制备胶原蛋白和生物陶瓷粉末复合材料微粒的方法技术

本发明专利技术是提供一种制备胶原蛋白（ｃｏｌｌａｇｅｎ）和生物陶瓷（ｂｉｏｃｅｒａｍｉｃ）粉末复合材料微粒的方法。其是将胶原蛋白溶液、生物陶瓷粉末和褐藻酸（ａｌｇｉｎｉｃ ａｃｉｄ）混合，以球滴形式滴入二价阳离子水溶液中胶化成微粒型，经几丁聚醣（ｃｈｉｔｏｓａｎ）溶液处理后，再液化洗出内部的褐藻酸及表面的几丁聚醣，同时胶原蛋白进行重组。此微粒复合材料具有类似骨组织的成份及胶原蛋白纤维网状结构，可提供似骨组织中细胞生长的环境，并能作为载体以携入细胞和包覆、固定各种不同的骨生长因子，应用于骨组织创伤修复之用。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种制备胶原蛋白(collagen)和生物陶瓷粉末(bioceramic)复合材料微粒的方法，特别是关于一种制备微粒型式的复合材料的方法，此微粒内部及表面具有三维的胶原蛋白纤维网状结构。现有人工骨驻植物种类繁多，依形式可分为块状、泥状和微粒等骨驻植物，但各有其缺点。块状形式的骨驻植物，机械强度较佳，但手术操作上不适合各种形状的骨缺陷；泥状和微粒骨驻植物操作较方便，可依缺陷形状不同而加以塑形，且可以利用注射的方式放入人体骨缺陷处，减少动手术之苦，缺点是材料不容易固定在缺陷处，且机械强度也较差。公知技术利用经过烧结的多孔性陶瓷材料，以灌注或浸泡的方式，将胶原蛋白填充在孔隙内。烧结后的陶瓷硬度高，所以较能承受力量，但缺点是塑型上的限制，且此多孔性陶瓷材料非生物可吸收，会妨碍新生骨进一步生长。公知技术直接将氢氧基磷灰石溶解于酸性溶液与重组的胶原蛋白混合后调整溶液pH值至微碱性，使氢氧基磷灰石在胶原蛋白上产生沉淀。公知技术亦将将磷灰石前驱物与胶原蛋白溶液混合，利用酸碱反应使前驱物转变为氢氧基磷灰石沉淀在胶原蛋白纤维交互连结的基质中。1988、1989年Chu等人(US Patent No.4776890，4888366)，将胶原蛋白纤维溶液与氢氧基磷灰石颗粒或粉末直接混合，形成胶态溶液，具有可注射式的优点，应用于软组织的修复。上述一般直接混合的复合物，因胶原蛋白与陶瓷粉末密度相差较大，混合后经过一段时间会因比重不同而渐渐分为两相，造成材料的不均质。所使用陶瓷粉末粒径太大(约0.5mm)，并不被生物体所吸收，且会在其周围有纤维组织产生。另外从微观结构的观察，此直接混合的复合材料，无法形成似骨组织中胶原蛋白纤维网状结构，以提供似骨组织中细胞所需的生长环境。微粒型式的复合物中，胶原蛋白与陶瓷粉末分布较均匀且大量的微粒以各种不同方向随意排列，所以在宏观上能弥补每一颗微粒两相的不均。另外它方便塑型，且因颗粒微小，可制成注射形式使病人减少动手术之不便。公知技术以硅油制作胶原蛋白微粒，又进一步以氢氧基磷灰石粉末与胶原蛋白溶液混合，滴入快速搅拌的ethyl-2-hexyl cocoate中，使胶原蛋白成球，经离心及酒精去除ethyl-2-hexyl cocoate后分离出胶原蛋白/氢氧基磷灰石微粒。2001年Wang等人(台湾专利公告号420604，证书号127311I)，将胶原蛋白与磷酸钙系陶瓷粉末混合成一混合溶液，逐滴滴入一油相(例如橄榄油olive oil)中，使该混合溶液进行再重组而形成网状纤维结构颗粒；注入一交联剂(例如戊二醛glutaraldehyde)于该油相中，使该颗粒进行交联；及将该颗粒重从油相中分离出来。以上述方法制备微粒过程中，有机溶剂的使用恐会破坏胶原蛋白性质，且残余的有机油或交联剂对组织有伤害的疑虑，另外需较多的程序将油相分离移除。基于公知复合材料及其制备方法、技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种，以改善公知复合材料及其制备方法的缺点。图2A是一SEM图，显示9小时时，微粒切面10000X SEM图。图2B是一SEM图，显示9小时时，微粒表面10000X SEM图。图2C是一SEM图，显示24小时时，微粒切面10000X SEM图。图2D是一SEM图，显示24小时时，微粒表面10000X SEM图。图3A是一SEM图，显示9小时时，微粒切面10000X SEM图。图3B是一SEM图，显示9小时时，微粒表面10000X SEM图。图3C是一SEM图，显示24小时时，微粒切面10000X SEM图。