納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料的製作方法

2023-07-22 07:21:06 2

專利名稱：納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料的製作方法
技術領域：
本發明屬於生物醫藥領域，具體涉及一種用作骨頭或牙齒的修復及植入材料的羥基磷酸鈣/水凝膠材料。
背景技術：
據有關資料統計，我國人口齲齒發病率為37%，平均每人有齲齒2. 47顆，用來修補齲齒的充填材料需求量很大，預計年需求量在1噸左右。但是，目前使用的齒科填充材料均不能促進牙組織的快速修復。對於掉落的齲齒，通常是安裝人工牙根。人工牙根又稱牙種植體，是通過外科手術將其植入人體缺牙部位的頌骨內，癒合後在其上部修復假牙的裝置。牙種植體按其材料不同，大體上可分為五種類型，即(1)金屬與合金材料類包括金、316L不鏽鋼(鐵-鉻-鎳合金)、鑄造鈷鉻鉬合金、鈦及其合金等。( 陶瓷材料類包括生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷、生物降解性陶瓷等。( 碳素材料類包括玻璃碳、低溫各向同性碳等。(4)高分子材料類包括丙烯酸酯類、聚四氟乙烯類、聚碸等。( 複合材料類，即上述兩種或兩種以上材料的複合，如金屬表面噴塗陶瓷等。目前牙種植體常用的材料金屬類主要是純鈦及鈦合金，鈦金屬比重輕，強度高，無磁性，收縮性小，化學性質穩定，具有極佳的耐腐蝕性和與周圍的生物組織的相容性。雖然鈦合金具有較好的生物相容性，但植入體與牙骨間沒有形成很強的結合界面。另外，在外科手術中，骨的修復與再生是一個普遍的問題，為了獲得理想的骨組織替代材料，人們進行了很多研究，通常是採用羥基磷酸鈣與膠原蛋白、明膠、殼聚糖等天然高聚物或聚乙烯醇、聚丙烯醯胺等人工合成高聚物來製備複合材料。但是這些複合材料都還有不足之處，製備與天然骨結構相似的材料，提高其生物相容性是骨組織工程研究的重點。我們的研究發現，生物體的礦物化是在多種因素的共同影響下協同完成的。拿骨礦物化為例，骨細胞在生長因子的指引下，在兩種蛋白(1)不溶於水的骨架蛋白(象膠原蛋白是人骨的骨架)；( 水溶性蛋白(如，骨頭內含有骨橋蛋白(OSteopontin，0PN)，牙齒內含用磷蛋白(phosphophoryn))的共同控制下有序完成的。傳統的理論觀念則忽略了水溶性蛋白的作用。我們還發現水溶性蛋白不是全部均勻分布在礦物化液相中的，其中大部分與骨架蛋白相互作用而吸附在骨架蛋白上。被吸附的異相水溶性蛋白通過離子鍵吸附礦物化離子，象Ca/Mg離子等，從而有效地提高了局部粒子對碳酸鈣/磷酸鈣(Ca -C03/Ca ·Ρ) 的過飽和度，提高了鈣離子、碳酸根離子及/或磷酸根離子的過飽和度。由於這是一個動力學控制的過程，大量的水分子也被捲入其中，從而形成液相礦物質前軀體。液相礦物質前軀體隨後在骨架蛋白控制下逐步失水，通過經典的異相成核原理(epitaxy)轉化成晶體。

發明內容
有鑑於此，本發明模仿生物礦物化過程，通過用水溶性蛋白對生物可降解組織支架進行本體與表面改性，並通過仿生礦物化過程(類似於人體牙齒與骨頭形成的條件)礦物化支架，提供一種納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料，該材料是在宏觀形態與微觀結構方面都與人體自身材料高度相近或一致的骨科與牙科材料，這些材料可用與植牙、植骨材料，支架材料以及活性填充材料。為了達到上述目的，本發明採用下述技術方案本發明提供的納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料，它的特點是，用多肽對所述水凝膠表面進行改性，並通過仿生礦物化過程將羥基磷酸鈣沉積在水凝膠上，所述納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料的製備方法包括下述步驟(1)配製質量濃度為1-5%的水凝膠水溶液，配製質量濃度為3-8%的戊二醛水溶液，配製濃度為10-300ug/mL的多肽水溶液，( 製備水凝膠底物將步驟(1)所製得的三種水溶液按照體積比為1 1 1的比例混合，在常溫下攪拌0. 5-10分鐘，然後將混合物置於載體上(如玻璃片上)，通過相分離技術製備水凝膠底物，所製備的水凝膠底物用0. 1-0. 3M的甘氨酸溶液浸泡6-10小時以除去游離的戊二醛，上述相分離技術為常用的熱致凝膠化、乳化/冷凍乾燥、固液相分離等幾種相分離技術。