使用生物可降解的聚合物纳米复合材料的骨再生以及其应用制造技术

生物相容性结构包括用于不同组织再生的一种或多种基底结构。每个基底结构包括交替堆叠的聚合物层和分隔层。聚合物层包括聚合物和组织形成纳米颗粒。聚合物包括聚氨酯。组织形成纳米颗粒包括羟基磷灰石(HAP)纳米颗粒、聚合物纳米颗粒或纳米纤维。分隔层包括骨颗粒、聚合物纳米颗粒或纳米纤维。一种基底结构中聚合物层中的组织形成纳米颗粒与聚合物的重量百分比与其它基底结构中的重量百分比不同。一种制造生物相容性结构的方法包括形成堆叠在一起的多个基底结构，涂覆堆叠的多个基底结构，以及对涂覆的结构进行等离子体处理。

Bone regeneration using biodegradable polymer nanocomposites and its use

Biocompatible structures include one or more basal structures for the regeneration of different tissues. Each base structure includes an alternating stacked polymer layer and a separator layer. The polymer layer includes polymers and tissue forming nanoparticles. Polymers include polyurethanes. The formation of nanoparticles includes hydroxyapatite (HAP) nanoparticles, polymer nanoparticles, or nanofibers. The separator layer includes bone particles, polymer nanoparticles, or nanofibers. In a base structure, the organization of the polymer layer in the polymer layer forms a weight difference between the nanoparticle and the polymer, as compared with the weight percentage in the other substrate structures. A method of manufacturing a biocompatible structure includes forming a plurality of substrate structures stacked together, a plurality of substrate structures coated with the stack, and plasma treatment of the coated structures.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用生物可降解的聚合物纳米复合材料的骨再生以及其应用联邦政府赞助研究的声明本公开是由政府支持在美国国防部颁发的批准号W81XWH-10-2-0130下做出的。政府对本公开具有一定的权利。相关专利申请的交叉引用该PCT申请要求由AlexandruS.Biris在2014年10月8日提交的名称为“使用生物可降解的聚合物纳米复合材料的骨再生以及其应用(BONEREGENERATIONUSINGBIODEGRADABLEPOLYMERICNANOCOMPOSITEMATERIALSANDAPPLICATIONSOFTHESAME)”的美国专利申请序列号14/509,719(以下称为'719申请)的优先权和权益。719申请是由AlexandruS.Biris在2013年7月22日提交的名称为“使用生物可降解的聚合物纳米复合材料的骨再生以及其应用(BONEREGENERATIONUSINGBIODEGRADABLEPOLYMERICNANOCOMPOSITEMATERIALSANDAPPLICATIONSOFTHESAME)”的美国专利申请序列号13/947,770(以下称为'770申请)的部分继续申请。'770申请是由AlexandruS.Biris和PederJensen在2006年9月11日提交的名称为“用于组织再生和骨再生的系统和方法(SYSTEMANDMETHODFORTISSUEGENERATIONANDBONERECENERATION)”的美国专利申请序列号11/519,316的部分继续申请，现在专利号8,518,123和本身要求在2005年9月9日提交的美国临时申请序列号60/715,841，和在2005年10月13日提交的美国临时申请序列号60/726,383的优先权和权益。'