图3D是一SEM图，显示24小时时，微粒表面10000X SEM图。本专利技术适用的胶原蛋白为所有种类胶原蛋白，本专利技术实施例使用经纯化去免疫端(atelo)胺基酸的第一型、第二型动物胶原蛋白来示范本专利技术。其乃利用酵素(例如胃蛋白酵素pepsin)将胶原蛋白中会产生免疫反应的telopeptides切除，使其无法聚集成胶原蛋白细纤维(collagenfibrilar)而形成胶原蛋白溶液(soluble collagen)，经适当的条件可将其重组，而形成胶原蛋白纤维的构造。由于将telopeptides切除，能使胶原蛋白的免疫排斥降低。本专利技术所使用的胶原蛋白含量为微粒复合材料重量的1-99％，胶原蛋白溶液的浓度配成0.1-20mg/ml来使用。骨组织的基质成分中矿物质的含量最大，其主要为含磷酸钙和碳酸钙所形成结晶程度较低的生物磷灰石(bioapatite)。本专利技术所适用的生物陶瓷粉末，主要有下列四种三钙磷酸盐(α-or β-tricalciumphosphate)、氢氧基磷灰石(hydroxyapatite)、硫酸钙盐(calciumsulfate hemi-hydrate)及碳酸钙盐(calcium carbonate)，及上述这四种生物陶瓷粉末依任意不同组成或比例互相混合所构成。氢氧基磷灰石分子式为Ca10(PO4)6(OH)2，其成分和结晶构造与骨基质中的生物磷灰石非常相似，其生物相容性极佳，可与骨組织产生直接的键结，具有骨引导性(osteoconcuction)，能促進新生骨向其内部生長。三钙磷酸盐分子式為Ca3(PO4)2，具有和氢氧基磷灰石相似的生物相容性，能舆骨組织直接鍵结，其生物可分解性佳。硫酸钙盐的分子式为CaSO4·H2O，与水混合变成CaSO4·2H2O，具有生物可吸收性。碳酸钙盐分子式为CaCO3，其生物可吸收性佳，植入体内数个月到一年可被组织吸收。生物陶瓷粉末其颗粒大小会影响到组织与材料之间的反应，颗粒太大不能被生物体所吸收且会在其周围有纤维组织产生；粒径约5μm以下，可被巨噬细胞以包噬作用将颗粒吸收。本专利技术所使用的生物陶瓷粉末含量为微粒复合材料重量的1-99％，粒径大小约5μm以下。褐藻酸为无毒的天然的聚醣类高分子，于室温下可溶于水或碱性溶液中形成粘稠溶液，但不溶于有机溶剂、酸性溶液；在生理溶液的环境中为带负电的高分子，可与多种二价阳离子反应形成胶体，应用于细胞或药物的包复。本专利技术所使用的褐藻酸其浓度配成0.1-10w/v％来使用。本专利技术可使用的二价阳离子为Cu2+，Pb2+，Ca2+，Ba2+，Cd2+，Co2+，Zn2+，Mn2+，Ni2+，Sr2+等，而褐藻酸与二价阳离子所形成的胶体其机械性质随其之间亲合力的增加而增加。由于钙离子为人体内所具有的离子，所以大部分都以钙离子来进行胶化。本专利技术所使用的二价阳离子水溶液配成0.1-10w/v％使用。几丁聚醣(chitosan，ploy(β-1，4-D-glucosamine))是由几丁质(chitin)部份或完全去乙醯化所得的衍生物，分子结构与纤维素相近，为一种结晶状的多醣类。几丁聚醣在生物体内可被溶菌酶分解成N-D-glucosamine，具有抗菌性、可食用性及良好的生物兼容性，在生物医学上应用广泛。另外几丁聚醣在酸性环境下，其胺基上具有带正电的特性。本专利技术乃利用它带正电的特性，使其批覆(coating)在带负电的褐藻酸盐微粒上。当液化洗出微粒内部的褐藻酸及胶原蛋白进行重组期间，用来巩固微粒的形状及提供足够的机械强度维持微粒的结构并能作为载体。在褐藻酸液化洗出的期间，能同时将微粒表面的几丁聚醣渐渐一起带本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备胶原蛋白和生物陶瓷粉末复合材料微粒的方法，其系包含将胶原蛋白溶液、生物陶瓷粉末和褐藻酸溶液混合，将混合溶液以球滴形式滴入二价阳离子水溶液中胶化成微粒型，经几丁聚醣溶液处理以巩固微粒形状及液化洗出内部的褐藻酸和表面的几丁聚醣，同时胶原蛋白进行重组成三维纤维网状结构微粒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王盈锦，蔡晓雯，黄秀萱，张文忠，
申请(专利权)人：兴技生物科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]