(3)配製三羥甲基氨基甲烷緩衝液將5-8克的三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽， 0. 5-1. 5克三羥甲基氨基甲烷和6-10克氯化鈉加入到100毫升去離子水中，該緩衝液的PH 值為7. 0-8. 0，三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽用於調節該緩衝液的PH值，PH最佳為7. 2-7. 4，(4)分別稱取氯化鈣和磷酸氫二鉀，並分別溶入步驟C3)製得的緩衝液中，分別配製成0. 002-0. 006mol/L的氯化鈣溶液和磷酸氫二鉀溶液，將氯化鈣溶液和磷酸氫二鉀溶液與步驟(1)中製得的多肽水溶液按照體積比為1 1 X(X = 0-6)的比例相混合攪拌，(5)將步驟( 所製得的負載於載體上的水凝膠底物置於步驟(4)所製得的混合溶液中，靜置M-48小時後，先後用水和乙醇洗滌，乾燥，即製得所述的納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料。優選的，本發明提供一種納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料，它的特點是，所述納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料的製備方法包括下述步驟(1)配製質量濃度為1-3%的水凝膠水溶液，配製質量濃度為4-6%的戊二醛水溶液，配製濃度為150-250 μ g/ml的多肽水溶液，( 製備水凝膠底物將步驟(1)所製得的三種水溶液按照體積比為1 1 1的比例相混合，在常溫下攪拌0. 5-10分鐘，然後將混合物置於載體上，通過相分離技術製備水凝膠底物，所製備的水凝膠底物用0. 1-0. 3M的甘氨酸溶液浸泡6-10小時以除去游離的戊二醛，(3)配製三羥甲基氨基甲烷緩衝液將6-7克的三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽， 0. 6-1. 2克三羥甲基氨基甲烷和8-9克氯化鈉加入到100毫升去離子水中，該緩衝液的PH 值為 7. 2-7. 4，(4)分別稱取氯化鈣和磷酸氫二鉀，並分別溶入步驟C3)製得的緩衝液中，分別配製成0. 002-0. 006mol/L的氯化鈣溶液和磷酸氫二鉀溶液，將氯化鈣溶液和磷酸氫二鉀溶液與步驟(1)中製得的多肽水溶液按照體積比為1 1 X(X = 0-6)的比例相混合，在常溫下攪拌0. 5-10分鐘，(5)將步驟( 所製得的負載於載體上的水凝膠底物置於步驟(4)所製得的混合溶液中，靜置M-36小時後，先後用水和乙醇洗滌，乾燥，即製得所述的納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料。進一步優選的，本發明提供一種納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料，其特徵在於， 所述納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料的製備方法包括下述步驟(1)配製質量濃度為的水凝膠水溶液，配製質量濃度為5%的戊二醛水溶液， 配製濃度為200ug/ml的多肽水溶液，( 製備水凝膠底物將步驟(1)所製得的三種水溶液按照體積比為1 1 1的比例相混合，在常溫下攪拌0. 5-10分鐘，然後將混合物置於載體上，通過相分離技術製備水凝膠底物，所製備的水凝膠底物用0. 1-0. 3M的甘氨酸溶液浸泡6-10小時以除去游離的戊二醛，(3)配製三羥甲基氨基甲烷(Tris)緩衝液將6. 61克的三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽(Tris-HCl)，0. 97克三羥甲基氨基甲烷(Tris)和8. 77克氯化鈉加入到100毫升去離子水中，該緩衝液的PH值為7. 2-7. 4，(4)分別稱取氯化鈣和磷酸氫二鉀，並分別溶入步驟C3)製得的緩衝液中，分別配製成0. 002-0. 006mol/L的氯化鈣溶液和磷酸氫二鉀溶液，將氯化鈣溶液和磷酸氫二鉀溶液與步驟(1)中製得的多肽水溶液按照體積比為1 1 X(X = 0-6)的比例相混合，在常溫下攪拌0. 5-10分鐘，(5)將步驟( 所製得的負載於載體上的水凝膠底物置於步驟(4)所製得的混合溶液中，靜置M小時後，先後用水和乙醇洗滌，乾燥，即製得所述的納米孔狀羥基磷酸鈣/ 水凝膠材料。