溶胶凝胶生物玻璃-高分子杂化材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了溶胶凝胶生物活性玻璃-高分子杂化材料的制备方法，首先进行高分子分子链端基的官能团修饰，在端基形成硅烷氧基基团，再将经端基修饰的高分子与溶胶凝胶生物玻璃的前躯体溶液混合，实现高分子烷氧端基基团与溶胶凝胶生物活性玻璃前躯体烷氧基团间的共水解及脱水共聚合反应，获得具有高分子分子链结构的生物活性玻璃网络结构。最后，再经过陈化、脱水、干燥以及热处理，得到溶胶凝胶生物活性玻璃与高分子的分子杂化复合材料。该复合材料可以用于骨组织、软组织等的修复。由于材料体系中含有高分子成分，材料的韧性比以往的烧结法以及溶胶凝胶生物活性玻璃都有显著改善，并利于制备体积大的修复材料及制品。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无机-有机杂化复合材料
，具体涉及溶胶凝胶生物活性玻璃-高分子杂化材料的制备方法。
技术介绍
骨组织是人体重要的组织器官，其主要功能是运动、支持和保护身体，同时也是人体重要的造血器官，以及贮存钙磷矿物的重要器官。骨组织的缺损将对人体健康及日常生活产生重大的影响。但由于先天性和创伤性的原因，在骨科、牙科、颌面外科、整形外科等临床上，由骨肿瘤、骨囊肿等原因导致骨切除造成的骨缺损病例非常多。骨组织切除后，不但造成相关功能的缺失，同时由于骨组织的切除，与周围组织的解剖结构、力学结构关系发生改变，也容 易引起周围组织相应的并发症发生。如上颌骨切除后导致的听力丧失；桡骨头切除术后出现肘骨关节炎、关节对合异常等；胸椎肿瘤切除后，脊椎可能出现屈曲畸形、脱位等，再次导致截瘫。因此，在骨切除术中，通常需要相应的骨填充材料来替代切除的骨组织，以保证相应缺损组织的部分功能在术后仍然得以保存。目前临床常用的骨填充修复材料主要有生物源性的骨组织如自体骨、同种异体骨或异种骨；天然材料如改性处理的珊瑚等；以及合成无机材料，如硫酸钙、碳酸钙、羟基磷灰石、磷酸三钙以及生物玻璃等。总体而言，自体填充修复材料修复效果最好，但存在供应有限的问题。同种异体以及异种材料也有较好的修复效果，但由于存在免疫及病理的问题，在临床上也未得到广泛的应用。天然来源的钙磷材料，以及合成类的无机材料来源广泛，化学结构稳定，目前在临床上应用广泛。但在应用过程中也发现，无机材料由于自身分子结构的特性，修复材料存在脆性大、加工难、粉末应用不方便等缺点，也不是最好的骨修复材料。生物活性玻璃是一种具有优良生物相容性的及生物活性的无机类生物活性材料，它能够在植入部位迅速发生一系列表面反应，形成与骨和软组织都能产生良好结合的羟基磷灰石层，促进骨组织的再生，受到了相关研究人员的重视。但生物玻璃属于无机材料，仍然存在脆性大、加工难、粉末应用不方便等问题。有机无机复合材料能够在一定程度上改善材料的成型性，调控材料的力学性能与生物学性能。但目前研究的复合材料都是大尺寸的杂化材料，如目前研究较多的可降解聚酯类高分子与羟基磷灰石、磷酸三钙、生物玻璃等无机材料形成的复合材料。仅仅停留在大尺度上的杂化仍然无法满足对骨填充修复材料同时必须具备生物学活性、可降解性能、力学适配性能提出的要求。小尺度的杂化，即在纳米尺度及分子水平上的杂化，才是最终解决对上述多功能需求的生物活性可降解复合材料的方法。虽然大尺度杂化和小尺度杂化的材料在组成和原子或分子的排布上是一样的，但有机高分子与无机材料在分子水平上形成的杂化材料，由于其特殊的分子结构特点，能够在材料内部同时实现不同类型化学键的共存与结合，如高分子的共价键与无机材料的离子键的化学结合，并且这种结合是在分子水平、纳米尺度上的结合，使得材料能够既具有无机材料的特性，同时也能够具有有机高分子的特点，作为组成物质聚集态的有机、无机相小尺度杂化的纳米结构表现出特有的纳米协同效应，形成的新材料还能够具有比以往单独的高分子、无机材料更加优异的性能，从而得到性能独特的新材料，表现出许多人们所需求的优良的性能。溶胶凝胶生物玻璃的制备是通过硅氧烷前驱体中烷氧键水解成硅羟基，再通过硅羟基的缩合脱水，形成生物玻璃的大分子硅氧网络复合体。基于上述溶胶凝胶生物玻璃的合成原理，将高分子端基用含有硅烷氧基的基团进行端基修饰，通过硅烷氧基的水解反应形成硅羟基，并与溶胶凝胶玻璃前驱体中的硅羟基团进行共缩合，实现高分子与生物玻璃网络复合体的分子杂化。