膠；將不同粒度(粒 徑150 250 μ m)的NaCl顆粒加入到上述複合溶膠中，攪拌，注模，將其密封並於室溫靜置 2 8h ；脫模，並將其置於甲醇中10 90min以產生不溶於水的β -摺疊結構；(6)將所得複合材料室溫下置於去離子水中浸泡24h，浙濾NaCl顆 粒；-10 -80°c冷凍乾燥10 24h，即得到SF/HA複合支架。本發明具有如下突出的有益效果本發明以通過脫膠處理的絲素蛋白水溶液為載體，通過共沉澱法製備絲素蛋白/ 納米羥基磷灰石複合溶膠，利用離子浙濾結合冷凍乾燥工藝製備絲素蛋白/納米羥基磷灰 石複合支架，通過調節NaCl粒子的半徑及冷凍參數控制複合支架內孔徑的分布。與現有技 術相比，採用本發明所得支架氣孔率及孔徑分布更易控制，且具有良好的力學性能。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步的說明。實施例1(1)將桑蠶絲置於0. 02mol/L碳酸鈉溶液中處理煮沸30min，然後用去離子水洗 滌、乾燥，除去對人體組織有致敏反應的絲膠蛋白；(2)將上述脫膠處理後的絲素蛋白溶於9. 3mol/LLiBr溶液中室溫下進行透析處 理，獲得絲素蛋白水溶液；(3)按照納米羥基磷灰石與絲素蛋白質量比為70 30，分別計算出所需Ca(NO3)2 及(NH4)2HPO4的質量；稱取所需質量的Ca(NO3)2，將其加入上述絲素蛋白水溶液混合得到 SF-Ca (NO3)2 溶液；(4)稱取相應質量的(NH4) 2ΗΡ04,配製成濃度為2mol/L的水溶液；在不斷攪拌條件 下將其逐滴加入上述SF-Ca (NO3) 2混合溶液中，在此過程中添加氨水調節pH值，使其保持在10 ；(5)將上述所得沉澱洗滌至中性，過濾得到SF/納米HA複合溶膠；將平均粒徑為 150 μ m的NaCl顆粒加入到上述複合溶膠中，攪拌，注模，將其密封並於室溫靜置2h ；脫模， 並將其置於甲醇中30min以產生不溶於水的β-摺疊結構；(6)將所得複合材料室溫下置於去離子水中浸泡24h，浙濾NaCl顆粒；_20°C冷凍 乾燥24h，即得到SF/納米HA複合支架。實施例2(1)將桑蠶絲置於0. 02mol/L碳酸鈉溶液中處理煮沸30min，然後用去離子水洗 滌、乾燥，除去對人體組織有致敏反應的絲膠蛋白；(2)將上述脫膠處理後的絲素蛋白溶於9. 3mol/L LiBr溶液中室溫下進行透析處 理，獲得絲素蛋白水溶液；(3)按照羥基磷灰石與絲素蛋白質量比為80 20，分別計算出所需Ca(NO3)2 及(NH4)2HPO4的質量；稱取所需質量的Ca(NO3)2，將其加入上述絲素蛋白水溶液混合得到 SF-Ca (NO3)2 溶液；(4)稱取相應質量的(NH4) 2ΗΡ04,配製成濃度為2mol/L的水溶液；在不斷攪拌條件 下將其逐滴加入上述SF-Ca (NO3) 2混合溶液中，在此過程中添加氨水調節pH值，使其保持在 10 ；(5)將上述所得沉澱洗滌至中性，過濾得到SF/納米HA複合溶膠；將平均粒徑為 180 μ m的NaCl顆粒加入到上述複合溶膠中，攪拌，注模，將其密封並於室溫靜置2h ；脫模， 並將其置於甲醇中30min以產生不溶於水的β-摺疊結構；(6)將所得複合材料室溫下置於去離子水中浸泡24h，浙濾NaCl顆粒；_20°C冷凍 乾燥24h，即得到SF/納米HA複合支架。實施例3(1)將桑蠶絲置於0. 02mol/L碳酸鈉溶液中處理煮沸30min，然後用去離子水洗 滌、乾燥，除去對人體組織有致敏反應的絲膠蛋白；(2)將上述脫膠處理後的絲素蛋白溶於9. 