一种具有抗菌活性的仿生人工软骨材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种种新型的具有抗菌活性的仿生人工软骨材料及其制备方法。本发明专利技术通过改性将ε‑聚赖氨酸接枝到聚乙烯醇材料上，在不影响聚乙烯醇水凝胶基本性能的条件下，改善其与骨组织的生物相容性，且具有一定的抑菌性能，以改善单纯聚乙烯醇水凝胶在临床应用上的不足。

A biomimetic artificial cartilage material with antibacterial activity and its preparation method

The present invention provides a variety of new bionic artificial cartilage materials with antibacterial activity and a preparation method. Through the modification of the epsilon poly lysine grafted to polyvinyl alcohol material, without affecting the basic properties of PVA hydrogel conditions, improve its biocompatibility with bone tissue, and has antibacterial properties, in order to improve the pure PVA hydrogel in clinical application problems.

【技术实现步骤摘要】
一种具有抗菌活性的仿生人工软骨材料及其制备方法
本专利技术涉及医疗器械和生物材料领域，具体地说，涉及一种具有抗菌活性的仿生人工软骨材料及其制备方法。
技术介绍
关节软骨使用频繁，承受剪切、压缩等载荷的作用，其损伤已成为临床骨科的常见症状。软骨由软骨细胞和基质组成，正常的成熟软骨细胞代谢缓慢，生长分化能力低，故体内关节软骨自身修复能力极其有限，一旦造成损伤或病变，关节软骨很难自愈。由创伤或疾病造成的关节软骨退变或损伤在临床上较为常见，但由于关节软骨组织特殊，内部没有血管、淋巴管和神经，创伤性损伤后只有极低或几乎没有有效的自身修复能力，若治疗不及时或不恰当，将导致严重的功能障碍。在美国，1991～1995年对31616例膝关节进行关节镜检查，结果表明，约有63％的人出现软骨病变，且平均每个关节出现2.7处软骨损伤；仅1995年进行关节软骨修复的患者便达385000例。随着关节软骨损伤修复研究的深入以及科学技术的进步，这个数字变得越来越大，目前己达1000000之多。我国是人口大国，因外伤、肿瘤或关节疾病等造成软骨损伤的人数远远超过美国，因此对关节软骨的损伤进行修复重建，恢复关节面完整性，重建关节功能，防止关节退变，始终是医学界有待解决的难题之一。临床上治疗关节软骨的主要方法是自体、异体软骨移植和人工软骨假体置换，但软骨移植受到供体来源的限制以及存在免疫排斥的问题。而关节软骨假体置换则存在易磨损松动、界面润滑性差和易老化等不足。近年来，众多研究表明，聚乙烯醇(polyvinylalcohol，PVA)水凝胶具有和人体关节软骨类似的生物力学性能和良好的生物相容性，作为软骨替代材料具有很好的应用前景。但PVA水凝胶无生物活性，与骨基底的结合性能差，容易滋生细菌，如何将PVA水凝胶人工软骨稳定地固定于关节软骨缺损部位，使其不仅与骨组织有良好的结合性能，且具有一定的抑菌性能，在临床能可基本发挥替代关节软骨的生理功能，无疑是一种较为理想的改性材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型的具有抗菌活性的仿生人工软骨材料及其制备方法。为了实现本专利技术目的，本专利技术提供的具有抗菌活性的仿生人工软骨材料，所述材料为ε-聚赖氨酸接枝改性的聚乙烯醇。本专利技术中，所述聚乙烯醇的分子量为10～20万Da，所述ε-聚赖氨酸的分子量为3800～4200Da。本专利技术的具有抗菌活性的仿生人工软骨材料可按照以下方法制备得到：将100.0g聚乙烯醇加入到2000mL90～100℃水中完全溶解，然后用酸调节体系pH值到2～4，然后加入0.1～5wt％的ε-聚赖氨酸，在95℃～100℃水中回流6～8小时，然后用碱调节体系pH值到7.5±0.5，即得。优选地，将100.0g聚乙烯醇加入到2000mL95℃水中完全溶解，然后用酸调节体系pH值到2～4，然后加入0.1～1wt％的ε-聚赖氨酸。本专利技术中，所述酸选自稀盐酸、稀硫酸、对甲苯磺酸等质子酸中的至少一种；所述碱包括但不限于NaOH溶液。本专利技术还提供所述仿生人工软骨材料在制备人工软骨假体中的应用。将ε-聚赖氨酸接枝改性的聚乙烯醇用一定比例的注射用水溶解，溶解温度在95～100℃，所得溶液浓度为10～30wt％，机械搅拌6～8小时，冷却至40～60℃(优选60℃)，将其浇注于模具中，然后冷冻干燥，冻干至水分含量为60～80％，辐照灭菌后即得人工软骨假体。