一种用于生物活性玻璃与壳聚糖复合骨修复材料，由下法制得：将壳聚糖加入到稀盐酸溶液中，搅拌至壳聚糖完全溶解，得到溶液Ⅰ；在β-甘油磷酸钠中加蒸馏水，搅拌，过滤除菌得溶液Ⅱ；将溶液Ⅱ和溶液Ⅰ混合，搅拌1-2小时得溶液Ⅲ；取生物活性玻璃加入溶液Ⅲ中，搅拌36-48小时得溶液Ⅳ；将所制成的溶液Ⅳ注入模具后烘干至Ⅳ液成凝胶状，-80℃冷冻后干燥得到生物活性玻璃与壳聚糖复合支架材料。本发明专利技术制备工艺较简单，工艺参数较易控制。生物活性玻璃分散性和热稳定性较好，制备出的生物活性玻璃与壳聚糖复合骨修复材料有良好的生物活性及生物相容性，力学性能良好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物医学工程领域，具体为一种用于骨修复的生物活性玻璃与壳聚糖复合支架材料及其制备方法和应用。
技术介绍
由于创伤、感染、肿瘤、先天畸形等各种原因导致骨缺损仍然是临床上未能解决的难题。虽然自体骨移植是目前治疗上述问题的最佳选择，但以其来源有限，且自体骨移植可对供区造成一定损害，有时甚至带来一些并发症，常不能完全满足临床需求。自1992年 Nakahara等将细胞和多孔羟基磷灰石结合，提出“骨组织工程”的概念以来，骨组织工程已成为骨修复研究领域的热点，并为骨缺损的修复开辟了新的途径。骨组织工程学的基本思路是将特异性成骨细胞种植于具有一定生物特性的并在人体内可逐渐降解吸收的支架材料上，经三维立体培养，形成细胞生物材料复合物移入机体特定的部位，在支架材料逐步被人体降解吸收的同时，细胞不断增殖并分泌基质，最终形成新的具有与原功能和形态一致的骨组织。生物活性玻璃(Bioactive Glass，BG)是一种多相复合材料，具有不同程度的表面溶解能力，生物相容性好。在人体组织液的作用下，可通过生物环境中的化学反应，在生物活性玻璃和溶液界面形成一层多孔SiO2凝胶层。随着骨胶原纤维的长入以及玻璃体内Ca2+ 和Po4-离子向纤维周围扩散、沉积与钙化，最终形成与人体骨骼无机盐相似的羟基磷灰石。 随着骨胶原纤维的长入以及玻璃体内Ca2+和PO4-离子向纤维周围扩散、沉积与钙化，最终形成与人体骨骼无机盐相似的羟基磷灰石。生物活性玻璃与骨之间的界面键合形成后，与正常愈合的骨折界面强度等效。生物活性玻璃还具有良好的骨传导和骨形成促进作用，能够在材料组织界面引起细胞内和细胞外反应，其S相和G2/M相的细胞数量明显增加。Valimaki等将生物活性玻璃微球植入鼠胫骨骨缺损处发现，它能引起骨基质持续有效地增加，骨改建加速。而^an等将生物活性玻璃粉末制成多孔的玻璃陶瓷植入狗的大腿肌肉内3个月，组织学检查显示其组成与正常骨组织一致，而非病理性骨化。壳聚糖对多种组织细胞的黏附和增殖具有促进作用，是一种理想的天然可降解的阳离子多糖。壳聚糖还具有天然的药物活性、抗肿瘤活性、消炎作用，能加快创伤愈合，作为细胞、生长因子载体和支架材料已被用于皮肤、神经、骨和软骨以及肝脏组织工程中，还成功地用作手术缝合线、伤口敷料、药物缓释剂、缺损填充物及组织工程支架。壳聚糖作为术后防粘连膜、透析膜、药物控制、毒物吸附分离剂、载药微球、骨科齿科修复材料在生物医学中也被广泛的应用。另外CS还与硫酸软骨素共混形成透光性、通透性、生物降解性、生物相容性很好的膜片，为活性人工角膜培养提供了适合角膜细胞帖附生长、无免疫原性、可生物降解性的载体支架。壳聚糖与骨细胞具有较好的组织相容性，这也是决定壳聚糖在骨组织工程中应用的关键因素。其生物功能性亲水表面，可促进细胞黏附、增殖、分化。韩国％01等发现，植人壳聚糖海绵支架的大鼠颅骨成骨细胞其数目和钙沉积量随时间而不断增加，碱性磷酸酶的活性也有提高。Lahiji等在体外研究中发现，壳聚糖可促进成骨细胞增生和表达I型胶原。说明壳聚糖作为支架材料不仅可以支持成骨细胞生长，还能促进其功能表达，具有良好的生物相容性。壳聚糖与糖胺聚糖的结构类似，在体内可被降解为氨基葡萄糖，被人体吸收。作为一种生物可降解性材料，壳聚糖的降解率与其结晶度及脱乙酰化作用呈反比。其在体内的一般不引起抗原反应。很多研究者，如Li等都检验了宿主细胞对壳聚糖植人物的反应。总的说来，这些材料引起了最小的异物反应，并且没有纤维包裹。由此可见，生物活性玻璃陶瓷在体内显示了长期的结构稳定性，良好的生物相容性。并且，它还具有一定的骨传导能力，有研究发现，将颗粒状的生物活性玻璃和生物活性玻璃纤维植入动物骨组织均显示其有成骨作用。尽管如此，生物活性玻璃仍然存在一定的缺陷①生物活性玻璃含有的硅成分在体内不能完全降解，其代谢机理尚不清楚；②生物玻璃的机械强度较低，脆性大，尤其是其抗弯强度差；③生物玻璃对细胞的调节机制尚不完全明确。