本發明還提供一種納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料，它的特點是，用多肽對所述水凝膠表面進行改性，並通過仿生礦物化過程將羥基磷酸鈣沉積在水凝膠上，所述納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料的製備方法包括下述步驟(1)配製質量濃度為1-5%的水凝膠水溶液，配製濃度為10-300ug/mL的多肽水溶液，(2)製備水凝膠底物將步驟⑴所製得的兩種水溶液按照體積比為1 1的比例混合，在常溫下攪拌1-10分鐘，然後將混合物置於載體上，室溫下乾燥M-48小時，然後在80°C -100°C的溫度下真空乾燥，(3)配製三羥甲基氨基甲烷緩衝液將5-8克的三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽， 0. 5-1. 5克三羥甲基氨基甲烷和6-10克氯化鈉加入到100毫升去離子水中，該緩衝液的PH 值為7. 0-8. 0，優選的，該緩衝液的PH值為7. 2-7. 4，(4)分別稱取氯化鈣和磷酸氫二鉀，並分別溶入步驟C3)製得的緩衝液中，分別配製成0. 002-0. 006mol/L的氯化鈣溶液和磷酸氫二鉀溶液，將氯化鈣溶液和磷酸氫二鉀溶液與步驟(1)中製得的多肽水溶液按照體積比為1 1 X(X = 0-6)的比例相混合攪拌，(5)將步驟( 所製得的負載於載體上的水凝膠底物置於步驟(4)所製得的混合溶液中，靜置M-48小時後，先後用水和乙醇洗滌，乾燥，即製得所述的納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料。
水凝膠，以水為分散介質的凝膠。具有交聯結構的水溶性高分子中引入一部分疏水基團而形成能遇水膨脹的交聯聚合物。是一種高分子網絡體系，性質柔軟，能保持一定的形狀，能吸收大量的水。凡是水溶性或親水性的高分子，通過一定的化學交聯或物理交聯， 都可以形成水凝膠。這些高分子按其來源可分為天然和合成兩大類。天然的親水性高分子包括多糖類(澱粉、纖維素、海藻酸、透明質酸，殼聚糖等)和多肽類(膠原、聚L-賴氨酸、 聚L-谷胺酸等)。合成的親水高分子包括聚乙烯醇、丙烯酸及其衍生物類(聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯醯胺，聚N-聚代丙烯醯胺等)。上述水凝膠優選為膠原、明膠、聚乙烯醇、海藻酸或其中至少兩種的組合物；所述多肽為骨頭含有的骨橋蛋白(osteopontin，0ΡΝ)、牙齒含有的磷蛋白(phosphophoryn)或其片段；或，所述多肽可以富含酸性基團，可以為富含天冬氨酸、穀氨酸、磷酸化或硫酸化的絲氨酸/酪氨酸的多肽，其中，所述的天冬氨酸、穀氨酸、磷酸化或硫酸化的絲氨酸/酪氨酸的總和佔多肽的重量百分比為10-90% ；或，所述多肽為聚天門冬氨酸，聚穀氨酸、聚硫酸化的絲氨酸/酪氨酸。為進一步加快牙齒或骨頭的快速修復，上述水凝膠材料中添加有質量百分比為 0. 0001-5%的促進成骨細胞繁殖的小分子化合物。促進成骨細胞繁殖的或促進骨頭形成的小分子化合物包括國際公布號為W02010017472A1的國際申請中公布的可促進骨細胞繁殖的小分子化合物，還包括下述結構的化合物
權利要求
1. 一種納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料，其特徵在於，用多肽對所述水凝膠表面進行改性，並通過仿生礦物化過程將羥基磷酸鈣沉積在水凝膠上，所述納米孔狀羥基磷酸鈣/ 水凝膠材料的製備方法包括下述步驟(1)配製質量濃度為1-5%的水凝膠水溶液，配製質量濃度為3-8%的戊二醛水溶液， 配製濃度為10-300ug/mL的多肽水溶液，(2)製備水凝膠底物將步驟(1)所製得的三種水溶液按照體積比為1 1 1的比例混合，在常溫下攪拌0. 5-10分鐘，然後將混合物置於載體上，通過相分離技術製備水凝膠底物，所製備的水凝膠底物用0. 1-0. 3M的甘氨酸溶液浸泡6-10小時以除去游離的戊二(3)配製三羥甲基氨基甲烷緩衝液將5-8克的三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽，0.5-1. 5 克三羥甲基氨基甲烷和6-10克氯化鈉加入到100毫升去離子水中，該緩衝液的PH值為 7. 0-8. 0，(4)分別稱取氯化鈣和磷酸氫二鉀，並分別溶入步驟C3)製得的緩衝液中，分別配製成 0. 002-0. 006mol/L的氯化鈣溶液和磷酸氫二鉀溶液，將氯化鈣溶液和磷酸氫二鉀溶液與步驟⑴中製得的多肽水溶液按照體積比為1 1 X(X = 0-6)的比例相混合攪拌，(5)將步驟( 所製得的負載於載體上的水凝膠底物置於步驟(4)所製得的混合溶液中，靜置M-48小時後，先後用水和乙醇洗滌，乾燥，即製得所述的納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料。
