本发明专利技术涉及可降解力学增强型生物玻璃基多孔复合材料及其制备方法。该材料以大孔孔道和介孔孔道组成的生物玻璃多孔支架为基质，相邻大孔孔道相互贯通，在大孔和介孔孔道的内、外表面具有带正、负电荷生物分子交替层－层组装的凝胶层，生物玻璃基质组分以氧化物形式表示的重量百分数含量为：ＣａＯ１６～３８％、Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］０～１０％、ＳｉＯ↓［２］４５～８０％、ＳｒＯ０～０．１％、Ｎａ↓［２］Ｏ０～２２．５％。这种类似细胞外基质的异性电荷生物分子层－层组装修饰的生物玻璃基多孔复合材料，生物活性离子释放速度能有效剪裁控制，孔道壁有利于细胞黏附生长，力学强度、断裂韧性和可切削加工性好，能满足应力集中部位骨齿损伤原位再生治疗的应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于人体骨、齿组织损伤原位再生修复和组织工程细胞支 架的，属于生物医用 材料
技术背景因肿瘤和炎症等所致的骨齿组织坏死、骨质疏松所致的骨流失和骨折、机 械力所致的骨齿缺损等一系列骨缺损的快速、完全再生修复治疗是临床医学的难题。Larry L. Hench教授在40年前首先发现了一种由CaO、 Si02 、 ？205和 Na20组分的化合物烧制而成的玻璃粉末在体液或者模拟体液内诱导类骨磷灰石 沉积，能与活体骨齿组织形成骨性化学键合，并发展成为临床应用的骨齿修复 材料(商品名45S5 Bioglass )。这一材料的发现和应用，使得人们对生物活性 的内涵和生物活性材料的设计有了全新的认识。迄今为止，人们已经发现不少 以钙-硅(CaO-Si02)为基础的无机玻璃或者玻璃陶瓷材料能与骨组织发生直接结 合，植入体与组织界面区域不会形成非黏连性纤维层隔膜。比较以往的金属、 合金材料以及磷酸钙类材料，生物玻璃材料在骨齿损伤修复效果上有了很大改 善和提高(美国专利US6338751)。现有技术中，各种生物玻璃材料以烧结微颗粒体、生理液调和形成的糊状 物或者与生物相容性有机分子复合的系列材料被广泛研究，并部分得到临床应 用。譬如，临床上多以粉末、糊状物等用于牙周病治疗(倍骼生，PerioglasTM)、 非应力集中骨损伤再生修复(固骼生，NovaboneTM)、消除皮肤病炎症和微生物感 染(中国专利99802296.9和99813123.7)以及口腔保健(诺华敏，NovaMinTM;中 国专利97193085.6)，并在人工关节表面涂层改性应用(美国专利US6299930和 5977204)、加速烧伤和创伤愈合(肌肤生，Dermglas ;中国专利03109623.9和 97191524.5)和治疗溃疡及糜烂性伤口敷料中具有良好疗效(中国专利 200410018370.4)。但是，生物玻璃块材尤其是其多孔材料的强度低、脆性高以 及可切削性加工差等因素的制约，长期以来临床上沿用粉末或糊状物填充方式 开展骨齿损伤修复治疗，块体材料在应力集中部位骨损伤修复中的应用极为有 限。生物玻璃这类无机非晶材料的物理化学特点表现为粉末颗粒与组织液一旦 接触会发生快速表面反应，硅、钙、磷等离子释放，同时无机离子溶出速度与 生物玻璃中碱金属离子含量、烧结温度、颗粒度、比表面积等因素密切相关。一直以来，为避免过高剂量无机离子溶出和积累引起细胞活性下降和炎性反应， 临床应用通常为微米级大粒径玻璃粉末，因而这又出现填充物降解较慢、修复 期长等问题。近年来，随着再生医学研究的兴起，骨损伤治疗中传统的替代(R印lacement) 和修补(Repair )模式正逐渐被调控骨髓间充质干细胞和成骨母细胞为核心的原 位再生(Regeneration)模式转变。理想的原位再生植入材料必须具有负荷最大量 细胞的高渗透性多孔网络、优良的骨诱导性和传导性、支持成骨相关细胞生长 和功能分化的表面化学性质和微结构、以及与骨再生相匹配的降解性能。不仅 如此，骨骼作为协调人类肌体负重和协调运动的关键器官，原位再生植入材料 与损伤部位的力学强度、弹性模量和断裂韧性匹配性尤为关键。但是，设计力 学性能满足原位诱导组织再生的多孔生物玻璃材料仍然面临巨大挑战。在现有技术中，生物玻璃多孔材料(>70%孔隙率)抗压强度一般在0.2-2.0 MPa之间，低温烧结造成微颗粒结合强度差，多孔材料发生粉化和掉渣，既 无法满足切削加工的基本需求，脱落的微粒对缺损组织诱发严重炎性反应。反 之，尽管烧结温度提高到1000°C以上能改善其力学性能，但是完全结晶造成材 料的降解性显著下降，也不利于临床应用。另有一种以无机元素硅为主要活性 诱导物质、钙和磷元素为协同活性物质、有机聚合物为载体的生物玻璃多孔块 体材料，这一材料尽管显示出主动诱导人体成骨细胞增殖、分化和骨形成相关 基因和蛋白表达，骨形成速度加快等生物学性质，但是在制备方法上没有解决 材料力学强度低的问题，不适宜临床上应力集中部位骨损伤修复应用(中国专利 01113076.8)。中国专利200310122616.8公开的一种采用表面活性剂自组装、结 合溶胶-凝胶法合成的纳米介孔以及介孔-大孔生物玻璃粉体材料。这种材料各组 元均匀分布也制约了活性物质可控制地释放，高比表面性质决定了活性物质短 期内降解过快，势必会造成细胞活性下降，快速老化和凋亡，该材料直接应用 于临床修复的前景不高。