CN102145196A

CN102145196A - 一种具有抗感染能力骨组织工程支架材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102145196A
Application number: CN2011100843992A
Authority: CN
Inventors: 王常勇; 李俊杰; 杨桂利; 郝彤
Original assignee: Institute of Basic Medical Sciences of AMMS
Current assignee: Institute of Basic Medical Sciences of AMMS
Priority date: 2011-04-02
Filing date: 2011-04-02
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2031-04-02
Also published as: CN102145196B

Abstract

本发明公开了属于骨组织工程生物材料制备技术领域的一种具有抗感染能力骨组织工程支架材料及其制备方法。该骨组织工程支架材料含有纳米银、羟基磷灰石、葡聚糖和壳聚糖。本发明的制备方法简单，在葡聚糖存在的条件下分别制备得纳米银和羟基磷灰石，然后将纳米银和羟基磷灰石分散到葡聚糖和壳聚糖的混合液中，戊二醛交联后置于低温冰箱中预冻，冷冻干燥后获得三维多孔支架材料。该骨组织工程支架材料具有适宜于成骨细胞生长的空间结构和适宜的力学性能和降解特性，还具有持久、高效的杀菌特点，优良的生物相容性，能够促进骨组织的再生。

Description

一种具有抗感染能力骨组织工程支架材料及其制备方法

技术领域

本发明属于骨组织工程生物材料制备技术领域，具体涉及一种具有抗感染能力骨组织工程支架材料及其制备方法。

背景技术

骨组织工程策略是治疗骨缺损，特别是大骨缺损的有效手段之一。将骨组织工程支架材料植入缺损部位时不可避免的要与周围组织直接接触，因而手术后，感染比较严重，从而影响缺损部位的修复。因此生物材料应该具有优良的抗菌活性以减小感染的可能性同时提高支架材料的长期保存性能。目前常采用在骨组织工程支架材料中载入抗菌药物(例如，庆大霉素、头孢类的抗菌药物)赋予其抗感染能力。但是这些药物过多的引入，会产生副作用。

银作为抗菌剂使用已有几个世纪的历史，纳米技术的发展使银作为抗菌剂的使用具有潜在的优势和宽广的应用。利用壳聚糖、葡聚糖以及羟基磷灰石为主要成分，制备骨组织工程支架材料，能最大限度地模拟天然骨的组成，在其中引入纳米银能赋予其抗感染能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有抗感染能力的骨组织工程支架材料。

本发明的目的还在于提供一种具有抗感染能力的骨组织工程支架材料的制备方法。

一种具有抗感染能力的骨组织工程支架材料，其特征在于，所述骨组织工程支架材料含有纳米银、羟基磷灰石、葡聚糖和壳聚糖；骨组织工程支架材料的孔隙率大于86％，孔径为100-300μm。

所述纳米银、羟基磷灰石、葡聚糖、壳聚糖所占骨组织工程支架材料的总质量的百分比分别为：2-40％、20-50％、5-50％、20-50％。

所述纳米银的粒径在2-20nm之间，羟基磷灰石的粒径在20-100nm之间。

一种具有抗感染能力的骨组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行：

(1)称取葡聚糖，将其溶于去离子水中，制备成质量浓度为0.2％-1％葡聚糖溶液，搅拌直至全部溶解；

(2)将硝酸银溶于葡聚糖溶液中，形成浓度为0.01-1M的AgNO₃-葡聚糖溶液，将其置入冰浴器中冷却10分钟，然后向冷却的AgNO₃-葡聚糖溶液中加入过量的硼氢化钠并搅拌，当溶液变成亮黄色后停止搅拌，离心，用水冲洗，真空干燥获得纳米银粉末；

(3)将Na₂HPO₄溶于葡聚糖溶液中，形成0.5M的Na₂HPO₄溶液，向其中滴加一定量的0.5M的CaCl₂溶液，使Ca与P的物质量比为1.67，充分搅拌后，用氢氧化钠溶液调节pH＞8.5，搅拌1-5小时后，静置12-48小时后，冷冻干燥获得羟基磷灰石粉末；