因此，现今国际上对于生物活性玻璃的研究主要侧重于如下几个方面①进一步改进玻璃制备工艺，包括采用溶胶一凝胶法、液相反应技术等低温制备技术，以避免传统高温熔融法对其材料生物活性的影响。②通过调整玻璃材料组分的构成及应用表面改性技术， 开发出具有更高生物活性和完全降解性能的新型生物玻璃，以满足临床需求。③将生物玻璃和其它生物材料相复合，从而提高其抗拉强度、抗弯强度以及弹性模量。使之与人体骨组织的力学性能相匹配，满足材料在不同降解阶段的力学要求。④进一步从材料的微观结构以及分子基因水平研究生物玻璃对细胞的调控作用，从而从仿生学角度，制备与人体骨结构成分接近的支架材料。本专利技术选择生物活性玻璃与壳聚糖复合支架。在此过程中，一方面，我们采用的冷冻干燥技术可避免高温熔融法对生物活性玻璃活性的影响；另一方面，我们利用合适的造孔剂来调控于支架材料的形状、孔尺寸、孔隙率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种生物活性玻璃与壳聚糖复合支架材料及其制备方法和应用，该复合支架材料强度和热稳定性较好，可用作骨修复材料。本专利技术提供的技术方案是一种用于骨修复的生物活性玻璃与壳聚糖复合支架材料，由下法制得将壳聚糖加入到0. lmmol/ml的稀盐酸溶液中，搅拌至壳聚糖完全溶解，得到壳聚糖浓度为2. 0g/100ml 的溶液I ；在β-甘油磷酸钠中加蒸馏水(优选三蒸水)，搅拌至其完全溶解得56g/100ml 的β -甘油磷酸钠水溶液，过滤除菌得溶液II ；按1 -J的质量比例将溶液II和溶液I混合， 200-400 rpm下搅拌1_2小时得溶液III ；按生物活性玻璃与壳聚糖质量比为3 2^1 2的比例，取生物活性玻璃加入溶液III中，200-400 rpm下搅拌36-48小时得溶液IV ；将所制成的溶液IV注入模具后烘干至IV液成凝胶状，-80°C冷冻后干燥得到断裂强度2. 1 MI^a以上的生物活性玻璃与壳聚糖复合支架材料。所述生物活性玻璃为SOum-IOOum的粉末，所述壳聚糖的脱乙酰度> 92%。本专利技术生物活性玻璃与壳聚糖质量比为1. 5 :Γ1. 2 1时，得到的生物活性玻璃与壳聚糖复合支架材料的断裂强度在4. 3 MPa以上。当生物活性玻璃与壳聚糖质量比为1. 5 41得到的生物活性玻璃与壳聚糖复合支架材料的断裂强度约为5 MPa0本专利技术所述的生物活性玻璃与壳聚糖复合支架材料作为骨修复材料或骨固定材料的应用。本专利技术的突出特点是①本专利技术的生物活性玻璃与壳聚糖复合骨修复支架材料制备工艺参数较易控制。②本专利技术的生物活性玻璃的粒径较小，分散性较好，粒径为80-100um。③复合支架具有明确相互贯通的多孔结构，孔径大小约在100 μ m _300μπι，各孔径之间、不同层次之间有通道相连，具备利于细胞、组织生长的三维空间结构。④本专利技术的复合支架材料热稳定性较好，在45°C以前没有任何的质量丢失(图5 所示为复合支架材料DSC热分析结果提示45°C以前没有任何的质量丢失)。5本专利技术的复合支架材料具有良好的力学性能，并具有良好的生物相容性(图6 所示为复合支架材料与干细胞共培养5天光镜下图片，可见大量的细胞黏附于材料表面； 图7所示为复合支架材料与干细胞共培养5天电镜下图片，可本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种生物活性玻璃与壳聚糖复合支架材料，由下法制得：将壳聚糖加入到０．１ｍｍｏｌ／ｍｌ的稀盐酸溶液中，搅拌至壳聚糖完全溶解，得到壳聚糖浓度为２．０ｇ／１００ｍｌ的溶液Ⅰ；在β－甘油磷酸钠中加蒸馏水，搅拌至其完全溶解得５６ｇ／１００ｍｌ的β－甘油磷酸钠水溶液，过滤除菌得溶液Ⅱ；按１：７的质量比例将溶液Ⅱ和溶液Ⅰ混合， ２００－４００ ｒｐｍ下搅拌１－２小时得溶液Ⅲ；按生物活性玻璃与壳聚糖质量比为３：２～１：２的比例，取生物活性玻璃加入溶液Ⅲ中， ２００－４００ ｒｐｍ下搅拌３６－４８小时得溶液Ⅳ；将所制成的溶液Ⅳ注入模具后烘干至Ⅳ液成凝胶状，－８０℃冷冻后干燥得到生物活性玻璃与壳聚糖复合支架材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：祝少博，孙晨，
申请(专利权)人：祝少博，
类型：发明
国别省市：83
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