2. 一種如權利要求1所述的納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料，其特徵在於，所述納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料的製備方法包括下述步驟(1)配製質量濃度為1-3%的水凝膠水溶液，配製質量濃度為4-6%的戊二醛水溶液， 配製濃度為150-250 μ g/ml的多肽水溶液，(2)製備水凝膠底物將步驟(1)所製得的三種水溶液按照體積比為1 1 1的比例相混合，在常溫下攪拌0. 5-10分鐘，然後將混合物置於載體上，通過相分離技術製備水凝膠底物，所製備的水凝膠底物用0. 1-0. 3M的甘氨酸溶液浸泡6-10小時以除去游離的戊(3)配製三羥甲基氨基甲烷緩衝液將6-7克的三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽，0.6-1.2 克三羥甲基氨基甲烷和8-9克氯化鈉加入到100毫升去離子水中，該緩衝液的PH值為 7. 2-7. 4，(4)分別稱取氯化鈣和磷酸氫二鉀，並分別溶入步驟C3)製得的緩衝液中，分別配製成 0. 002-0. 006mol/L的氯化鈣溶液和磷酸氫二鉀溶液，將氯化鈣溶液和磷酸氫二鉀溶液與步驟(1)中製得的多肽水溶液按照體積比為1 1 X(X = 0-6)的比例相混合，在常溫下攪拌0. 5-10分鐘，(5)將步驟( 所製得的負載於載體上的水凝膠底物置於步驟(4)所製得的混合溶液中，靜置M-36小時後，先後用水和乙醇洗滌，乾燥，即製得所述的納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料。
3. —種如權利要求1所述的納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料，其特徵在於，所述納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料的製備方法包括下述步驟(1)配製質量濃度為的水凝膠水溶液，配製質量濃度為5%的戊二醛水溶液，配製濃度為200ug/ml的多肽水溶液，(2)製備水凝膠底物將步驟(1)所製得的三種水溶液按照體積比為1 1 1的比例相混合，在常溫下攪拌0. 5-10分鐘，然後將混合物置於載體上，通過相分離技術製備水凝膠底物，所製備的水凝膠底物用0. 1-0. 3M的甘氨酸溶液浸泡6-10小時以除去游離的戊(3)配製三羥甲基氨基甲烷緩衝液將6.61克的三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽 (Tris-HCl), 0. 97克三羥甲基氨基甲烷和8. 77克氯化鈉加入到100毫升去離子水中，該緩衝液的PH值為7. 2-7.4，(4)分別稱取氯化鈣和磷酸氫二鉀，並分別溶入步驟C3)製得的緩衝液中，分別配製成 0. 002-0. 006mol/L的氯化鈣溶液和磷酸氫二鉀溶液，將氯化鈣溶液和磷酸氫二鉀溶液與步驟(1)中製得的多肽水溶液按照體積比為1 1 x(x = 0-6)的比例相混合，在常溫下攪拌0. 5-10分鐘，(5)將步驟( 所製得的負載於載體上的水凝膠底物置於步驟(4)所製得的混合溶液中，靜置M小時後，先後用水和乙醇洗滌，乾燥，即製得所述的納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料。
