聚乳酸/纳米β‑磷酸三钙复合多孔支架及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚乳酸/纳米β‑磷酸三钙复合多孔支架及其制备方法，该方法采用溶液冷冻干燥的方法直接制备多孔材料，不需添加致孔剂，安全可靠，在加工过程中不易混入杂质。制备的多孔支架具有合适的孔径、孔隙率和力学性能，且自身具备可降解性，同时由于β‑TCP的附着，具有良好的骨传导性。这种可降解的多孔材料可在骨科创伤、肿瘤、感染及先天畸形手术中填入骨缺损部位，通过具有的合适孔径有利于骨长入和材料的降解；同时含有的β‑TCP有利于骨传导以促进骨缺损的修复。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于骨科植入物材料领域，具体涉及一种聚乳酸/纳米β-磷酸三钙复合多孔支架及其制备方法。
技术介绍
创伤、肿瘤、感染及先天畸形等造成的骨缺损修复是骨科临床的难题。目前使用的自体骨、同种异体骨及异种骨临床使用均有一定的局限性。材料科学的发展为骨缺损修复开辟了新途径。聚乳酸(PLA)是生物材料研究中最常用的可降解材料，代谢最终产物是水和二氧化碳，均可被机体吸收代谢，具有良好的生物相容性和力学强度，目前已被美国食品药品管理局(FDA)批准可用作医用手术缝合线和注射用微胶囊、微球及埋植剂的合成高分子材料。然而由于PLA不具备骨传导和骨诱导能力，限制了其在骨缺损修复中的应用。β-磷酸三钙(β-TCP)具有良好的生物相容性和骨传导性，作为生物降解材料被制成人工骨材料，广泛应用于各种骨缺损修复。然而，目前临床上的β-TCP产品单独使用时，尚存在降解速度与骨生长不匹配、脆性大及弹性模量不足等急需改进的问题。单一有机材料或无机材料均难以满足骨缺损修复材料的理想要求，PLA与β-TCP的复合材料的研制成为热点。在PLA中加入β-TCP中，有助于防止因PLA的降解产物导致的无菌性炎症，并提高了成骨活性。通过将PLA与合适比例的纳米级β-TCP复合，制成无机-有机纳米复合材料，可用来制备复合材料的多孔支架，以减慢TCP材料降解速度，降低无机材料TCP的脆性，提高复合材料的弹性模量，显示出良好的临床应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是为临床骨缺损修复研制一种具有合适的孔径、孔隙率、力学性能以及骨传导性的PLA与β-TCP复合材料多孔支架。为实现上述目的，本专利技术提供了一种聚乳酸/纳米β-磷酸三钙复合多孔支架的制备方法，包括以下步骤：1)通过高能球磨法将微米级β-TCP颗粒加工成纳米级β-TCP颗粒；2)称取一定量的PLA溶于二氧六环中配成PLA溶液，另称取制得的纳米级β-TCP颗粒加入PLA溶液中，超声分散搅拌均匀；3)将溶液倒入特制聚四氟乙烯模具中后，液氮淬冷；4)置于-20～-40℃的低温冰箱中冷冻20～28小时，再置入-60～-50℃冷冻干燥器中干燥；5)从模具中取出、洗净、常温干燥后得到PLA/纳米β-TCP复合多孔支架。其中，所述微米级β-TCP颗粒的粒径范围为75-100μm，所述纳米级β-TCP颗粒的粒径范围为20-160nm。优选地，步骤1)的高能球磨法的具体操作步骤包括：①准备符合外科植入物用β-TCP标准的微米级β-TCP颗粒作为原料；②将微米级β-TCP颗粒分散在一缩二乙二醇中，以氧化锆珠为球磨介质进行高速球磨，直至微米级β-TCP颗粒细化为纳米级颗粒；③离心，去除一缩二乙二醇；④用二氯甲烷漂洗后真空干燥。进一步优选地，步骤②中高速球磨的转速为1600-2000r/min，最佳为1800r/min；高速球磨的时间为8-16小时，最佳为12小时。进一步优选地，步骤③中离心的转速为1000-1400r/min，最佳为1200r/min，时长为12-18min，最佳为15min。优选地，步骤2)中所述PLA溶液的浓度为1.2～1.8wt％，超声分散时间为30～50分钟；加入纳米级β-TCP颗粒后，溶液中纳米级β-TCP颗粒与PLA的质量比为1:1-1:9，最佳地，所述纳米级β-TCP颗粒与PLA的质量比为3:7。优选地，步骤4)中冷冻干燥器中的干燥时间为20～28小时。优选地，步骤5)中洗净采用蒸馏水洗净。本专利技术采用溶液冷冻干燥的方法直接制备多孔材料，不需添加致孔剂，安全可靠，在加工过程中不易混入杂质。通过本专利技术的方法制备的聚乳酸/纳米β-磷酸三钙复合多孔支架具有合适的孔径、孔隙率和力学性能，且自身具备可降解性，同时由于β-TCP的附着，具有良好的骨传导性，有利于骨缺损的修复，在PLA为基质加入β-TCP颗粒，既有助于防止因PLA降解引起的无菌性炎症，又提高了多孔支架的成骨活性。在骨科创伤、肿瘤、感染及先天畸形手术实施中，可将本专利技术制备的聚乳酸/纳米β-磷酸三钙复合多孔支架材料填入骨缺损部位。