3mol/L LiBr溶液中室溫下進行透析處 理，獲得絲素蛋白水溶液；(3)按照納米羥基磷灰石與絲素蛋白質量比為60 40，分別計算出所需Ca(NO3)2 及(NH4)2HPO4的質量；稱取所需質量的Ca(NO3)2，將其加入上述絲素蛋白水溶液混合得到 SF-Ca (NO3)2 溶液；(4)稱取相應質量的(NH4) 2ΗΡ04,配製成濃度為2mol/L的水溶液；在不斷攪拌條件 下將其逐滴加入上述SF-Ca (NO3) 2混合溶液中，在此過程中添加氨水調節pH值，使其保持在 10 ；(5)將上述所得沉澱洗滌至中性，過濾得到SF/納米HA複合溶膠；將平均粒徑為 150 μ m的NaCl顆粒加入到上述複合溶膠中，攪拌，注模，將其密封並於室溫靜置2h ；脫模， 並將其置於甲醇中30min以產生不溶於水的β -摺疊結構；(6)將所得複合材料室溫下置於去離子水中浸泡24h，浙濾NaCl顆粒；_20°C冷凍 乾燥24h，即得到SF/納米HA複合支架。上述3個實施例所得絲素蛋白/納米羥基磷灰石複合支架進行下列檢測
經過Nicolet AVATR360FT-IR證實複合支架由絲素蛋白和納米羥基磷灰石兩相 構成；經JEM-lOOCx II SEM分析證實複合支架中孔洞相互連通，氣孔率均超過80%， 平均孔徑在150 200 μ m。經深圳三思萬能材料試驗機檢測複合支架抗壓強度均超過150MPa。
權利要求
一種修復骨缺損的生物複合支架，其特徵在於是由納米羥基磷灰石和絲素蛋白製成的，其中，納米羥基磷灰石與絲素蛋白的質量比為90∶10～60∶40，複合支架呈多空狀，孔隙率70％～95％，孔徑尺寸100～600μm，以圓形為主，孔徑間貫通。
2.如權利要求1所述的修復骨缺損的生物複合支架的製備方法，其特徵在於包括以下 步驟(1)將桑蠶絲置於0.02mol/L碳酸鈉溶液中處理煮沸30 90min，然後用去離子水洗 滌、乾燥，除去對人體組織有致敏反應的絲膠蛋白；(2)將上述脫膠處理後的絲素蛋白溶於9.3mol/LLiBr溶液中室溫下進行透析處理， 獲得絲素蛋白水溶液；(3)按照納米羥基磷灰石與絲素蛋白質量比為90 10 60 40，分別計算出所需 Ca(NO3)2及(NH4)2HPO4的質量；然後稱取所需質量的Ca(NO3)2，將其加入上述絲素蛋白水溶 液混合得到SF-Ca(NO3)2溶液；(4)稱取相應質量的(NH4)2ΗΡ04,配製成濃度為2mol/L的水溶液；在不斷攪拌條件下將 其逐滴加入上述SF-Ca (NO3) 2混合溶液中，在此過程中添加氨水調節pH值，使其保持在9 10 ；(5)將上述所得沉澱洗滌至中性，過濾得到SF/納米HA複合溶膠；將粒徑150 250μπι 的NaCl顆粒加入到上述複合溶膠中，攪拌，注模，將其密封並於室溫靜置2 8h ；脫模，並 將其置於甲醇中10 90min，以產生不溶於水的β -摺疊結構；(6)將所得複合材料室溫下置於去離子水中浸泡24h，浙濾NaCl顆粒；-10 _80°C冷 凍乾燥10 24h，即得到SF/納米HA複合支架。
全文摘要
本發明公開了一種修復骨缺損的生物複合支架是由納米羥基磷灰石和絲素蛋白製成的，其中，納米羥基磷灰石與絲素蛋白的質量比為90∶10～60∶40，複合支架呈多孔狀，孔隙率70％～95％，孔徑尺寸100～600μm，以圓形為主，孔徑間相互貫通。本發明通過脫膠處理的絲素蛋白水溶液為載體，通過共沉澱法製備絲素蛋白/納米羥基磷灰石複合溶膠，利用離子瀝濾結合冷凍乾燥工藝製備絲素蛋白/羥基磷灰石複合支架，通過調節NaCl粒子的半徑及冷凍參數控制複合支架內孔徑的分布。與現有技術相比，採用本發明所得支架氣孔率及孔徑分布更易控制，且具有良好的力學性能。
文檔編號A61L27/22GK101897994SQ201010234660
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月23日 優先權日2010年7月23日
發明者盧志華, 李鵬, 王海斌, 趙冬梅 申請人:山東大學