通过有机-无机分子杂化比例，以及有机成分分子链长短的控制，实现对杂化材料生物活性及力学性能的综合调节，制备具有临床应用意义的分子杂化无机-有机生物活性玻璃复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有溶胶凝胶生物活性玻璃的脆性大、粉末应用不便的不足，提供溶胶凝胶生物活性玻璃-高分子杂化复合材料的制备方法。 本专利技术的目的通过以下技术方案实现溶胶凝胶生物活性玻璃-高分子杂化材料的制备方法，包括如下步骤( I)将闻分子与异氛酸基烧基烧氧基娃烧进行反应，得到烧氧基娃氧烧基封端的高分子;(2)将步骤(I)得到的烷氧基硅氧烷基封端的高分子与生物活性玻璃的前躯体的水溶液进行搅拌混合，进行共水解及脱水聚合反应；其中烷氧基硅氧烷基封端的高分子的质量百分比为60°/Γ 0%，生物玻璃的前驱体的质量百分比为40°/Γ90% ；(3)对步骤(2)得到的产物进行陈化处理后进行干燥处理；(4)将步骤(3)得到的产物进行热处理，得到生物玻璃-高分子杂化材料。步骤(2)所述共水解及脱水聚合反应的反应温度为4°C 40°C，pH值范围为4 9，反应时间不少于2小时。所述pH值采用盐酸、氨水、氢氧化钠或者氢氧化钾进行调节。步骤(3)所述陈化处理的反应温度为4°C ^lOO0C。步骤(4)所述热处理的温度为100°C 800°C。步骤(I)所述高分子为双羟基、氨基端基高分子或多羟基、氨基端基高分子，数均分子量为100 20000。步骤(2)还加入具有治疗作用的药物、生物活性分子溶液、缓释制剂、基因载体或负电性高分子。步骤(I)所述异氛酸基烧基烧氧基娃烧为单烧氧基、双烧氧基或二烧氧基。生物活性玻璃的前躯体包含质量百分比为30°/Γ80%的SiO2,质量百分比为10% 40%的CaO，质量百分比为1°/Γ10%的P2O5，质量百分比为0 20%的NaO。步骤(3)所述干燥为冷冻干燥或者超临界干燥。与现有材料相比，本专利技术具有如下优点和效果(I)传统溶胶凝胶生物玻璃在陈化排水过程中，容易开裂，难以制备大块材料，而采用有机分子进行杂化后，高分子分子链能够在陈化过程中稳定硅氧网络结构，减少并避免材料的塌陷及开裂，利于制备大块的材料。其次，由于体系中存在高分子的结构，材料的脆性大大降低，韧性及加工性能得到改善。(2)本专利技术制备的溶胶凝胶生物活性玻 璃-高分子杂化复合材料保留了溶胶凝胶生物玻璃的优异性能(体外矿化实验结果表明该修复材料在模拟体液中能够在表面形成钙磷沉积)，预期能够在植入部位发生一系列表面反应，形成与骨产生良好结合的类骨钙磷沉积，促进骨组织的再生。附图说明图I为本实施例制备的溶胶凝胶生物玻璃-高分子杂化材料与聚乙二醇(PEG)的红外图谱。图2为PEG在模拟体液中矿化7天表面SEM图。图3为本实施例制备的胶凝胶生物玻璃-高分子杂化材料在模拟体液中矿化7天表面SEM图片。图4为本实施例制备的胶凝胶生物玻璃-高分子杂化材料的表面沉积物的能谱图。具体实施例方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例I将16g的双端基为羟基的聚乙二醇(PEG) 200与37. 2g异氰酸基三乙氧基硅烷进行反应，得到53. 4g端基含有乙氧基硅基的聚乙二醇。将53. 4g该分子与15. 6g四乙氧基硅烷、I. 8g磷酸三乙酯、18. 8g硝酸钙一同放入50毫升水中，用IM的稀盐酸调pH值至6. 8，在15°C时，用磁力搅拌器800转/分钟搅拌3h，进行共水解反应。取共水解产物10ml，力口入O. 2g透明质酸，IOOng骨形态发生蛋白BMP于溶液中，混合均匀。4°C陈化10天后，置于-20°C冰箱中7d，然后冷冻干燥处理48小时，再本文档来自技高网...

【技术保护点】
溶胶凝胶生物活性玻璃？高分子杂化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将高分子与异氰酸基烷基烷氧基硅烷进行反应，得到烷氧基硅氧烷基封端的高分子；（2）将步骤（1）得到的烷氧基硅氧烷基封端的高分子与生物活性玻璃的前躯体的水溶液进行搅拌混合，进行共水解及脱水聚合反应；其中烷氧基硅氧烷基封端的高分子的质量百分比为60%~10%，生物玻璃的前驱体的质量百分比为40%~90%；（3）对步骤（2）得到的产物进行陈化处理后进行干燥处理；（4）将步骤（3）得到的产物进行热处理，得到溶胶凝胶生物活性玻璃？高分子杂化材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴刚，邓春林，黄超，陈龙，陈晓峰，王迎军，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：