一种复合骨修复材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及生物材料技术领域，尤其涉及一种复合骨修复材料及其制备方法与应用。本发明专利技术提供的一种复合骨修复材料，包括：第一组份：骨粉，第二组份：壳聚糖和丝素蛋白；其中，第一组份与第二组份的质量比为75～85：15～25；壳聚糖和丝素蛋白的质量比为45～55：45～55；其中，复合骨修复材料的制备方法包括：将壳聚糖、丝素蛋白、骨粉与乙酸溶液进行混合，而后进行冷冻干燥，得到冻干材料，再将冻干材料进行交联；控制冻干材料的水分含量为2％以下。本发明专利技术制备的复合骨修复材料，与人体松质骨孔隙率以及力学性能相近，且具有体内血管化及成骨的突出潜力，在受损骨组织的修复临床应用中展现出巨大的前景。大的前景。大的前景。

【技术实现步骤摘要】
一种复合骨修复材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及生物材料
，尤其涉及一种复合骨修复材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]人体的主要结构组织中，骨起到提供支撑和保护各种器官，调节血液pH值，产生骨细胞并对多种干细胞(造血细胞和间充质)提供微环境的作用，但随着社会老龄化问题日益严重，骨骼系统疾病的发病率也呈现持续上升趋势。骨质疏松症、骨关节炎、成骨不全、骨髓炎等外伤、骨科手术(即全关节置换术、脊柱关节固定术、植入物固定等)和原发肿瘤切除术往往会造成不同成都的骨损伤和缺损。这些都需要医用骨科材料的植入来恢复和重建受损骨组织的结构和功能。因此，骨科修复材料是近年来医用材料领域研究的重点之一。
[0003]以同种异体骨粉为基础，复合聚合物形成三维多孔结构为骨科材料研究者们提供了新的方向。但骨粉本身结构松散很难形成多孔支架，特别是承重部位的骨组织修复时，将直接骨粉填充在缺损部位很难起到支撑作用，并且容易松散进入周围组织形成异位骨。
[0004]作为植入性修复材料，临床应用前进行灭菌处理为通用要求，并且要求无菌度水平达到SAL10
‑6级别，而该类材料主要以射线辐照方式进行终端灭菌处理，然而目前现有的方案中天然生物材料在经过辐照灭菌后通常会导致材料结构松散，力学性能较差，降解过快，不能满足天然骨的生长速率，且降解产物容易堆积，无法代谢。

