羟基磷灰石晶须增强可降解共聚物‑硅酸钙复合骨修复材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了羟基磷灰石晶须增强可降解共聚物‑硅酸钙复合骨修复材料的制备方法。所述的骨修复材料由羟基磷灰石晶须、可降解的乳酸‑碱性氨基酸共聚物与硅酸钙复合组成，其中羟基磷灰石晶须含量为10‑20％，硅酸钙的含量为10‑30％，二者的总含量为20‑45％，乳酸‑碱性氨基酸共聚物为L‑乳酸与一种α‑碱性氨基酸聚合而成。本发明专利技术方法制备得到的材料具有更好的力学强度，可用于植骨融合、颅骨修复等承力部位的骨修复，且在体内可降解，能为骨组织提供钙、磷、硅离子，且降解产物对周围环境无明显影响。

Hydroxyapatite whisker preparation method of degradable polymer calcium silicate composite for bone repair

The invention discloses a hydroxyapatite whisker preparation method of degradable copolymer calcium silicate composite for bone repair. The bone repair material is composed of hydroxyapatite whiskers and degradable lactic acid basic amino acid copolymer and calcium silicate composition, the hydroxyapatite whisker content is 10 20%, content of calcium silicate is 10 30%, the total content of two to 20 45%, lactic acid basic amino acid copolymer of lactic acid and a L alpha basic amino acid polymerization. The mechanical strength of the preparation method of the invention, the material has better, can be used for bone repair and bone graft fusion, skull repair bearing parts, and can be degraded in vivo, can provide calcium, phosphorus and silicon ions for bone tissue, and the degradation product has no obvious influence on the surrounding environment.

