再生医学材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供促进软硬组织修复的再生医学材料及其制备方法和应用。再生医学材料具有三维网络结构，且为由无机物和有机物组成的复合材料，其中，无机物与有机物的质量比为2:1‑4:1。基于无机物的总质量，无机物中包含12‑38％SiO2、3‑5％Na2O、15‑29％CaO、10‑32.5％P2O5，1‑5％肌醇六磷酸酯、1‑5％环己六醇磷酸酯，余量为杂质，杂质的含量小于0.5％。基于有机物的总质量，有机物中包含30‑60％羧甲基壳聚糖、30‑60％透明质酸钠。本发明专利技术的再生医学材料具有更加适于人体的组成及性质，在细胞修复和键合、细胞增殖、促进毛囊生长方面有关键作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及再生医学领域，具体地涉及一种再生医学材料及其制备方法和应用。
技术介绍
生物活性玻璃及玻璃陶瓷最显著的特征是植入人体后，表面状况随时间而动态变化，表面形成生物活性的碳酸羟基磷灰石(HCA)层，为组织提供了键合界面。多数生物活性玻璃是A类生物活性材料，既有骨生成性(osteoproductive)，又有骨引导(osteoconductive)作用，与骨和软组织都有良好的结合性，生物活性玻璃(BAG)被认为是可应用在修复领域的良好生物材料。此种修复性材料的用途不但极为广泛，而且在众多领域的专业性产品上有着无法替代的神奇功效，如肌肤护理、美白去皱、烧伤烫伤、口腔溃疡、肠胃溃疡、皮肤溃烂、杀灭真菌、骨骼修复、软组织和骨组织的键合等，它的出现将为人类健康做出卓越贡献。此外，BAG还具有快速的表面反应；无定形二维结构使强度及断裂韧性低；弹性模量(30-35MPa)低，与皮质骨接近；可切削生物玻璃具有良好的加工性能。但是这种生物玻璃存在一些关键问题：1、降解速度缓慢，完全降解通常需要1-2年时间；2、pH值不稳定，其pH值可达到11，形成强碱性，具有一定的细胞毒性；3、这种生物玻璃采用熔融淬冷反应温度很高，在1700-1900℃，造成高能耗，建设一条标准生产线需要投资10亿元以上；4、这种生物玻璃不能形成多孔材料，难于实现材料高度符合及拓展功能。因此，目前市场上急需能够代替上述生物玻璃的新型再生医学材料。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的一方面，提供一种促进软硬组织修复的再生医学材料，所述再生医学材料具有三维网络结构，且为由无机物和有机物组成的复合材料，其中，所述无机物与所述有机物的质量比为2:1-4:1；基于所述无机物的总质量，所述无机物包含12-38％SiO2、3-5％Na2O、15-29％CaO、10-32.5％P2O5，1-5％肌醇六磷酸酯、1-5％环己六醇磷酸酯，余量为杂质，其含量小于0.5％；基于所述有机物的总质量，所述有机物包含30-60％羧甲基壳聚糖和30-60％透明质酸钠。在优选的实施方案中，所述无机物与所述有机物的质量比为3:1。另外，所述无机物中的钙磷重量比为1.5至1.8，优选1.67。在优选的实施方案中，所述无机物通过溶胶-凝胶法以大豆皮提取液作为磷前驱体，在300～700℃下恒温烧结得到。本专利技术的另一方面，提供一种细胞生长载体，其包含上述促进软硬组织修复的再生医学材料。优选地，所述细胞生长载体为医疗装置，特别是植入物的至少一部分。本专利技术的再一方面，提供一种促进软硬组织修复的方法，其中使用本专利技术中所述的再生医学材料。本专利技术的其他方面，提供本专利技术所述的促进软硬组织修复的再生医学材料在制备医药组合物、医疗装置、口腔护理品、整形外科用品或化妆品中的用途。本专利技术的再生医学材料能更好地控制材料的降解速度，使原生物活性玻璃降解速度可控，在人工骨材料应用领域使新生骨植入材料的降解速度同步，克服新生骨无法达到骨结构、形态、功能的三重修复的现象。当运用在骨修复、脊柱和骨缺损、口腔骨植入等方面时，本专利技术的再生医学材料具有非常重大的意义。本专利技术中，通过大豆提取液引入磷，可以提高再生医学材料的降解速度，传统的制备方法制备的材料的生物活性的组分范围较小，通常是通过降低磷的含量来限降解速度。原传统方法制备的材料通常用磷酸、磷酸乙酯等，其与钙的前驱体(例如硝酸钙)的相容性较差，容易引起沉淀发生分离。选择毒性较大的乙二醇，降低前驱体的浓度，这样处理溶剂过程中会耗费大量的能源和时间，并很难实现标准化、规模化生产。本专利技术的磷前驱体可以有效地与例如硝酸钙等钙前驱体共溶，溶剂为水、乙醇或其混合物，毒性较小，溶剂去除温度较低，通过改变钙、钠等前驱体，实现室温状况下形成凝胶，实现在600℃内达到生物活性玻璃的各项理化指标。克服传统方法的缺点，实现标准化、规模化生产。本专利技术的再生医学材料中，1％至10％的硅原子具有5以上的高配位数，并且这些高配位硅在常压下形成。高配位硅对材料的结构和性能都有一定的影响，如高配位硅会使紫外线吸收峰发生转移。