770申请也要求在2013年3月15日提交的名称为“使用生物可降解的聚合物纳米复合材料的骨再生以及其应用(BONEREGENERATIONUSINGBIODEGRADABLEPOLYMERICNANOCOMPOSITEMATERIALSANDAPPLICATIONSOFTHESAME)”的美国临时申请序列号61/800,588的优先权和权益。本申请也是由AlexandruS.Biris在2013年7月22日提交的名称为“生物可降解的聚合物纳米复合材料以及其应用(BIODEGRADABLEPOLYMERICNANOCOMPOSITEMATERIALSANDAPPLICATIONSOFTHESAME)”的美国专利申请序列号13/947,827的部分继续申请，后者本身要求在2013年3月15日提交的名称为“使用生物可降解的聚合物纳米复合材料的骨再生以及其应用(BONEREGENERATIONUSINGBIODEGRADABLEPOLYMERICNANOCOMPOSITEMATERIALSANDAPPLICATIONSOFTHESAME)”的美国临时申请序列号61/800,588的优先权和权益。在本公开的说明书中引用和讨论了一些参考文献，其可包括专利、专利申请和各种公布。提供这些参考文献的引用和/或讨论只是为了阐明本公开的说明书并不是承认任何此类参考是本文所述的公开内容的“现有技术”。在本说明书中引用和讨论的所有参考文献通过引用整体并入本文并且在相同程度上如同每个参考文献单独引用并入。
本公开大体上涉及具有一种或多种用于骨和组织再生的基底结构的生物相容性结构，并且更具体地涉及并入聚合物、纳米结构羟基磷灰石和任选的其它有益因子的生物可降解和生物可再吸收的纳米复合物。
技术介绍
本文提供的背景描述是为了大体上呈现本公开的上下文。当前署名的专利技术人的工作就其在该背景部分所描述的以及在提交时可以不另外被作为现有技术的多个方面的描述而言既不明确地也不隐含地被认可为本公开的现有技术。来自创伤、肿瘤和骨疾病、或异常发育的骨骼缺陷经常需要外科手术来尝试恢复正常的骨骼功能。虽然这些治疗大多数是成功的，但它们都有问题和局限性。因此，本领域迄今尚未解决上述缺陷和不足。
技术实现思路
本公开的某些方面涉及包括两种或更多种生物相容性结构的植入体。生物相容性结构的每一个都是生物可降解和生物可再吸收的。在一个方面中，本公开涉及一种制造用于骨和组织再生的生物相容性结构的方法。该方法包括：通过以下步骤形成多个第一聚合物层：将第一聚合物溶解在第一溶剂中以形成第一溶液；将第一组织形成纳米颗粒加入所述第一溶液中以形成第二溶液，其中所述第一组织形成纳米颗粒与所述第一聚合物的第一重量百分比是约0.01-95％；将所述第二溶液施加到第一表面以在第一表面上形成第一聚合物膜，其中所述第一组织形成纳米颗粒分散在所述第一聚合物膜中；以及将所述第一聚合物膜分成所述多个第一聚合物层；通过以下步骤形成多个第二聚合物层：将第二聚合物溶解在第二溶剂中以形成第三溶液；将第二组织形成纳米颗粒加入所述第三溶液中以形成第四溶液，其中所述第二组织形成纳米颗粒与所述第二聚合物的第二重量百分比大于所述第一重量百分比；将所述第四溶液施加到第二表面以在所述第二表面上形成第二聚合物膜，其中所述第二组织形成纳米颗粒分散在所述第二聚合物膜中；以及将所述第二聚合物膜分成所述多个第二聚合物层；以及通过第一聚合物层、第一分隔颗粒、所述第二聚合物层、第二分隔颗粒和第五溶液形成所述生物相容性结构。在一个实施例中，所形成的生物相容性结构包括所述第一聚合物层、所述第二聚合物层、位于两个所述第一聚合物层之间的所述第一分隔颗粒以及位于两个所述第二聚合物层之间的所述第二分隔颗粒。在一个实施例中，所述第五溶液包括所述第一组织形成颗粒和所述第二组织形成颗粒中的至少一种、所述第一聚合物和所述第二聚合物中的至少一种、以及所述第一溶剂和所述第二溶剂中的至少一种。在一个实施例中，形成所述多个第一聚合物层的所述步骤进一步包括：搅拌所述第一溶液以将所述第一聚合物均匀地分布在所述第一溶液中；超声处理所述第二溶液以将所述第一聚合物和所述第一组织形成纳米颗粒均匀地分布在所述第二溶液中；以及将在所述第一表面上的所述第二溶液干燥以在所述第一表面上形成所述第一聚合物膜。在一个实施例中，形成所述多个第二聚合物层的所述步骤进一步包括：搅拌所述第三溶液以将所述第二聚合物均匀地分布在所述第三溶液中；超声处理所述第四溶液以将所述第二聚合物和所述第二组织形成纳米颗粒均匀地分布在所述第四溶液中；以及将在第二表面上的所述第四溶液干燥以在所述第二表面上形成所述第二聚合物膜。