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是透射电镜中观察到的制备的纳米级β-TCP颗粒；图2是动态光散射测得的纳米级β-TCP粒径分布；图3是透射电镜中观察到的不同粒径β-TCP颗粒和不同纳米β-TCP含量复合多孔支架的孔径；图4是不同粒径β-TCP颗粒和不同纳米β-TCP含量复合多孔支架的孔隙率随降解变化的统计图；图5是不同粒径β-TCP颗粒和不同纳米β-TCP含量复合多孔支架的压缩强度随降解变化的统计图；图6是不同粒径β-TCP颗粒和不同纳米β-TCP含量复合多孔支架载rhBMP-2后植入兔背部肌肉内后分别在2、4、8周观察到的组织切片图；图7是不同粒径β-TCP颗粒和不同纳米β-TCP含量复合多孔支架载rhBMP-2后植入兔背部肌肉内后分别在第4和8周的成骨面积的统计图。具体实施方式实施例1纳米级β-磷酸三钙的制备1)准备符合外科植入物用β-TCP标准的微米级β-TCP颗粒作为原料；2)将微米级β-TCP颗粒分散在一缩二乙二醇分散液中，以氧化锆珠为球磨介质，以1800r/min的转速连续球磨12小时；3)离心，去除一缩二乙二醇分散液；4)用二氯甲烷漂洗后真空干燥，然后保存。实施例2透射电镜和动态光散射分析验证通过H-7000透射电镜观察实施例1制得的β-TCP颗粒粒径，采用的加速电压为75KV。通过动态光散射测试所制得的β-TCP颗粒粒径。Zetasizer Nano-ZS型电位及粒度测定仪测定聚合物药物的粒径和Zeta电势。粒径测定参数：He-Ne激光(波长635nm)，折光率和粘度分别为n＝1.333和η＝0.933cp，测定温度25℃。电势测定参数：He-Ne激光(波长635nm)，散射角θ＝14°，测定温度25℃。通过TEM观察制备的纳米级β-TCP颗粒，颗粒呈不规则形态，粒径范围为20-160nm(如图1A，B)。通过动态光散射观察发现制备的纳米级β-TCP颗粒在液体中粒径均匀分布，平均粒径为125nm(如图2)。实施例3聚乳酸/纳米β-磷酸三钙复合多孔支架的制备1)精密称取一定量的PLA溶于二氧六环中，配成1.5wt％的PLA溶液，另分别根据PLA质量称量1:9、3:7及5:5质量比(PLA：纳米级β-TCP)的纳米级β-TCP颗粒，同法称量3：7质量比(PLA：微米级β-TCP)的微米级β-TCP颗粒，分别加入已配比的PLA溶液中，低速搅拌混匀一分钟，使其混合均匀，超声分散40分钟，搅拌均匀；2)将溶液倒入特制聚四氟乙烯模具(底面直径11mm，高度22mm)后液氮淬冷；3)将步骤2)淬冷后的聚四氟乙烯模具置于-30℃的低温冰箱中冷冻24小时，再置入-55℃冷冻干燥器中干燥1天；4)从模具中取出放入烧杯中，用蒸馏水洗净后，常温干燥得到PLA多孔支架，纳米β-TCP含量分别为10wt％、30wt％、50wt％的PLA/纳米β-TCP复合多孔支架，及含30wt％微米级β-TCP颗粒的PLA复合多孔支架。实施例4不同粒径β-TCP颗粒和不同纳米β-TCP含量复合多孔支架的孔径，以及在PBS溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚乳酸/纳米β‑磷酸三钙复合多孔支架的制备方法，包括以下步骤：1)通过高能球磨法将微米级β‑TCP颗粒加工成纳米级β‑TCP颗粒；2)称取一定量的PLA溶于二氧六环中配成PLA溶液，另称取制得的纳米级β‑TCP颗粒加入PLA溶液中，超声分散并搅拌均匀；3)将溶液倒入特制聚四氟乙烯模具中后，液氮淬冷；4)置于‑20～‑40℃的低温冰箱中冷冻20～28小时，再置入‑60～‑50℃冷冻干燥器中干燥；5)从模具中取出，洗净，常温干燥后得到PLA/纳米β‑TCP复合多孔支架。

【技术特征摘要】
1.一种聚乳酸/纳米β-磷酸三钙复合多孔支架的制备方法，包括以下步骤：1)通过高能球磨法将微米级β-TCP颗粒加工成纳米级β-TCP颗粒；2)称取一定量的PLA溶于二氧六环中配成PLA溶液，另称取制得的纳米级β-TCP颗粒加入PLA溶液中，超声分散并搅拌均匀；3)将溶液倒入特制聚四氟乙烯模具中后，液氮淬冷；4)置于-20～-40℃的低温冰箱中冷冻20～28小时，再置入-60～-50℃冷冻干燥器中干燥；5)从模具中取出，洗净，常温干燥后得到PLA/纳米β-TCP复合多孔支架。2.如权利要求1所述的聚乳酸/纳米β-磷酸三钙复合多孔支架的制备方法，其特征在于步骤1)的高能球磨法的具体操作步骤包括：①准备符合外科植入物用β-TCP标准的微米级β-TCP颗粒作为原料；②将微米级β-TCP颗粒分散在一缩二乙二醇中，以氧化锆珠为球磨介质进行高速球磨，直至微米级β-TCP颗粒细化为纳米级颗粒；③离心...

【专利技术属性】
技术研发人员：董健，曹露，江立波，陈谦，李熙雷，周晓岗，殷潇凡，
申请(专利权)人：复旦大学附属中山医院，
类型：发明
国别省市：上海;31