一种稀土磷酸盐/生物活性高分子三维多孔复合材料、其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于无机非金属材料、有机生物活性高分子材料、生物医用材料领域，具体涉及一种稀土磷酸盐/生物活性高分子三维多孔复合材料、其制备方法和应用，以生物活性高分子材料掺杂稀土磷酸盐颗粒的片状结构相互粘连成三维贯通的多孔道结构，稀土磷酸盐均匀分布在片状结构的表面及内部。其制备方法为：将稀土磷酸盐与含酸的生物活性高分子材料溶液混匀后，冷冻干燥；再置于碱液中浸泡，洗涤至中性，冷冻干燥，即制得。其结构具有较高的孔隙率和贯通性，良好的生物活性、生物相容性、生物降解性、力学和机械性能，促进细胞粘附和生长，促成骨和骨诱导性，临床应用前景广阔。

A Rare Earth Phosphate/Bioactive Polymer Three-Dimensional Porous Composite Material, Its Preparation Method and Application

The invention belongs to the field of inorganic non-metallic materials, organic biologically active polymer materials and biomedical materials, and specifically relates to a rare earth phosphate/biologically active polymer three-dimensional porous composite material, its preparation method and application. The lamellar structure of rare earth phosphate particles doped with biologically active polymer materials adheres to each other to form a three-dimensional porous channel structure, and rare earth phosphate is homogeneous. It distributes evenly on the surface and inside of the sheet structure. The preparation method is as follows: mixing rare earth phosphate with acid-containing biologically active polymer solution, freeze-drying, soaking in alkaline solution, washing to neutral, freeze-drying, that is, to prepare. Its structure has high porosity and permeability, good biological activity, biocompatibility, biodegradability, mechanical and mechanical properties, promote cell adhesion and growth, promote bone and bone induction, and has broad prospects for clinical application.

【技术实现步骤摘要】
一种稀土磷酸盐/生物活性高分子三维多孔复合材料、其制备方法和应用
本专利技术属于无机非金属材料、有机生物活性高分子材料、生物医用材料领域，具体涉及一种稀土磷酸盐/生物活性高分子三维多孔复合材料、其制备方法和应用。
技术介绍