在一个实施例中，形成所述生物相容性结构的所述步骤包括：通过交替地堆叠所述第一聚合物层和第一分隔层来构造第一基底结构，其中所述第一分隔层中每一个由所述第一分隔颗粒形成；通过交替地堆叠所述第二聚合物层和第二分隔层,在所述第一基底结构上构造第二基底结构，其中所述第二分隔层中每一个由所述第二分隔颗粒形成；将所述第五溶液施用到所述第一基底结构和所述第二基底结构以形成涂覆结构；以及将第三分隔颗粒加到所述涂覆结构以形成所述生物相容性结构。在一个实施例中，在将所述第三分隔颗粒加到所述涂覆结构后，进一步包括对所述涂覆结构进行等离子体处理。等离子体处理可以是氮或氧等离子体处理。在一个实施例中，所述第一聚合物层、所述第二聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造用于骨和组织再生的生物相容性结构的方法，其包括：通过以下步骤形成多个第一聚合物层：将第一聚合物溶解在第一溶剂中以形成第一溶液；将第一组织形成纳米颗粒加入所述第一溶液中以形成第二溶液，其中所述第一组织形成纳米颗粒与所述第一聚合物的第一重量百分比是约0.01‑95％；将所述第二溶液施加到第一表面以在所述第一表面上形成第一聚合物膜，其中所述第一组织形成纳米颗粒分散在所述第一聚合物膜中；以及将所述第一聚合物膜分成所述多个第一聚合物层；通过以下步骤形成多个第二聚合物层：将第二聚合物溶解在第二溶剂中以形成第三溶液；将第二组织形成纳米颗粒加入所述第三溶液中以形成第四溶液，其中所述第二组织形成纳米颗粒与所述第二聚合物的第二重量百分比大于所述第一重量百分比；将所述第四溶液施加到第二表面以在所述第二表面上形成第二聚合物膜，其中所述第二组织形成纳米颗粒分散在所述第二聚合物膜中；以及将所述第二聚合物膜分成所述多个第二聚合物层；以及通过所述第一聚合物层、第一分隔颗粒、所述第二聚合物层、第二分隔颗粒和第五溶液形成所述生物相容性结构，其中所述生物相容性结构包括所述第一聚合物层；所述第二聚合物层；位于两个所述第一聚合物层之间的所述第一分隔颗粒；以及位于两个所述第二聚合物层之间的所述第二分隔颗粒；以及其中所述第五溶液包括所述第一组织形成颗粒和所述第二组织形成颗粒中的至少一种；所述第一聚合物和所述第二聚合物中的至少一种；以及所述第一溶剂和所述第二溶剂中的至少一种。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.08 US 14/509,7191.一种制造用于骨和组织再生的生物相容性结构的方法，其包括：通过以下步骤形成多个第一聚合物层：将第一聚合物溶解在第一溶剂中以形成第一溶液；将第一组织形成纳米颗粒加入所述第一溶液中以形成第二溶液，其中所述第一组织形成纳米颗粒与所述第一聚合物的第一重量百分比是约0.01-95％；将所述第二溶液施加到第一表面以在所述第一表面上形成第一聚合物膜，其中所述第一组织形成纳米颗粒分散在所述第一聚合物膜中；以及将所述第一聚合物膜分成所述多个第一聚合物层；通过以下步骤形成多个第二聚合物层：将第二聚合物溶解在第二溶剂中以形成第三溶液；将第二组织形成纳米颗粒加入所述第三溶液中以形成第四溶液，其中所述第二组织形成纳米颗粒与所述第二聚合物的第二重量百分比大于所述第一重量百分比；将所述第四溶液施加到第二表面以在所述第二表面上形成第二聚合物膜，其中所述第二组织形成纳米颗粒分散在所述第二聚合物膜中；以及将所述第二聚合物膜分成所述多个第二聚合物层；以及通过所述第一聚合物层、第一分隔颗粒、所述第二聚合物层、第二分隔颗粒和第五溶液形成所述生物相容性结构，其中所述生物相容性结构包括所述第一聚合物层；所述第二聚合物层；位于两个所述第一聚合物层之间的所述第一分隔颗粒；以及位于两个所述第二聚合物层之间的所述第二分隔颗粒；以及其中所述第五溶液包括所述第一组织形成颗粒和所述第二组织形成颗粒中的至少一种；所述第一聚合物和所述第二聚合物中的至少一种；以及所述第一溶剂和所述第二溶剂中的至少一种。2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述多个第一聚合物层的所述步骤进一步包括：搅拌所述第一溶液以将所述第一聚合物均匀地分布在所述第一溶液中；超声处理所述第二溶液以将所述第一聚合物和所述第一组织形成纳米颗粒均匀地分布在所述第二溶液中；以及将在所述第一表面上的所述第二溶液干燥以在所述第一表面上形成所述第一聚合物膜；以及其中形成所述多个第二聚合物层的所述步骤进一步包括：搅拌所述第三溶液以将所述第二聚合物均匀地分布在所述第三溶液中；超声处理所述第四溶液以将所述第二聚合物和所述第二组织形成纳米颗粒均匀地分布在所述第四溶液中；以及将在所述第二表面上的所述第四溶液干燥以在所述第二表面上形成所述第二聚合物膜。3.