(4)称取壳聚糖，溶于质量浓度为1-3％的醋酸溶液中，形成质量浓度为2％的壳聚糖溶液备用；称取葡聚糖溶于去离子水中，形成质量浓度为2％的葡聚糖溶液备用；将两者混合，充分搅拌后获得壳聚糖和葡聚糖的混合溶液；

(5)将纳米银粉末和羟基磷灰石粉末加入壳聚糖和葡聚糖的混合溶液中，大功率超声分散，形成均一稳定的分散液；

(6)在分散液中加入质量浓度为0.25％的戊二醛溶液，充分搅拌后，倒入模具中成型，置于超低温冰箱中，调节超低温冰箱温度为-20℃～-65℃，冷冻12小时以上，然后冷冻干燥获得多孔三维支架；

(7)将冷冻干燥的多孔三维支架浸泡在1％的氢氧化钠溶液中12小时以上，用水冲洗；然后浸泡在1％的硼氢化钠溶液中12小时以上，用水冲洗，冷冻干燥，获得具有抗感染能力骨组织工程支架材料。

所述壳聚糖和葡聚糖的混合溶液中壳聚糖与葡聚糖的质量比为(1∶9)-(9∶1)。

本发明的有益效果：本发明的骨组织工程支架材料具有持久、高效的杀菌、抗感染能力，为骨缺损的修复提供一种新型的支架材料。本发明骨组织工程支架材料制备方法简单，制备的多孔支架材料具有适合于成骨细胞生长的空间结构，同时具有优良的力学性能和生物相容性。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明做进一步说明。

实施所用的主要原料为壳聚糖(脱乙酰度95％分子量20万)、葡聚糖、硝酸银、磷酸氢二钠、氯化钙、氢氧化钠、戊二醛、硼氢化钠、乙酸、等均为化学纯。

实施例一：

(1)称取0.1g葡聚糖，将其溶于50ml去离子水中，制备成质量浓度为0.2％葡聚糖溶液，搅拌直至全部溶解。

(2)将6.8g硝酸银(AgNO₃)溶于50ml葡聚糖溶液中，形成浓度为0.8M的AgNO₃-葡聚糖溶液，然后将其置入冰浴器中冷却10分钟。然后在其中加入过量的硼氢化钠并搅拌；当溶液变成亮黄色后停止搅拌；离心、用水冲洗、真空干燥获得纳米银粉末。

(3)将3.2g磷酸氢二钠(Na₂HPO₄)溶于葡聚糖溶液中，形成0.5M的Na₂HPO₄溶液，向其中滴加0.5M的CaCl₂溶液，使Ca与P的物质量比例为1.67，充分搅拌后，用氢氧化钠溶液调节其pH＞8.5，搅拌1-5小时后，静置12-48小时后，冷冻干燥获得羟基磷灰石粉末。

(4)称取1g壳聚糖，溶于50ml质量浓度为2％的醋酸溶液中，形成质量浓度为2％的壳聚糖溶液备用；称取9g葡聚糖溶于450ml去离子水中，形成质量浓度为2％的葡聚糖溶液备用；将两者混合，充分搅拌后获得壳聚糖与葡聚糖质量比为1∶9的混合溶液。

(5)称取0.1g纳米银，1g羟基磷灰石，分散于100ml壳聚糖和葡聚糖混合溶液中，大功率超声分散，形成均一稳定的分散液。

(6)在分散液中加入质量浓度为0.25％的戊二醛溶液，充分搅拌后，倒入模具中成型，置于超低温冰箱(-20℃)中冷冻12小时以上，然后冷冻干燥获得多孔三维支架。

(7)将冷冻干燥的多孔三维支架浸泡在1％的氢氧化钠溶液中12小时以上，用大量的水冲洗；然后浸泡在1％的硼氢化钠溶液中12小时以上，用大量的水冲洗，次冷冻干燥，获得具有抗感染能力骨组织工程支架材料。