对于临床医师来说，骨缺损的修复和重建仍是一个巨大挑战，特别是由创伤、感染、损伤或遗传畸形造成的巨大骨缺损。为了克服这一问题，许多具有骨形成活性和骨诱导能力的骨修复材料已被应用于临床。最常见骨修复材料有磷酸三钙(β-TCP)、羟磷灰石(HA)、生物活性玻璃(BG)和壳聚糖(CS)，这些材料均具有良好的生物活性和生物相容性，但其有限的骨诱导性无法满足患者骨质疏松和代谢紊乱的治疗需要。因此，用于骨缺损或骨损伤的新材料的开发和设计仍是被广泛关注的研究热点。骨诱导性可在以下几个方面改进。首先，药物释放可提高材料的成骨诱导性能。例如，HM-ZSM-5/CS/DOX椭球体的成骨率可以通过DOX药物的累积释放比来提高。第二，生长因子通过激活相应的信号转导和调节成骨细胞基因转录发挥成骨作用。第三，活性金属离子可以改善生物反应，包括细胞增殖、分化和骨再生。例如，m-MS/PBSu复合支架Mg离子和Si离子的释放可以改善生物反应，提高生物相容性和成骨。现有文章报道，通过Sr离子和多孔纳米网格结构的协同刺激，可创建一个有利于细胞生长的环境。此外，Ag离子的释放速率和ZnO的加入都能减轻细胞毒性，还能提供固有的细菌抗性和良好的成骨能力，及快速的骨融合。但是Zn、Mg、Ag等活性金属离子目前尚不满足骨缺损的临床需要。因此，迫切需要开发一种新型骨材料，不仅具有良好的生物相容性，还具有良好的骨诱导性能。近年来，稀土元素受到广泛关注。人体内也发现了微量的稀土元素，在细胞分化、代谢和组织再生中发挥着重要作用。发光稀土纳米颗粒由于其优良的物理化学性质，如生物医学显像剂、药物载体和生物标记物等，在纳米医学中得到越来越多的应用。氧化铈纳米粒子，作为催化剂，具有惊人的药理潜力，因为它们的抗氧化特性来源于CeO2中Ce3+离子。研究同时表明，氧化铈纳米颗粒对细胞是无毒。基于稀土的复合材料的医学治疗应用已被广泛研究，包括肾病和糖尿病，同时也研究了稀土对人类的毒性。当用于控制高磷血症时，LaCO3可以通过增加血清小苏打浓度来帮助纠正轻度代谢性酸中毒。研究表明La(NO3)3，La(dpp)3和La(XT)没有发现显著的肝或肾毒性。La(CO3)可延迟血管钙化的持续时间。还有少量研究表明稀土复合材料具有治疗肿瘤的效果，镧-配合纳米颗粒已被用作治疗癌症的有效X射线放射治疗药物。氯化镧可以通过上调凋亡相关基因来抑制肿瘤细胞增殖和诱导凋亡，与此同时，还可以通过改变细胞周期调节凋亡蛋白在体内和体外的表达。迄今为止，以La等稀土金属为基础的支架很少用于生物材料中，它们在成骨中的作用尚不清楚。本专利技术提供一种基于稀土的生物活性高分子复合材料，该复合材料不仅具有良好的生物相容性，还可通过释放的稀土离子激活相关通路迅速促进骨生成，还具有加速细胞增值和分化等作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种稀土磷酸盐/生物活性高分子三维多孔复合材料，该复合材料呈现三维贯通的多孔道结构，具有较高的孔隙率和贯通性，良好的生物活性、生物相容性、生物降解性、力学和机械性能，促进细胞粘附和生长，促成骨和骨诱导性，临床应用前景广阔。本专利技术还提供一种稀土磷酸盐/生物活性高分子三维多孔复合材料的制备方法，该方法简单易操作，生产成本低，生产周期短，可操作性强，几乎无废弃物或污染物产生，环境友好。本专利技术的技术方案为，一种稀土磷酸盐/生物活性高分子三维多孔复合材料，由生物活性高分子材料掺杂稀土磷酸盐颗粒的片状结构相互粘连形成三维贯通的多孔道结构，稀土磷酸盐颗粒均匀分布在片状结构的表面及内部。生物活性高分子材料掺杂稀土磷酸盐颗粒的片状结构形成多孔道结构的孔壁，附着在片状结构表面的稀土磷酸盐颗粒表面包裹生物活性高分子材料。三维贯通的多孔道结构的微孔的大小及分布均匀。所述三维贯通的多孔道结构的孔径为10～200μm，优选为50～100μm；孔隙率85％～95％。所述生物活性高分子材料选自壳聚糖、胶原蛋白、聚乙烯吡咯烷酮、聚羟基丁酸酯和聚己内酯中任意一种或者组合。所述稀土磷酸盐包括磷酸镧、磷酸铈、磷酸钆、磷酸镱、磷酸铕或磷酸钐，其粒径为50nm～5μm。稀土磷酸盐与生物活性高分子材料的质量比为1：0.5～5，优选为1：0.5～2，更优选为1：1。上述稀土磷酸盐/生物活性高分子三维多孔复合材料的制备方法，步骤包括：(1)将稀土磷酸盐与含酸的生物活性高分子材料溶液混匀后，冷冻干燥，制得稀土磷酸盐前驱体/生物活性高分子复合材料。(2)将稀土磷酸盐前驱体/生物活性高分子材料置于碱液中浸泡，洗涤至中性后，冷冻干燥，制得稀土磷酸盐/生物活性高分子三维多孔复合材料。碱液浸泡既可中和稀土磷酸盐前驱体/生物活性高分子材料中的酸，又可促进生物活性高分子材料沉积。