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述生物相容性结构的所述步骤包括：通过交替地堆叠所述第一聚合物层和第一分隔层来构造第一基底结构，其中所述第一分隔层中每一个由所述第一分隔颗粒形成；通过交替地堆叠所述第二聚合物层和第二分隔层，在所述第一基底结构上构造第二基底结构，其中所述第二分隔层中每一个由所述第二分隔颗粒形成；将所述第五溶液施用到所述第一基底结构和所述第二基底结构以形成涂覆结构；以及将第三分隔颗粒加到所述涂覆结构以形成所述生物相容性结构。4.根据权利要求3所述的方法，在将所述第三分隔颗粒加到所述涂覆结构后，进一步包括对所述涂覆结构进行等离子体处理。5.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一聚合物层、所述第二聚合物层、所述第一基底结构、所述第二基底结构和所述生物相容性结构中的至少一个通过3D印刷或逐层2D印刷制造。6.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一聚合物层的厚度、两个相邻的第一聚合物层之间的距离、所述第一分隔层的厚度、所述第一分隔颗粒的孔隙率中的至少一个分别不同于所述第二聚合物层的厚度、两个相邻的第二聚合物层之间的距离、所述第一分隔层的厚度、所述第二分隔颗粒的孔隙率，使得当施用于植入部位时，所述第一基底结构和所述第二基底结构中的每一个对应于所述植入部位中的组织类型，并且促进相应组织的再生。7.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一基底结构的降解速率比所述第二基底结构的降解愤怒慢。8.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一基底结构和所述第二基底结构中的每一个具有与植入部位的相应组织的尺寸和形状一致的尺寸和形状。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一聚合物与所述第二聚合物相同，所述第一组织形成纳米颗粒与所述第二组织形成纳米颗粒不同，所述第一溶剂与所述第二溶剂相同，所述第一重量百分比是约15-30％，并且所述第二重量百分比是约10-25％。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一聚合物与所述第二聚合物相同，所述第一组织形成纳米颗粒与所述第二组织形成纳米颗粒相同，所述第一溶剂与所述第二溶剂相同，所述第一重量百分比是约15-30％，并且所述第二重量百分比是约10-25％。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一重量百分比是约17-23％，并且所述第二重量百分比是约15-20％。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一重量百分比是约25％，并且所述第二重量百分比是约22％。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一聚合物和第二聚合物中的每一种包含合成的生物可降解的聚合物、衍生自天然来源的生物可降解的聚合物或其混合物；其中所述合成的生物可降解的聚合物包括聚氨酯、聚丙交酯(PLA)、聚乙交酯(PGA)、聚(丙交酯-共-乙交酯)(PLGA)、聚(e-己内酯)、聚二氧杂环己酮、聚酐、三亚甲基碳酸酯、聚(β-羟基丁酸酯)、聚(g-乙基谷氨酸酯)、聚(DTH亚氨基碳酸酯)、聚(双酚A亚氨基碳酸酯)、聚(原酸酯)、聚氰基丙烯酸酯、聚磷腈或其混合物；以及其中所述衍生自天然来源的生物可降解的聚合物包括改性多糖、改性蛋白质或其混合物；其中所述第一组织形成纳米颗粒和所述第二组织形成纳米颗粒中的每一种包括羟基磷灰石、磷酸三钙、混合磷酸钙和碳酸钙的纳米颗粒、异种移植物的骨颗粒、同种异体移植物的骨颗粒、自体移植物的骨颗粒、异质移植物的骨颗粒、聚合物纳米颗粒、纳米纤维或其混合物；所述表面是聚四氟乙烯(PTFE)表面；并且所述第二组织形成颗粒包括纳米尺寸的骨颗粒、微米尺寸的骨颗粒或其混合物。14.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将第三组织形成材料加到所述生物相容性结构，其中所述第三组织形成材料包括生物活性材料、细胞或其混合物；其中所述生物活性材料包括蛋白质、酶、生长因子、氨基酸、骨形态发生蛋白、血小板衍生生长因子、血管内皮生长因子或其混合物；以及其中所述细胞包括上皮细胞、神经元、神经胶质细胞、星形细胞、足细胞、乳腺上皮细胞、胰岛细...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山德鲁·S·比里斯，
申请(专利权)人：阿肯色大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国,US