4.一種納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料，其特徵在於，用多肽對所述水凝膠表面進行改性，並通過仿生礦物化過程將羥基磷酸鈣沉積在水凝膠上，所述納米孔狀羥基磷酸鈣/ 水凝膠材料的製備方法包括下述步驟(1)配製質量濃度為1-5%的水凝膠水溶液，配製濃度為10-300ug/mL的多肽水溶液，(2)製備水凝膠底物將步驟(1)所製得的兩種水溶液按照體積比為1 1的比例混合，在常溫下攪拌1-10分鐘，然後將混合物置於載體上，室溫下乾燥M-48小時，然後在 80°C -ioo°c的溫度下真空乾燥，(3)配製三羥甲基氨基甲烷緩衝液將5-8克的三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽，0.5-1. 5 克三羥甲基氨基甲烷和6-10克氯化鈉加入到100毫升去離子水中，該緩衝液的PH值為 7. 0-8. 0，(4)分別稱取氯化鈣和磷酸氫二鉀，並分別溶入步驟C3)製得的緩衝液中，分別配製成 0. 002-0. 006mol/L的氯化鈣溶液和磷酸氫二鉀溶液，將氯化鈣溶液和磷酸氫二鉀溶液與步驟⑴中製得的多肽水溶液按照體積比為1 1 X(X = 0-6)的比例相混合攪拌，(5)將步驟( 所製得的負載於載體上的水凝膠底物置於步驟(4)所製得的混合溶液中，靜置M-48小時後，先後用水和乙醇洗滌，乾燥，即製得所述的納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料。
5.如權利要求1、2、3或4所述的納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料，其特徵在於，所述水凝膠為膠原、明膠、聚乙烯醇、海藻酸或其中至少兩種的組合物；所述多肽為骨頭含有的骨橋蛋白(osteopontin，0ΡΝ)、牙齒含有的磷蛋白(phosphophoryn)或其片段；或，所述多肽為富含天冬氨酸、穀氨酸、磷酸化或硫酸化的絲氨酸/酪氨酸的多肽，其中，所述的天冬氨酸、穀氨酸、磷酸化或硫酸化的絲氨酸/酪氨酸的總和佔多肽的重量百分比為10-90%; 或，所述多肽為聚天門冬氨酸，聚穀氨酸、聚硫酸化的絲氨酸/酪氨酸。
6.如權利要求1、2、3或4所述的納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料，其特徵在於，所述水凝膠材料中添加有質量百分比為0. 0001-5%的促進成骨細胞繁殖的小分子化合物。
7.—種牙種植體，包括鈦合金基，其特徵在於，所述鈦合金基上設置有權利要求1至6 之一所述的納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料，其製備方法中，步驟(1)不變，步驟(2)製備水凝膠底物的過程包括將混合物噴塗到鈦合金基上，室溫下快速乾燥後再置於90°C至 100°C熱處理5至15分鐘，所製得的水凝膠是一層連續或不連續的薄膜，所述不連續的薄膜的不連續部分的寬度為lum-3mm，該過程中的其它內容不變；步驟( 至步驟( 不變。
8.一種牙種植體，包括鈦合金基，其特徵在於，所述鈦合金基上設置有權利要求1至6 之一所述的納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料；其製備方法中，步驟(1)不變，步驟(2)製備水凝膠底物的過程包括用化學方法處理鈦合金基表面，然後將混合物在_8°C至-10°C下冷凍到鈦合金基上，在-10°C至_60°C下冷凍真空升華乾燥6-8小時，所製得的水凝膠的厚度為0. Olmm至5mm，該過程中的其它內容不變；步驟(3)至步驟(5)不變。
9.一種補鈣營養品，其特徵在於，所述營養品主要含有權利要求1至6之一所述的納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料。
10.一種骨科或齒科生物填充/支架材料，其特徵在於，所述材料主要含有權利要求1 至6之一所述的納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料。
全文摘要
本發明屬於生物醫藥領域，具體涉及一種用作骨頭或牙齒的修復及植入材料的羥基磷酸鈣/水凝膠材料。本發明為解決現有技術中的牙植入體與牙骨間沒有形成很強的結合界面等牙或骨修復中存在的問題，提供一種納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料，其特點是，用多肽對所述水凝膠表面進行改性，並通過仿生礦物化過程將羥基磷酸鈣沉積在水凝膠上。該納米孔狀羥基磷酸鈣/水凝膠材料為在宏觀形態與微觀結構方面都與人體自身材料高度相近或一致的骨科與牙科材料，生物相容性較強。這些材料可用於牙齒或骨頭的修復材料，填充材料，生物支架材料。
文檔編號A23L1/29GK102188754SQ20111010471
公開日2011年9月21日 申請日期2011年4月26日 優先權日2011年4月26日
發明者戴立軍 申請人:戴立軍