本发明专利技术属于生物医用材料领域，特别涉及用于骨修复的明胶/纳米骨磷灰石的多孔骨修复框架材料及其制备方法与应用。本发明专利技术是在明胶溶液中，经明胶分子诱导钙、磷离子的均匀成核及其后续的纳米骨磷灰石晶体的生长，最终经冷冻干燥法得到的磷酸钙盐与明胶分子分散均匀的多孔骨修复框架材料。该多孔骨修复框架材料的纳米骨磷灰石的Ca/P的摩尔比值为1～2.2，纳米骨磷灰石与明胶的质量含量比为1.2∶1～1∶33。该多孔骨修复框架材料具有良好的生物相容性和生物降解性，并能够承受一定的压缩应力，其韧性随着明胶含量的增加而增加，可以作为骨，牙齿或整形手术中的填充材料使用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物医用材料领域，特别涉及一种经由生物矿化原理制备得到的明胶/纳米骨磷灰石的多孔骨修复框架材料，以及该多孔骨修复框架材料的制备方法与应用。
技术介绍
自然骨是钙磷盐经过非胶原大分子的诱导成核，并经胶原大分子规范生长而成的具有精密分级结构的复杂生物矿化系统。非胶原大分子是由十八种氨基酸组合排列而成的蛋白质大分子，其分子链上具有有利于钙磷盐成核位点，可以有效降低钙磷离子从溶液中沉淀的界面能。胶原大分子也是由十八种氨基酸组合排列而成的蛋白质大分子，但是胶原大分子由两条a I和一条a 2链左旋而成，其分子链上的羧基和氨基基团大多参与了胶原纤维分子内的化学键和，只有少数的基团暴露在外，成为规范钙磷盐生长的基点。明胶是胶原降解的产物，它不仅保持了胶原作为生物材料所特有的一些优点。与胶原相比，明胶无抗原性，植入体内无免疫排斥反应；而且价格便宜，易溶于水，容易处理；明胶的结构单元为甘氨酸-脯氨酸和羟脯氨酸与赖氨酸(Gly-Pro-Hyp-Hyl)，是柔性两性电解质，有利于细胞粘连。所以利用明胶作为钙磷盐成核与生长的模板，模拟生物矿化体系，制备化学成份与自然骨类似的骨修复复合材料也是必然选择。中国专利(申请号200810052418.1)公开了一种纳米片状羟基磷灰石与明胶复合材料和制备方法。该材料的羟基磷灰石含量高达33%以上，并且具有片层状结构，层间距为5. 8 6. 3nm,使羟基磷灰石和明胶二者达到纳米尺度上的复合。但是该材料还不是钙磷盐与明胶的分子程度上的复合。中国专利(申请号200410003454. 0)公开了一种生物矿化丝蛋白/高分子复合多孔框架材料及其制备方法。该方法首先经由生物矿化原理获得丝蛋白与钙磷盐的沉淀物，然后将该沉淀物进一步与生物相容性较好的高分子复合，得到的多孔框架材料具有良好的生物相容性和生物降解性，能够用于临床修复。但是该制备方法还是比较繁琐，溶解高分子时会用到一些有毒的有机试剂。韩国的Hae-Won Kim等人利用生物矿化原理合成了明胶和纳米轻基磷灰石复合的多孔材料(Kim H-ff, Knowles JC, Kim H-E. Porous scaffolds of gelatin-hydroxyapatitenanocomposites obtained by biomimetic approach Characterization and antibioticdrug release. Journal of Biomedical Materials Research Part B AppliedBiomaterials 2005 ；74B(2) :686-698.)。该多孔材料中的纳米羟基磷灰石的比例最高占到了 30wt %，孔隙率达到89 92 %，孔径大小在0. 5 I ii m和300 500 u m。作者利用该多孔材料包覆了抗菌药物四环素，研究了四环素在该材料中的释放效率，结果表明四环素释放速率可控。但是作者只研究 了 Ca/P为1. 667的钙磷盐与明胶的复合材料。本专利技术利用生物矿化原理，直接在明胶溶液中制备出多种钙磷盐与明胶分子分散均匀的多孔骨修复框架材料。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种成本低的可用于骨修复的明胶/纳米骨磷灰石的多孔骨修复框架材料；本专利技术使得纳米骨磷灰石和明胶二者达到分子尺度上的复合，达到模拟天然骨组织结构的多孔框架材料。本专利技术的目的之二在于提供一种制备工艺简单，可适合规模化生产的经由生物矿化原理进行制备明胶/纳米骨磷灰石的多孔骨修复框架材料的方法。本专利技术的目的之三在于提供明胶/纳米骨磷灰石的多孔骨修复框架材料的应用。本专利技术的可用于骨修复的明胶/纳米骨磷灰石的多孔骨修复框架材料，是利用生物矿化原理直接从水溶液中制备明胶与纳米骨磷灰石的多孔复合材料，该多孔复合材料与自然骨有类似的化学组成；其中，纳米骨磷灰石的Ca/p的摩尔比值为I 2. 2，纳米骨磷灰石与明胶的质量含量比为1. 2 :1 1: 33。所述的多孔骨修复框架材料中可进一步含有消炎药物、鹿茸多肽或骨生长诱导因子中的一种。所述的多孔骨修复框架材料的孔隙率为35% 90%;所述的多孔骨修复框架材料的孔径为30 500 u m。所述的明胶是交联的明胶或未交联的明胶。所述的交联的明胶或未交联的明胶选自交联的或未交联的骨胶、交联的或未交联的皮胶、交联的或未交联的 鱼胶中的一种或几种。