【技术实现步骤摘要】
羟基磷灰石晶须增强可降解共聚物-硅酸钙复合骨修复材料的制备方法
本专利技术涉及一种用于骨组织缺损修复的可降解有机-无机复合型的骨修复材料的制备方法，具体讲是一种羟基磷灰石晶须增强乳酸-碱性氨基酸共聚物-硅酸钙复合的骨修复材料的制备方法。
技术介绍
在骨组织愈合过程中，可降解的生物材料在体液中水和酶的作用下，可形成组织进(生长)—材料退(降解或者吸收)的理想组织再生状态而受到广泛关注。而对于支撑型骨修复降解材料必须满足两点要求，1)材料保持一定的降解速度，为新生骨组织提供生长空间；2)材料具有良好的初始强度，满足支撑修复需求，且，降解的过程中，必须维持足够的强度，满足骨组织愈合过程中的力学要求。可降解共聚物-硅酸钙复合骨修复材料(201510034938.X)是一种新型的活性无机盐/可降解高分子复合骨修复材料，该材料使用碱性氨基酸，除可调节和改变共聚物的降解速度，特别是能使材料在体内降解后所产生的碱性氨基酸与乳酸的酸性相互中和，以降低降解产物对组织的刺激作用。同时，该材料采用硅酸钙作为无机活性成份，硅钙盐相对于不含硅的活性盐如磷酸三钙、磷酸氢钙等具有更高的生物活性。然而，可降解共聚物-硅酸钙复合骨修复材料(201510034938.X)的动物体内植入研究中发现，虽然可降解共聚物-硅酸钙复合骨修复材料降解情况良好，成骨活性高，但其初始强度不足，且降解过程中衰减过快，不能提供组织愈合过程中所需的支撑要求。因此，该材料不能完全满足支撑型骨修复需求。为此，如何提高材料的初始强度和降解过程中的强度保持是必须进行研究的课题。一般地，无机粒子填充在高分子机体中，无机粒子对高分子具有明显的增强作用，例如利用碳酸钙增强PVC作为建筑材料使用，碳纤维增强PEEK材料作为承重部位骨修复材料使用。但由于硅酸钙的特殊结构，其对高分子的增强作用并不明显。晶须是在人工控制条件下以单晶形式生长成的一种纤维，其直径非常小，以致难容纳在大晶体中常出现的缺陷，其原子高度有序，因而强度接近于完整晶体的理论值，不仅具有优良的耐高温、高热、耐腐蚀性能，还具有重量轻，高强度、硬度和模量等力学优点。因此，晶须增强聚合物基复合材料是一种提高强度的有效方式。
技术实现思路
针对上述情况，本专利技术首先提供了一种新形式的羟基磷灰石晶须增强可降解复合骨修复材料，具体讲是一种采用纳米羟基磷灰石增强的可降解共聚物-硅酸钙复合骨修复材料。本专利技术进一步还提供了该增强复合骨修复材料的制备方法。本专利技术羟基磷灰石增强可降解共聚物-硅酸钙复合骨修复材料的制备方法，可以按下述方式进行：1'：将所述的L-乳酸和碱性氨基酸及催化量的催化剂，在120±5℃和0.1Mpa压力条件下脱水2小时，所述的催化剂为氯化亚锡，其量控制在反应物总质量的0.1‐0.9％，其中优选比例为0.3‐0.6％。2'：140±5℃和0.01Mpa压力下反应3小时后，在5000Pa压力下继续反应12～18小时，完成预聚合反应。由于反应初期形成的低聚物分子量很低，保持在相对较高的压力下反应，可以有效避免这些低分子产物可能随减压被排出反应体系，待反应一段时间后，随低聚物的分子量的提高，可以进一步逐渐降低反应体系的压力，以获得较高分子量的产物；3'：使低聚物进一步在180℃-200℃和70pa条件下反应10-15小时，完成聚合反应。保持在较高真空度条件下完成聚合反应，可有利于排出反应产生的水等小分子物质，获得分子量足够高的共聚物；4'：将所述的羟基磷灰石晶须与反应物混合，在180℃-200℃和70pa压力条件下继续反应1小时，得到晶须增强的聚合物；后，冷却至室温，得到所述复合材料目标产物。5'：将所述的硅酸钙与反应物混合，在180℃-200℃和70pa压力条件下继续反应2小时后，冷却至室温，得到所述复合材料目标产物。本专利技术方法制备得到的羟基磷灰石晶须增强可降解共聚物-硅酸钙复合骨修复材料，其是由可降解的乳酸-碱性氨基酸共聚物与硅酸钙复合组成，并采用晶须增强，其中硅酸钙为所述骨修复材料总质量的10～35％，羟基磷灰石晶须为总质量的10-20％，硅酸钙和羟基磷灰石晶须的质量之和不超过所述骨修复材料的45％，不低于25％。乳酸-碱性氨基酸共聚物由L-乳酸与α-碱性氨基酸赖氨酸聚合而成。研究已经证明，对于支撑型骨修复材料，初始强度要满足骨组织愈合过程中的力学支撑需求。对于降解材料而言，由于降解过程中，材料力学强度会有不同程度的下降，因此，必须有高的初始强度。为了提高材料的初始强度，无机粒子增强是常用的方式，但无机粒子加入的量达到一定程度时，材料的强度增加但同时材料转变为脆性材料，不适合用于骨组织修复。同时，作为生物材料，增强相必须具有良好的生物相容性和生物活性，于人体安全且成骨效果良好。基于此，本专利技术采用了羟基磷灰石晶须增强，以期获得良好的初始强度。同时，羟基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性，可满足骨修复的基本需求。为了使得到的材料不至于变脆，本专利技术对无机组分羟基磷灰石的晶须和硅酸钙的总量进行了控制，使其不超过45％。晶须的添加量也是影响材料的力学强度的重要因素。本专利技术在试验的基础上总结得到，晶须的添加量低于10％时，增强效果不明显，高于20％时，材料的力学强度开始下降。因此，本专利技术将羟基磷灰石晶须的量限定在10-20％，其中，优选的量为20％。本专利技术骨修复材料中，硅酸钙为所述骨修复材料总质量的10～35％，优选为所述骨修复材料总质量的25～35％，其中硅酸钙的添加量低于10％时，硅离子量过低，不利于成骨，在添加量高于35％时，复合材料中无机物总量大于45％，材料转变为脆性材料。本专利技术上述羟基磷灰石晶须增强可降解共聚物-硅酸钙复合骨修复材料在体内可以被降解，因此材料中所述的碱性氨基酸是可为人体吸收利用的赖氨酸。本专利技术所述复合骨修复材料中使用碱性氨基酸，除可调节和改变共聚物的降解速度，特别是能使材料在体内降解后所产生的碱性氨基酸与乳酸的酸性相互中和，以降低降解产物对组织的刺激作用。基于此，所述聚合物中，乳酸与碱性氨基酸的摩尔比的(60～80)：(20～40)优选比例为65:35，在二者的摩尔比低于60:40时，聚合物分子量较低，力学强度差，在二者的摩尔比高于80:20时，碱性氨基酸量过低，降解产物偏酸性，不利于成骨。研究表明，良好的生物活性即快速的表面磷灰石沉积能力可促使材料与组织形成良好的骨性结合，可加快骨组织愈合，是理想骨修复材料的特点之一。本专利中，试验显示，羟基磷灰石晶须加入可降解共聚物-硅酸钙复合骨修复材料后，不仅提高了材料的力学强度，而且提高了材料的生物活性。增强材料的体外试验表明，材料表面形成磷灰石层的速度明显较未增强材料快。本专利技术羟基磷灰石晶须可降解共聚物-硅酸钙复合骨修复材料的初始压缩强度大于70Mpa，初始弯曲强度大于60Mpa。综上，本专利技术方法制备得到羟基磷灰石晶须可降解共聚物-硅酸钙复合骨修复材料的力学性能优良，修复效果也较好，可用于植骨融合、颅骨修复等承力部位的骨修复，且在体内可降解，能为骨组织提供钙、磷、硅离子，且降解产物对周围环境无明显影响，临床应用前景良好。显然，根据本专利技术的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本专利技术上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、本文档来自技高网...