中国专利200580030278.2公开的一种由生物活性玻璃 粉末制备高抗压强度多孔材料的方法，但是采用高温烧结制备完全结晶的多孔 陶瓷降解性缓慢，并且力学测试试样(直径x高度09x6mm)与国内外相关材料 试样的尺度标准(直径<高度)存在显著差异，并仅在牺牲孔隙率(40%)和孔道贯通 率前提下才能得到较高的抗压强度。为改善生物玻璃多孔材料的力学性能，国内外广泛采用有机-无机杂化工艺 制备多孔生物玻璃类复合材料，但是其机械性能的改善并未得到根本突破 (RezwanaK等，^'oumteWtf/s. 2006; 27: 3413)。现有的制备技术存在两个突出问题 一是生物活性玻璃多孔块体材料构筑常沿用微米级颗粒粉末，微粒受力 在微纳观尺度上相互传递相当有限，因此抗压强度仍然很低(-3MPa); 二是有机-无机杂化设计中有机组分的选择上，仅重视生物相容性等基本指标，纳米层次甚至分子水平上无机-有机之间的强相互作用因素不被重视；有机分子与生物 玻璃二者性质存在较大差异，二者相容性较差造成界面结合强度低，高分子基 质在生物玻璃表面产生收縮变形，两相界面产生微裂纹，力学性能不佳。尤为 重要的是，传统有机-无机杂化设计中，无机组元成为分散或者局部团聚体，外 力作用产生应力集中从而引发材料有机-无机界面失效而微结构过早破坏，复合 材料力学性能的改善效果相当有限。因此，根据现有专利技术、相关文献报道以及临床应用来看，迫切需要探 索和研制在组成与行为上均满足骨齿组织缺损快速完全修复更为理想的生物玻 璃多孔材料，这样的材料在细胞及分子水平上能主动诱导人体内与成骨相关的 细胞进行增殖、分化和基因表达，能任意调控材料中活性物质的释放速度，以 满足对骨形成相关的细胞产生最佳刺激所需要剂量配伍，并且还必须具备优越 的力学性能以承载骨损伤部位应力冲击而不被破坏的生物力学要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于人体骨、齿组织损伤原位再生修复和组织工 程细胞支架的。可降解力学增强型生物玻璃基多孔复合材料，其特征在于它以大孔孔道和 介孔孔道组成的生物玻璃多孔支架为基质，相邻大孔孔道相互贯通，在大孔和 介孔孔道的内、外表面具有带正、负电荷生物分子交替层-层组装的凝胶层，生 物玻璃基质组分以氧化物形式表示的重量百分数含量为CaO16 38%P2O50~10%Si02 45 腦SrO0 0.1%Na20 0~22.5%，上述组分之和为100%。上述的可降解力学增强型生物玻璃基多孔复合材料的大孔孔径为50 600微 米，介孔孔径为10 50纳米。上述的可降解力学增强型生物玻璃基多孔复合材料的的抗压强度为15~36 MPa，断裂韧性0.5~1.0 MPa本文档来自技高网...
【技术保护点】
可降解力学增强型生物玻璃基多孔复合材料，其特征在于它以大孔孔道和介孔孔道组成的生物玻璃多孔支架为基质，相邻大孔孔道相互贯通，在大孔和介孔孔道的内、外表面具有带正、负电荷生物分子交替层－层组装的凝胶层，生物玻璃无机基质组分以氧化物形式表示的重量百分数含量为： ＣａＯ １６～３８％； Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］ ０～１０％； ＳｉＯ↓［２］ ４５～８０％； ＳｒＯ ０～０．１％； Ｎａ↓［２］Ｏ ０～２２．５％，上述组分之和为１００％。
【技术特征摘要】
1.可降解力学增强型生物玻璃基多孔复合材料，其特征在于它以大孔孔道和介孔孔道组成的生物玻璃多孔支架为基质，相邻大孔孔道相互贯通，在大孔和介孔孔道的内、外表面具有带正、负电荷生物分子交替层-层组装的凝胶层，生物玻璃无机基质组分以氧化物形式表示的重量百分数含量为CaO 16～38％；P2O5 0～10％；SiO2 45～80％；SrO 0～0.1％；Na2O 0～22.5％，上述组分之和为100％。2. 根据权利要求1所述的可降解力学增强型生物玻璃基多孔复合材料，其 特征在于大孔的孔径为50~600微米，介孔的孔径为10~50纳米。3. 根据权利要求1所述的可降解力学增强型生物玻璃基多孔复合材料，其 特征在于所说的正电荷生物分子是几丁聚糖、聚组氨酸、聚赖氨酸或聚精氨酸。4. 根据权利要求1所述的可降解力学增强型生物玻璃基多孔复合材料，其 特征在于所说的负电荷生物分子是海藻酸钠、透明质酸、聚天门冬氨酸、透明 质酸无机盐和聚天门冬氨酸无机盐中的一种或几种混合。5. 根据权利要求1所述的可降解力学增强型生物玻璃基多孔复合材料，其 特征在于复合材料的抗压强度为15 36MPa，断裂韧性0.5 1.0MPa.m2,弹性模 量25(K600MPa，塑性变形率为15~33%。6. 根据权利要求1所述的可降解力学增强型生物玻璃基多孔复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤1) 将石蜡微球置于抽滤漏斗中形成排列规则的堆砌阵列，经40'C热处理使 得相邻微球表面黏结，形成多孔模板，真空条件下，将含CaO 16 38%、 P205 0~10°/。、 SiO2 45~80%、 Na2O0 22.5。/。...
【专利技术属性】
技术研发人员：苟中入，丁干，张新立，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。