在溶液合成中，目前大多数高配位硅主要与N、F或CI配位，极少与O配位。通过改变外界刺激，如温度、溶剂和辐照强度可以改变硅原子的配位数，升高温度会使5配位的硅增加，在辐照下5配位硅与6配位硅之间可以相互转换。如果引入多元醇则有利于提高高配位硅的形成几率，多元醇能促使O与硅原子配位，从而形成高配位硅。在高配位硅，一般是在玻璃材料的高温处理，会使硅配位数由4转变为6，主要以Si-O-P或Si-O-Si的形式存在，随着P的含量增加，6配位硅增加，经过热处理，玻璃材料会结晶，而中低温、常压下含高配位硅原子的硅的固体材料目前研究还没有出现。本专利技术的再生医学材料优于生物活性玻璃的理化指标及生物指标。该材料在生产时实现了在600℃低温节能，质量可控的规模化生产，改变原1700-1900℃煅烧高能耗、低产品合格率等缺点。在以该再生医学材料为母体的情况下，加入其它医用材料，将广泛的应用在生物治疗领域。本专利技术的再生医学材料中，优选地，钙磷比与人体骨骼相对一致，例如为1.67左右。形成的三维网状结构及孔径可以实现和人体骨骼及软组织孔径一致。实现材料的生物活性、稳定性及降解速度可控。该材料制备温度低，可以载入生物活性分子，例如蛋白质、抗菌素、化疗药物，并且具有多孔性，可以用于药物负载及控释，同时选用的磷前驱体为天然物质，与传统磷前驱体相对毒性极小，从而提高材料的生物相容性。材料在模拟人体液(SBF)中，在表面迅速形成羟基磷灰石。该材料可以克服传统生物活性玻璃的可塑性差。形成可调的无定形材料，非晶体结构。其他生物活性玻璃基本为结晶体，本专利技术的再生医学材料为非结晶体，材料的颗粒均匀、材料的生物相容性稳定，分散性较好，稳定性强。在人工骨中实现压缩强度、降解速度全部可控。本专利技术的再生医学材料含有Si、Ca、Na、P离子，各离子的比例和人体骨组织的离子一致。这些离子均匀的分布在高温煅烧的SiO2的多孔径中，很自然使得材料与体液发生八步表面反应。第一步：材料中的Na+和K+离子均匀分布在多孔径的SiO2中(其孔径和人体骨骼孔径几乎一致)，它们遇到体液，和H+以及H3O+离子迅速交换，如：Si-O-Na++OH-→Si-OH++Na++OH-其中OH-为负电荷，吸附骨组织及软组织细胞、生长因子、胶原蛋白等物质往孔径中有序生长，形成人体结构生长机块。让再生细胞基因表达，有序生长，形成骨引导、骨传导能力。第二步：Si-O-Si键，被溶液打断，在界面外形成许多Si-OH；第三步：Si-OH的聚合反应会形成SiO2的多孔的肢体层；其与不同种类的蛋白质通过氢键和离子胺键(-Si-O-H3N+-)结合形成高密度的蛋白吸附，形成硅溶胶层和碳酸羟基磷灰石层，而该灰石层具有高表面积，适合吸附大量的生物分子，从而促进细胞外响应。相比于带较低负电荷量的硅溶胶层，新生骨吸附更多的生物分子。第四步：高配位硅原子6、硅原子4和人体钾离子交换，形成稳定的三维网状固态机构，改变原硅原子为游离状态。可与人体化学成分自然交换，形成爬行替代的载体，高配位硅会使紫外线吸收峰发生转移，起到抗氧化的作用。Si-OH+OH-Si→Si-O-Si-+H2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种促进软硬组织修复的再生医学材料，所述再生医学材料具有三维网络结构，且为由无机物和有机物组成的复合材料，其中，所述无机物与所述有机物的质量比为2:1‑4:1；基于所述无机物的总质量，所述无机物包含12‑38％SiO2、3‑5％Na2O、15‑29％CaO、10‑32.5％P2O5，1‑5％肌醇六磷酸酯、1‑5％环己六醇磷酸酯，余量为杂质，所述杂质的含量小于0.5％；基于所述有机物的总质量，所述有机物包含30‑60％羧甲基壳聚糖、30‑60％透明质酸钠。

【技术特征摘要】
1.一种促进软硬组织修复的再生医学材料，所述再生医学材料具有三维网络结构，且为由无机物和有机物组成的复合材料，其中，所述无机物与所述有机物的质量比为2:1-4:1；基于所述无机物的总质量，所述无机物包含12-38％SiO2、3-5％Na2O、15-29％CaO、10-32.5％P2O5，1-5％肌醇六磷酸酯、1-5％环己六醇磷酸酯，余量为杂质，所述杂质的含量小于0.5％；基于所述有机物的总质量，所述有机物包含30-60％羧甲基壳聚糖、30-60％透明质酸钠。2.根据权利要求1所述的促进软硬组织修复的再生医学材料，其中，所述无机物与所述有机物的质量比为3:1。3.根据权利要求1或2所述的促进软硬组织修复的再生医学材料，其中，所述无机物中的钙磷重量比为1.50至1.80。4.根据权利要求1或2所述的促进软硬组织修复的再生医学材料，其pH值为7.4±1。5.根据要求1或2所述的促进软硬组织修复的再生医学材料，其在体内的降解速率为4周至12周。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡方，
申请(专利权)人：胡方，
类型：发明
国别省市：四川;51