【技术保护点】
羟基磷灰石晶须增强可降解共聚物‑硅酸钙复合骨修复材料的制备方法，其特征是按下述方式进行：1'：将所述的L‑乳酸和碱性氨基酸及催化量的催化剂，在120±5℃和0.1Mpa压力条件下脱水2小时，所述的催化剂为氯化亚锡；2'：在140±5℃和0.01Mpa压力下反应3小时后，在5000Pa压力下继续反应12‑18小时，完成预聚合反应；3'：在180℃‑200℃和70pa条件下反应10‑15小时，完成聚合反应，得到聚合物；4'：将所述的羟基磷灰石晶须与得到的共聚物混合，继续在180℃‑200℃和70pa条件下反应1小时，再加入硅酸钙与反应物混合，在180℃‑200℃和70pa压力条件下继续反应2小时后，冷却至室温，得到所述复合材料目标产物；其中，所述羟基磷灰石晶须增强可降解共聚物‑硅酸钙复合骨修复材料是由羟基磷灰石晶须、硅酸钙与可降解的乳酸‑碱性氨基酸共聚物复合而成，其中羟基磷灰石晶须含量为10‑20％，硅酸钙的含量为10‑35％，二者的总含量为25‑45％，乳酸‑碱性氨基酸共聚物为L‑乳酸与一种α‑碱性氨基酸聚合而成。

【技术特征摘要】
1.羟基磷灰石晶须增强可降解共聚物-硅酸钙复合骨修复材料的制备方法，其特征是按下述方式进行：1'：将所述的L-乳酸和碱性氨基酸及催化量的催化剂，在120±5℃和0.1Mpa压力条件下脱水2小时，所述的催化剂为氯化亚锡；2'：在140±5℃和0.01Mpa压力下反应3小时后，在5000Pa压力下继续反应12-18小时，完成预聚合反应；3'：在180℃-200℃和70pa条件下反应10-15小时，完成聚合反应，得到聚合物；4'：将所述的羟基磷灰石晶须与得到的共聚物混合，继续在180℃-200℃和70pa条件下反应1小时，再加入硅酸钙与反应物混合，在180℃-200℃和70pa压力条件下继续反应2小时后，冷却至室温，得到所述复合材料目标产物；其中，所述羟基磷灰石晶须增强可降解共聚物-硅酸钙复合骨修复材料是由羟基磷灰石晶须、硅酸钙与可降解的乳酸-碱性氨基酸共聚物复合而成，其中羟基磷灰石晶须含量为10-20％，硅酸钙的含量为10-35％，二者的总含量为25-45％，乳酸-碱性氨基酸共聚物为L-乳酸与一种α-碱性氨基酸聚合而成。2.如权利要求1所述的羟基磷灰石晶须增强可降解共聚物-硅酸钙复合骨修复材料的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖建如，刘铁龙，王静，陈广辉，高欣，刘永刚，魏杰，赵永飞，杨诚，李鸿，
申请(专利权)人：中国人民解放军第二军医大学第二附属医院，
类型：发明
国别省市：上海,31