技术实现思路

[0005]为解决上述缺陷，本专利技术首先提供一种复合骨修复材料，包括：
[0006]第一组份：骨粉，
[0007]第二组份：壳聚糖和丝素蛋白；
[0008]其中，第一组份与第二组份的质量比为75～85：15～25；
[0009]所述壳聚糖和丝素蛋白的质量比为45～55：45～55；
[0010]其中，所述复合骨修复材料的制备方法包括：将所述壳聚糖、丝素蛋白、骨粉与乙酸溶液进行混合，而后进行冷冻干燥，得到冻干材料，再将所述冻干材料进行交联；
[0011]控制所述冻干材料的水分含量为2％以下。
[0012]目前，蚕丝丝素蛋白/壳聚糖(以下简称SF/CS)支架在骨组织工程中应用广泛，其主要是将成骨细胞作为种子细胞，与SF/CS等支架材料进行体外复合培养，然而骨组织工程成本高，质量控制难度大，临床应用安全性难以保证，不具备产业化的条件。
[0013]本专利技术尝试将壳聚糖和丝素蛋白引入生物材料中作为体内移植材料，然而体内移植材料完全不同于上述体外复合，且体外试验也并不能反映出该材料长期植入体内可能发生的生物学反应。经过大量研究后本专利技术意外发现，将壳聚糖和丝素蛋白引入生物材料中时，通过控制冻干材料的水分含量的同时优化组份间和组份中的用量关系，能够使得所述复合骨修复材料实现接近人体松质骨的孔隙率和力学性能，应用其有望实现大段骨缺损的
修复。
[0014]优选地，在所述复合骨修复材料中，所述骨粉的质量占比为75～85wt％。
[0015]优选地，所述的复合骨修复材料包括如下重量份组分：75～85份骨粉、7.5～12.5份壳聚糖和7.5～12.5份丝素蛋白。
[0016]本专利技术发现，上述组分的协同能使材料结构更均匀紧密，且在经过辐照灭菌后仍保持一定的力学性能，降解速率可以满足骨的生长速率，有助于新骨形成。
[0017]本专利技术还提供所述复合骨修复材料的制备方法，包括：
[0018]S1：将壳聚糖、丝素蛋白、骨粉与乙酸溶液进行混合，得到混合物；
[0019]S2：将所述混合物倒入模具，先在
‑
40℃及以下温度冷冻，而后在以下条件下进行冷冻干燥，得到海绵状冻干材料，控制冻干材料水分含量为2％以下；
[0020]所述冷冻干燥的条件包括：先在
‑
25～
‑
15℃、50Pa下保持7～9h，再在
‑
10～
‑
5℃、50Pa下保持3～5h，而后在5～10℃、50Pa下保持7～9h，最后在20～25℃、50Pa下保持3～5h；
[0021]S3：将所述冻干材料在交联剂的无水乙醇溶液中进行化学交联，而后清洗、冷冻干燥后获得复合骨修复材料；
[0022]S4：将所述复合骨修复材料进行灭菌。
[0023]本专利技术发现，通过上述冻干曲线所述的冻干方法能够有效保证交联前过程品(冻干材料)的水分含量在2wt％以下，进而制备出孔隙率、孔隙结构可控的、具有较高力学性能的三维多孔支架材料，该材料在大段骨缺损修复中具有广阔的应用前景。此外，本专利技术还进一步发现将冻干品在其不可溶的乙醇溶液中进行化学交联，交联更均一，能够有效避免材料中只有局部组分过分交联而其他部分未充分交联的不足。
[0024]本专利技术中，壳聚糖在微酸环境下与骨粉中羟基磷灰石之间的电荷吸引，使骨粉在支架溶液中分散更均匀。壳聚糖与丝素蛋白间通过氢键、静电相互作用结合，使支架结构更稳固，骨粉壳聚糖和丝素蛋白混合均匀。
[0025]作为优选，所述S3中，所述乙醇溶液为无水乙醇。
[0026]本专利技术发现，乙醇中若含有水会在一定程度上影响交联效果，当使用无水乙醇时，交联效果更好。
[0027]作为优选，所述交联剂为摩尔比为1.5～2.5：1的EDC和S
‑
NHS；更优选地，摩尔比为2：1。
[0028]作为优选，所述灭菌通过25kGy的γ射线辐照进行。
[0029]作为本专利技术的一种优选实施方案，壳聚糖/丝素蛋白/骨粉复合骨修复材料(也简称CS
‑
SF
‑
B)的制备方法包括：
[0030](1)配制浓度2wt％乙酸溶液，并以此作为溶剂，配制浓度为3.3wt％壳聚糖的乙酸溶液；
[0031](2)配制浓度为5wt％丝素蛋白水溶液；
[0032](3)将所述壳聚糖的乙酸溶液、所述丝素蛋白水溶液和骨粉充分混合均匀，以干物质量计算，壳聚糖、丝素蛋白和骨粉的质量比为7.5～12.5：7.5～12.5：75～85；
[0033](4)将所述混合物倒入模具，先在
‑
40℃及以下温度冷冻，而后在以下条件下进行冷冻干燥，得到海绵状冻干材料；
[0034]所述冷冻干燥的条件包括：先在
‑
25～
‑
15℃、50Pa下保持7～9h，再在
‑
10～
‑
5℃、
50Pa下保持3～5h，而后在5～10℃、50Pa下保持7～9h，最后在20～25℃、50Pa下保持3～5h；
[0035]优选地，先在
‑
20℃、50Pa下保持8h，再在
‑
5℃、50Pa下保持4h，而后在5℃、50Pa下保持8h，最后在25℃、50Pa下保持4h，取出后脱模，获得一次冻干过程品(含水量小于2％)；
[0036](5)在一次冻干过程品中加入交联剂溶液；所述交联剂溶液为50mMEDC、25m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合骨修复材料，其特征在于，包括：第一组份：骨粉，第二组份：壳聚糖和丝素蛋白；其中，第一组份与第二组份的质量比为75～85：15～25；所述壳聚糖和丝素蛋白的质量比为45～55：45～55；其中，所述复合骨修复材料的制备方法包括：将所述壳聚糖、丝素蛋白、骨粉与乙酸溶液进行混合，而后进行冷冻干燥，得到冻干材料，再将所述冻干材料进行交联；控制所述冻干材料的水分含量为2％以下。2.根据权利要求1所述的复合骨修复材料，其特征在于，在所述复合骨修复材料中，所述骨粉的质量占比为75～85wt％。3.根据权利要求1或2所述的复合骨修复材料，其特征在于，包括如下重量份组分：75～85份骨粉、7.5～12.5份壳聚糖和7.5～12.5份丝素蛋白。4.权利要求1～3任一项所述的复合骨修复材料的制备方法，其特征在于，包括：S1：将壳聚糖、丝素蛋白、骨粉与乙酸溶液进行混合，得到混合物；S2：将所述混合物倒入模具，先在
‑
40℃及以下温度冷冻，而后在以下条件下进行冷冻干燥，得到冻干材料，控制冻干材料水分含量为2％以下；所述冷冻干燥的条件包括：先在
‑
25～
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15℃、50Pa下保持7～9h，再在
‑
10～
‑
5℃、50P...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓明，邸明照，陈颖，李湘杰，李旭浩，李智峰，
申请(专利权)人：北京科健生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：