所述冷冻干燥的条件为：于-30℃～-15预冻60～90min，将体系抽真空至30～150MPa，然后以0.5～1.2℃/min的速率升温至-5℃，升华干燥30～60min，取出恢复至室温即可。本专利技术还提供由所述仿生人工软骨材料制备的人工软骨假体。本专利技术提供的具有抗菌活性的仿生人工软骨材料具有良好骨组织相容性，改善了单纯聚乙烯醇材料在临床应用上的不足，但引入ε-聚赖氨酸量过大则会引起仿生人工软骨产品物理机械性能的下降，主要表现在压缩强度的下降，材料耐疲劳寿命的缩短以及摩擦系数的增加等。本专利技术还提供所述仿生人工软骨材料在制备软骨损伤修复材料中的应用。借由上述技术方案，本专利技术至少具有下列优点及有益效果：本专利技术通过改性将ε-聚赖氨酸接枝到聚乙烯醇材料上，在不影响聚乙烯醇水凝胶基本性能的条件下，改善其与骨组织的生物相容性，且具有一定的抑菌性能，以改善单纯聚乙烯醇水凝胶在临床应用上的不足。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。以下实施例中对仿生人工软骨进行性能评价，主要的评价项目有，体外细胞毒性，试验方法参考GB/T16886.1-2001第5部分：体外细胞毒性试验方法；压缩强度测试，试验方法参考GB/T1041-1992塑料压缩性能试验方法；摩擦系数测定，试验方法参考GB10006-88塑料薄膜和薄片摩擦系数测定方法。实施例1具有抗菌活性的仿生人工软骨及其制备方法取100.0g聚乙烯醇(1799型，购于上海麦克林试剂有限公司)，加入到2000mL95℃的热水中完全溶解，然后加入少量质子酸，如稀盐酸，稀硫酸，对甲苯磺酸等中的一种或几种，调节体系pH值到2～4之间，然后加入0.1gε-聚赖氨酸材料(分子量在3800～4200之间，由郑州拜纳佛生物工程有限公司提供)，在95℃～100℃热水中回流6～8小时，然后用NaOH溶液调节pH值到7.5±0.5之间，4℃冷藏备用。取50.0g粉末状ε-聚赖氨酸接枝改性的聚乙烯醇，加入到200.0g注射用水中，回流加热至95～100℃，机械搅拌6～8小时，冷却至60℃左右，将其浇注于模具中，然后冷冻干燥，冻干至水分含量为72±1.5％，Co60辐照灭菌后得仿生人工软骨，样品编号记为0-1。实施例2具有抗菌活性的仿生人工软骨及其制备方法将实施例1中ε-聚赖氨酸材料的加入量改为0.5g，其它条件保持不变，样品编号记为0-5。实施例3具有抗菌活性的仿生人工软骨及其制备方法将实施例1中ε-聚赖氨酸材料的加入量改为1.0g，其它条件保持不变，样品编号记为1-0。实施例4具有抗菌活性的仿生人工软骨及其制备方法将实施例1中ε-聚赖氨酸材料的加入量改为2.0g，其它条件保持不变，样品编号记为2-0。实施例5具有抗菌活性的仿生人工软骨及其制备方法将实施例1中ε-聚赖氨酸材料的加入量改为5.0g，其它条件保持不变，样品编号记为5-0。实施例6具有抗菌活性的仿生人工软骨及其制备方法将实施例1中ε-聚赖氨酸材料的加入量改为8.0g，其它条件保持不变，样品编号记为8-0。对比例取50.0g聚乙烯醇(1799型，购于上海麦克林试剂有限公司)，加入到200.0g注射用水中，回流加热至95～100℃，机械搅拌6～8小时，冷却至60℃左右，将其浇注于模具中，然后冷冻干燥，冻干至水分含量为72±1.5％，辐照灭菌后得仿生人工软骨，样品编号记为0-0。收集上面实施例所制备的样品，进行相关性能评价，结果见表1：表1样品测试结果样品编号体外细胞毒性等级压缩强度(MPa)摩擦系数0-00级3.10.040-10级4.00.040-50级4.90.041-00级5.80.062-00级6.00.105-01级5.60.138-03级5.30.31从表1可知，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有抗菌活性的仿生人工软骨材料，其特征在于，所述材料为ε‑聚赖氨酸接枝改性的聚乙烯醇。

【技术特征摘要】
1.一种具有抗菌活性的仿生人工软骨材料，其特征在于，所述材料为ε-聚赖氨酸接枝改性的聚乙烯醇。2.根据权利要求1所述的仿生人工软骨材料，其特征在于，所述聚乙烯醇的分子量为10～20万Da，所述ε-聚赖氨酸的分子量为3800～4200Da。3.权利要求1或2所述仿生人工软骨材料的制备方法，其特征在于，将100.0g聚乙烯醇加入到2000mL90～100℃水中完全溶解，然后用酸调节体系pH值到2～4，然后加入0.1～5wt％的ε-聚赖氨酸，在95℃～100℃水中回流6～8小时，然后用碱调节体系pH值到7.5±0.5，即得。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将100.0g聚乙烯醇加入到2000mL95℃水中完全溶解，然后用酸调节体系pH值到2～4，然后加入0.1～1wt％的ε-聚赖氨酸。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述酸选自稀盐酸、稀硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙乐青，翟晖，张玉兰，李湘杰，李次会，
申请(专利权)人：北京大清生物技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11