为制备一定形状，步骤(1)具体为，稀土磷酸盐与含酸的生物活性高分子材料溶液混匀后，置入模具，再冷冻干燥。步骤(1)中，稀土磷酸盐与生物活性高分子材料的用量比为1：0.5～5，优选为1：0.5～2，更优选为1：1；生物活性高分子材料的浓度为0.005g/L～饱和溶液，优选为10g/L～饱和溶液，进一步优选为20g/L～40g/L；作为优选方案，为40g/L；含有体积分数为0.2％～5％的酸，具体的，有机酸的体积分数为0.5％～5％，优选为2％；无机酸的体积分数为0.2％～1％，优选为0.5％。所述酸包括有机酸和无机酸，有机酸包括乙酸、甲酸、丙酸、草酸或者枸椽酸等，优选为乙酸；无机酸包括盐酸、硫酸、硫酸或者磷酸等，优选为盐酸。步骤(1)，在-85℃～0℃、1～50pa下冷冻干燥30min～700h。冷冻干燥的温度优选为-85℃～-60℃，更优选为-80℃；冷冻干燥的真空度优选为1～10pa，更优选为1～2pa；冷冻干燥的时间优选为24～120h，更优选为48h。步骤(1)，含酸的生物活性高分子材料溶液的制备方法包括：将生物活性高分子材料加入含酸溶剂中，混匀即得。含酸的生物活性高分子材料溶液中，酸的体积分数为0.2％～5％，具体的，有机酸的体积分数为0.5％～5％，优选为2％；无机酸的体积分数为0.2％～1％，优选为0.5％。所述酸包括有机酸和无机酸，有机酸包括乙酸、甲酸、丙酸、草酸或者枸椽酸等，优选为乙酸；无机酸包括盐酸、硫酸、硫酸或者磷酸等，优选为盐酸。含酸的生物活性高分子材料溶液中，生物活性高分子材料的浓度为0.005g/L～饱和溶液，优选为10g/L～饱和溶液，进一步优选为20g/L～40g/L；作为优选方案，为40g/L。所述溶剂选自水、醇类或者酯类中任意一种或者组合，醇类包括乙醇、甲醇或者丙醇，优选为乙醇；酯类包括甘油或者乙酸乙酯，优选为乙酸乙脂。步骤(1)，稀土磷酸盐的制备方法，步骤包括：a.在10℃～60℃、搅拌条件下，向pH＝7～12的可溶性磷酸盐溶液中加入可溶性三价稀土盐或者可溶性三价稀土盐溶液并混匀；b.混匀后，先于70℃～90℃搅拌0.5～2h，后于10℃～60℃搅拌24～48h，过滤并洗涤得中性沉淀；c.中性沉淀先于50℃～本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稀土磷酸盐/生物活性高分子三维多孔复合材料，其特征在于，由生物活性高分子材料掺杂稀土磷酸盐颗粒的片状结构相互粘连形成三维贯通的多孔道结构，稀土磷酸盐颗粒均匀分布在片状结构的表面及内部。

【技术特征摘要】
1.一种稀土磷酸盐/生物活性高分子三维多孔复合材料，其特征在于，由生物活性高分子材料掺杂稀土磷酸盐颗粒的片状结构相互粘连形成三维贯通的多孔道结构，稀土磷酸盐颗粒均匀分布在片状结构的表面及内部。2.根据权利要求1所述稀土磷酸盐/生物活性高分子三维多孔复合材料，其特征在于，所述生物活性高分子材料选自壳聚糖、胶原蛋白、聚乙烯吡咯烷酮、聚羟基丁酸酯和聚己内酯中任意一种或者组合，所述稀土磷酸盐为磷酸镧、磷酸铈、磷酸钆、磷酸镱、磷酸铕或磷酸钐，稀土磷酸盐的粒径为50nm～5μm；多孔道结构的孔径为10～200μm，孔隙率85％～95％。3.权利要求1或2所述稀土磷酸盐/生物活性高分子三维多孔复合材料的制备方法，其特征在于，步骤包括：(1)将稀土磷酸盐与含酸的生物活性高分子材料溶液混匀后，冷冻干燥，制得稀土磷酸盐前驱体/生物活性高分子复合材料；(2)将稀土磷酸盐前驱体/生物活性高分子材料置于碱液中浸泡，洗涤至中性后，冷冻干燥，制得稀土磷酸盐/生物活性高分子三维多孔复合材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，稀土磷酸盐与生物活性高分子材料的用量比为1：0.5～5，生物活性高分子材料的浓度为0.005g/L～饱和溶液，含有体积分数为0.2％～5％的酸，酸包括有机酸和无机酸。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)，在-85℃～0℃、1～50pa下...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亚平，赵培培，柯勤飞，郭翠香，张川建，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31