本专利技术的可用于骨修复的明胶/纳米骨磷灰石的多孔骨修复框架材料的制备方法包括以下步骤I)将明胶颗粒加入到去离子水中溶胀形成明胶溶液(可在加热至35°C 75°C的条件下进行明胶颗粒的溶胀)，然后向明胶溶液中加入磷酸盐固体，搅拌使磷酸盐充分溶解，得到混合均匀的溶液；其中磷酸盐的加入量是根据纳米骨磷灰石的Ca/P的摩尔比和纳米骨磷灰石与明胶颗粒的质量比例计算加入的(优选磷酸盐与明胶颗粒的质量比为1: 2 1: 20);用碱液调节溶液的pH，使其达到反应所需的pH条件(优选pH为5 11);2)将钙盐加入到去离子水中，搅拌使钙盐充分溶解；钙盐的加入量是根据纳米骨磷灰石的Ca/P的摩尔比和纳米骨磷灰石与明胶颗粒的质量比例计算加入的(优选钙盐与步骤I)所述的明胶颗粒的质量比为3 : 2 1: 7);用碱液调节溶液的pH达到反应所需的PH条件(优选pH为5 11)；3)在温度为20°C 75°C及搅拌(优选搅拌的速率为IOOrpm 3000rpm)条件下，将步骤I)所配制的溶液逐滴滴加到步骤2)所配制的溶液中，在滴加过程中不断用碱液调节反应体系的pH,保持反应在所需的pH条件(优选pH为5 11);步骤I)所配制的溶液滴加完毕后，得到一乳白色的液体；保持反应体系在反应所需的pH条件(优选pH为5 11)、反应温度为20°C 75°C及搅拌(优选搅拌的速率为IOOrpm 3000rpm)条件下陈化得到纳米骨磷灰石和明胶的混合物，该混合物为乳白色的液体(陈化的时间可为0小时 7天)；4)将步骤3)得到的纳米骨磷灰石和明胶的混合物冷冻(优选温度为-40°C -196°C )干燥后，可得到本专利技术的可用于骨修复的明胶/纳米磷灰石的多孔骨修复框架材料。所述的多孔骨修复框架材料的孔隙率为35% 90%;所述的多孔骨修复框架材料的孔径为30 500 u m。在步骤I)的混合均匀的溶液中可进一步加入消炎药物、鹿茸多肽或骨生长诱导因子中的一种。消炎药物、鹿茸多肽或骨生长诱导因子的用量是明胶颗粒质量的1%。 10%。所述的消炎药物可以是庆大霉素或万古霉素。所述的骨生长诱导因子可选自骨形态发生蛋白、转化生长因子、成纤维细胞生长因子、胰岛素样生长因子、生长激素中一种。所述的钙盐是硝酸钙、氯化钙或它们的混合物。所述的磷酸盐选自磷酸氢二铵、磷酸氢二钾、磷酸氢二钠、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠中的一种或两种以上的混合物。所述的碱液是氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化铵的水溶液；溶液的优选浓度为0.1M 2M。所述的明胶是交联的明胶或未交联的明胶。在将步骤3)得到的纳米骨磷灰石和明胶的混合物冷冻干燥之前进一步加入交联剂可得到交联的明胶。交联剂的质量浓度为5%。 15% ;交联剂的加入量是每克明胶颗粒优选添加30iU 1000 ill的交联本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于骨修复的明胶/纳米骨磷灰石的多孔骨修复框架材料，其特征是：纳米骨磷灰石的Ca/P的摩尔比值为1～2.2，纳米骨磷灰石与明胶的质量含量比为1.2∶1～1∶33；所述的明胶是交联的明胶或未交联的明胶。
【技术特征摘要】
1.一种用于骨修复的明胶/纳米骨磷灰石的多孔骨修复框架材料，其特征是纳米骨磷灰石的Ca/P的摩尔比值为I 2. 2，纳米骨磷灰石与明胶的质量含量比为1.2 I I 33 ； 所述的明胶是交联的明胶或未交联的明胶。2.根据权利要求1所述的用于骨修复的明胶/纳米骨磷灰石的多孔骨修复框架材料，其特征是所述的多孔骨修复框架材料中含有消炎药物、鹿茸多肽或骨生长诱导因子中的一种。3.根据权利要求2所述的用于骨修复的明胶/纳米骨磷灰石的多孔骨修复框架材料，其特征是所述的消炎药物是庆大霉素或万古霉素； 所述的骨生长诱导因子选自骨形态发生蛋白、转化生长因子、成纤维细胞生长因子、胰岛素样生长因子、生长激素中一种。4.根据权利要求1或2所述的用于骨修复的明胶/纳米骨磷灰石的多孔骨修复框架材料，其特征是所述的多孔骨修复框架材料的孔隙率为35% 90%，孔径为30 500 μ m。5.根据权利要求1所述的用于骨修复的明胶/纳米骨磷灰石的多孔骨修复框架材料，其特征是所述的交联的明胶或未交联的明胶选自交联的或未交联的骨胶、交联的或未交联的皮胶、交联的或未交联的鱼胶中的一种或几种。6.一种根据权利要求1 5任意一项所述的用于骨修复的明胶/纳米骨磷灰石的多孔骨修复框架材料的制备方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤 1)将明胶颗粒加入到去离子水中溶胀形成明胶溶液，然后向明胶溶液中加入磷酸盐固体，搅拌，得到混合均匀的溶液，其中磷酸盐与明胶颗粒的质量比为1: 2 1: 20;用碱液调节溶液的PH为5 11 ； 2)将钙盐加入到去离子水中，搅拌，其中钙盐与步骤I)所述的明胶颗粒的质量比为3 : 2 1: 7 ;用碱液调节溶液的pH为5 11 ; 3)在温度为20°C 75°...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭燕川，马铭，张兵，史京京，王颖，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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