高强度的羟基磷灰石-竹基生物活性支架及其制备方法技术

一种高强度的羟基磷灰石

【技术实现步骤摘要】
高强度的羟基磷灰石
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竹基生物活性支架及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高强度的羟基磷灰石
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竹基生物活性支架及其制备方法，以及将所述支架用于修复骨缺损的制备方法和用途，属生物材料领域。

技术介绍

[0002]移植骨替代材料是临床上修复骨缺损的一种常用的有效策略，然而，传统的骨替代材料却难以同时提供骨再生所需的力学性能和生物活性；人体中的骨是一种力学性能优异的天然材料，具有从纳米到微米尺寸的多级有序结构，其中精细的微纳米界面以及多级孔道等复杂结构是在人工合成材料中难以完全复制的；生物模板法是近些年来发展起来的一种制备多级结构材料策略，该方法利用天然材料本身作为生物模板指导材料的生长，进而得到具有多级结构的材料，竹子也是一种典型的高强高韧的天然材料，竹子中的纤维束结构以及薄壁组织基质不但具有支撑植物体的功能，同时竹子中也遍布着从几微米到几十微米不等的大量毛细管通道，具有良好的毛细作用，其中的导管、气孔等结构对于运输其生长所需的水分、氧气及各种营养物质起着重要作用；因此，竹子无论从在材料的结构上还是在生物学功能上，都是制备具有类骨功能性生物医用材料的极好模板。
[0003]传统获取竹纤维的方式多是经过碱性溶液或者过氧化物溶液加热处理，竹子原有的结构遭到破坏，竹子解聚分散成一根根的竹纤维；本专利中，通过生物模板和生物矿化相结合的方法制备了羟基磷灰石
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竹基生物活性支架，且采用了常温、长时间浸泡的方法进行木质素的脱除。这一方法工艺简单，条件易于控制，处理方式温和，可以在完全去除竹子中木质素同时，保持竹子原有的结构不遭受破坏，进而可以有效保持竹子原有的多级孔道结构和力学强度。
[0004]羟基磷灰石
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竹基生物活性支架具有良好的力学强度、液体输运性能和细胞相容性等性能，是一种潜在的用于承重部位骨缺损修复的生物活性植入材料，因此，本专利制备的高强度羟基磷灰石修饰的竹基生物活性支架具有很强的实用意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种通过生物模板和生物矿化相结合的方法制备的羟基磷灰石修饰的竹基生物活性支架；通过对该支架的结构、成分、力学性能、液体输运性能和体外细胞相容性等性能进行系统地评估，以确定其是否能够成为用于承重部位骨缺损修复的生物活性植入材料。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种羟基磷灰石
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竹基生物活性支架，包括竹基模板和包裹在竹基模板支架表面的经模拟体液矿化处理后形成的羟基磷灰石纳米颗粒层；所述竹基模板为经脱木质素处理的具备竹子原有的竹纤维之间的结合方式和多级孔道结构，所述脱木质素溶液包括质量分数为5
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20％的亚氯酸盐溶液与0.1
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0.5％聚乙二醇辛基苯基醚，所述亚氯酸盐溶液与所述聚乙二醇辛基苯基醚的质量比为10
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200:1。
[0007]本专利技术提供的支架，竹基模板并未破坏竹子原有的多级结构，因而可以有效保持
竹子本身的力学强度。此外，矿化处理形成的羟基磷灰石层均匀的覆盖在竹基模板的细胞壁表面，从而进一步的提升了材料的力学强度。本专利技术将天然竹子去除天然表皮后进行脱木质素处理，在常温下将其浸泡于所述脱木质素溶液中进行处理。本专利技术的处理方式温和，经脱木质素后的竹基模板支架颜色为白色，其中的木质素得到了有效的脱除，并且没有破坏竹纤维之间的结合，进而可以有效保持竹子原有的多级孔道结构和力学强度。
[0008]在所述竹基生物活性支架中，所述竹基模板的Ca/P比优选为1.67
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1.85，所述竹基模板的Ca/P比越接近羟基磷灰石的Ca/P比，则容易使植入材料与骨组织相结合，提高修复效果。
[0009]在一优选方案中，包裹在竹基模板支架表面的经模拟体液矿化处理后形成的羟基磷灰石纳米颗粒层中，所述颗粒的直径为小于500纳米。
[0010]较佳地，所述模拟体液pH为7～7.45，接近人体组织体液的pH。使用模拟体液可以更好地模拟本专利技术的竹基模板支架在生物体内的反应情况。经过试验可以发现所述竹基模板支架可以在模拟体液中形成羟基磷灰石纳米颗粒层，这说明所述竹基模板具有生物活性，并可作为植入体应用。