实施例二：

(1)称取0.2g葡聚糖，将其溶于50ml去离子水中，制备成质量浓度为0.4％葡聚糖溶液，搅拌直至全部溶解。

(2)将3.4g硝酸银(AgNO₃)溶于50ml葡聚糖溶液中，形成浓度为0.4M的AgNO₃-葡聚糖溶液，然后将其置入冰浴器中冷却10分钟，然后在其中加入过量的硼氢化钠并搅拌，当溶液变成亮黄色后停止搅拌，离心、用水冲洗、真空干燥获得纳米银粉末。

(3)将3.2g磷酸氢二钠(Na₂HPO₄)溶于葡聚糖溶液中，形成0.5M的Na₂HPO₄溶液；向其中滴加0.5M的CaCl₂溶液，使Ca与P的物质量比例为1.67，充分搅拌后，用氢氧化钠溶液调节其pH＞8.5，搅拌5小时后，静置48小时后，冷冻干燥获得羟基磷灰石粉末。

(4)称取1.4g壳聚糖，溶于70ml质量浓度为1％的醋酸溶液中，形成质量浓度为2％的壳聚糖溶液备用；称取0.6g葡聚糖溶于30ml去离子水中，形成质量浓度为2％的葡聚糖溶液备用；将两者混合，充分搅拌后获得壳聚糖与葡聚糖质量比为7∶3的混合溶液

(5)称取0.1g纳米银，1g羟基磷灰石，分散于100ml壳聚糖和葡聚糖的混合溶液中，大功率超声分散，形成均一稳定的分散液。

(6)在分散液中加入质量浓度为0.25％的戊二醛溶液，充分搅拌后，倒入模具中成型，置于超低温冰箱(-35℃)中冷冻12小时以上，然后冷冻干燥获得多孔三维支架。

(7)将冷冻干燥的多孔三维支架浸泡在1％的氢氧化钠溶液中12小时以上，用大量的水冲洗，然后浸泡在1％的硼氢化钠溶液中12小时以上，用大量的水冲洗，冷冻干燥，获得具有抗感染能力骨组织工程支架材料。

实施例三：

(1)称取0.3g葡聚糖，将其溶于50ml去离子水中，制备成质量浓度为0.6％葡聚糖溶液，搅拌直至全部溶解。

(2)将0.085g硝酸银(AgNO₃)溶于50ml葡聚糖溶液中，形成浓度为0.01M的AgNO₃-葡聚糖溶液，然后将其置入冰浴器中冷却10分钟，然后在其中加入过量的硼氢化钠并搅拌，当溶液变成亮黄色后停止搅拌，离心、用水冲洗、真空干燥获得纳米银粉末。

(3)将3.2g磷酸氢二钠(Na₂HPO₄)溶于葡聚糖溶液中，形成0.5M的Na₂HPO₄溶液，向其中滴加0.5M的CaCl₂溶液，使Ca与P的物质量比例为1.67；充分搅拌后，用氢氧化钠溶液调节其pH＞8.5；搅拌1-5小时后，静置12-48小时后，冷冻干燥获得羟基磷灰石粉末。

(4)称取1g壳聚糖，溶于50ml质量浓度为3％的醋酸溶液中，形成质量浓度为2％的壳聚糖溶液备用；称取0.5g葡聚糖溶于50ml去离子水中，形成质量浓度为2％的葡聚糖溶液备用；将两者混合，充分搅拌后获得壳聚糖与葡聚糖质量比为2∶1的混合溶液。

(5)称取0.4g纳米银，1g羟基磷灰石，分散于100ml壳聚糖和葡聚糖的混合溶液中，大功率超声分散，形成均一稳定的分散液。

(6)在分散液中加入质量浓度为0.25％的戊二醛溶液，充分搅拌后，倒入模具中成型，置于超低温冰箱(-45℃)中冷冻12小时以上，然后冷冻干燥获得多孔三维支架。

(7)将冷冻干燥的多孔三维支架浸泡在1％的氢氧化钠溶液中12小时以上，用大量的水冲洗；然后浸泡在1％的硼氢化钠溶液中12小时以上，用大量的水冲洗，冷冻干燥，获得具有抗感染能力骨组织工程支架材料。