[0011]在一优选方案中，本专利技术提供的所述复合生物活性支架的抗弯强度为221～261MPa，抗压强度为94～119MPa。又，所述复合生物活性支架的弯曲模量为8～10GPa，压缩模量为2.5～4GPa。
[0012]采用静态机械测试机测定支架的抗弯强度、抗压强度，并根据应力
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应变曲线计算支架的模量。竹基模板并未破坏竹子原有的多级结构，因而可以有效保持竹子本身的力学强度。此外，矿化处理形成的羟基磷灰石层均匀的覆盖在竹基模板的细胞壁表面，从而进一步的提升了材料的力学强度。
[0013]在一优选方案中，本专利技术提供的所述复合生物活性支架对模拟体液沿逆重力方向的输运速率为0.8～2.5mm/s。
[0014]第二方面，本专利技术提供一种羟基磷灰石
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竹基生物活性支架的制备方法，包括以下步骤：a)将天然竹块去除内外表皮，常温下经过脱木质素溶液浸泡处理后，取出超声水洗至溶液澄清，干燥得到脱木质素的竹基模板；b)然后将所述竹基模板浸入10～200mg/mL氯化钙溶液中12～48小时以吸附溶液中的钙离子；c)将吸附钙离子的竹基模板取出干燥后进行生物矿化处理，制得羟基磷灰石修饰的竹基生物活性支架。
[0015]本专利技术通过生物模板和生物矿化相结合的方法制备了羟基磷灰石
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竹基生物活性支架，工艺比较简单，条件易于控制，处理方式温和，可以在完全去除竹子中木质素同时，仍能保持竹子原有的结构不遭受破坏，进而可以有效保持竹子原有的多级孔道结构和力学强度。
[0016]将天然竹块去除内外表皮，常温下经过脱木质素溶液浸泡处理后；浸泡时间优选为7～60天。
[0017]较佳地，所述亚氯酸盐溶液为亚氯酸钠、亚氯酸钙、亚氯酸镁中的至少一种。
[0018]较佳地，所述生物矿化包括将干燥的竹基模板支架浸入模拟体液环境中矿化1～
10天，优选为矿化3～7天。矿化时间过短，竹基生物活性支架中颗粒尺寸过大且Ca/P比过高于羟基磷灰石；矿化时间过长，矿化产生的无机颗粒会一定程度上堵塞竹子的孔道结构，降低材料的液体运输性能。所述模拟体液环境包括模拟体液溶液和37℃的体内温度环境。矿化7天后得到的羟基磷灰石
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竹基生物活性支架具有与皮质骨相似的力学性能其抗弯强度和抗压强度分别可达到241.5MPa和104.3MPa；并且该支架在具有较高机械强度的同时可以保持较低的模量，其弯曲模量和压缩模量分别为8.8GPa和3.1Gpa。
[0019]本专利技术通过生物模板和生物矿化相结合的方法制备的羟基磷灰石
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竹基生物活性支架，具有良好的力学强度、液体输运性能和细胞相容性等性能，是一种潜在的用于承重部位骨缺损修复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种羟基磷灰石
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竹基生物活性支架，其特征在于，包括竹基模板和包裹在竹基模板支架表面的经模拟体液矿化处理后形成的羟基磷灰石纳米颗粒层；所述竹基模板为经脱木质素溶液处理的具备竹子原有的竹纤维之间的结合方式和多级孔道结构。2.根据权利要求1所述的羟基磷灰石
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竹基生物活性支架，其特征在于，所述竹基模板的Ca/P比为1.67～1.85。3.根据权利要求1或2所述的羟基磷灰石
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竹基生物活性支架，其特征在于，所述羟基磷灰石纳米颗粒层中颗粒的直径小于500纳米。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的羟基磷灰石
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竹基生物活性支架，其特征在于，所述复合生物活性支架的抗弯强度为221～261 MPa，抗压强度为94～120MPa，弯曲模量为8～10GPa，压缩模量为2.5～3.4GPa。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的生物活性支架，其特征在于，支架对模拟体液沿逆重力方向的输运速率0.6～3mm/s。6.一种羟基磷灰石
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竹基...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴成铁，薛健民，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：