实施例四：

(1)称取0.4g葡聚糖，将其溶于50ml去离子水中，制备成质量浓度为0.8％葡聚糖溶液，搅拌直至全部溶解。

(2)将0.85g硝酸银(AgNO₃)溶于50ml葡聚糖溶液中，形成浓度为0.1M的AgNO₃-葡聚糖溶液，然后将其置入冰浴器中冷却10分钟，然后在其中加入过量的硼氢化钠并搅拌，当溶液变成亮黄色后停止搅拌，离心、用水冲洗、真空干燥获得纳米银粉末。

(3)将3.2g磷酸氢二钠(Na₂HPO₄)溶于葡聚糖溶液中，形成0.5M的Na₂HPO₄溶液，向其中滴加一定量的0.5M的CaCl₂溶液，使Ca与P的物质量比例为1.67；充分搅拌后，用氢氧化钠溶液调节其pH＞8.5；搅拌1-5小时后，静置12-48小时后，冷冻干燥获得羟基磷灰石粉末。

(4)称取1g壳聚糖，溶于50ml质量浓度为2％的醋酸溶液中，形成质量浓度为2％的壳聚糖溶液备用；称取0.25g葡聚糖溶于25ml去离子水中，形成质量浓度为2％的葡聚糖溶液备用；将两者混合，充分搅拌后获得壳聚糖与葡聚糖质量比为4∶1的混合溶液。

(5)称取0.2g纳米银，2g羟基磷灰石，分散于100ml壳聚糖和葡聚糖的混合溶液中，大功率超声分散，形成均一稳定的分散液。

(6)在分散液中加入质量浓度为0.25％的戊二醛溶液，充分搅拌后，倒入模具中成型，置于超低温冰箱(-55℃)中冷冻12小时以上，然后冷冻干燥获得多孔三维支架。

实施例五：

(1)称取0.5g葡聚糖，将其溶于50ml去离子水中，制备成质量浓度为1.0％葡聚糖溶液，搅拌直至全部溶解。

(2)将1.7g硝酸银(AgNO₃)溶于50ml葡聚糖溶液中，形成浓度为0.2M的AgNO₃-葡聚糖溶液，然后将其置入冰浴器中冷却10分钟，然后在其中加入过量的硼氢化钠并搅拌；当溶液变成亮黄色后停止搅拌；离心、用水冲洗、真空干燥获得纳米银粉末。

(4)称取1g壳聚糖，溶于50ml质量浓度为2％的醋酸溶液中，形成质量浓度为2％的壳聚糖溶液备用；称取0.125g葡聚糖溶于12.5ml去离子水中，形成质量浓度为2％的葡聚糖溶液备用；将两者混合，充分搅拌后获得壳聚糖/葡聚糖质量比为8∶1的混合溶液。

(5)称取0.2g纳米银，2g羟基磷灰石，分散于100ml壳聚糖与葡聚糖溶液中，大功率超声分散，形成均一稳定的分散液。

(6)在分散液中加入质量浓度为0.25％的戊二醛溶液，充分搅拌后，倒入模具中成型，置于超低温冰箱(-65℃)中冷冻12小时以上，然后冷冻干燥获得多孔三维支架。

Claims

1.一种具有抗感染能力的骨组织工程支架材料，其特征在于，所述骨组织工程支架材料含有纳米银、羟基磷灰石、葡聚糖和壳聚糖；骨组织工程支架材料的孔隙率大于86％，孔径为100-300μm。

2.根据权利要求1所述一种具有抗感染能力的骨组织工程支架材料，其特征在于，所述纳米银、羟基磷灰石、葡聚糖、壳聚糖所占骨组织工程支架材料的总质量的百分比分别为：2-40％、20-50％、5-50％、20-50％。

3.根据权利要求1所述一种具有抗感染能力的骨组织工程支架材料，其特征在于，所述纳米银的粒径在2-20nm之间，羟基磷灰石的粒径在20-100nm之间。

4.一种具有抗感染能力的骨组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行：

5.根据权利要求4所述一种具有抗感染能力的骨组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖和葡聚糖的混合溶液中壳聚糖与葡聚糖的质量比为(1∶9)～(9∶1)。