一种可塑形骨修复材料及其制备方法与流程

1.本技术涉及生物医用材料领域，具体而言，涉及一种可塑形骨修复材料及其制备方法。


背景技术：

2.在各种骨移植支架材料中，颗粒状或者块状的支架材料居多，这些材料不仅手术操作不便，而且在填充后与缺损之间的缝隙不易控制，弥合性差，最终延长骨缺损愈合的时间。
3.生物活性玻璃(bioactive glass,bg)是一类具备良好生物活形、骨传导形和生物相容形的骨修复材料。在体液环境中，在其材料表面能够形成与骨组织成分类似的羟基磷灰石(hydroxyapatite,ha)，从而使骨组织与材料之间形成牢固的化学键合，诱导新骨组织形成；此外，其析出的离子，尤其是si和ca离子，能够在基因水平刺激骨细胞从而促进骨组织修复。根据相关文献报道，相较与其它无机陶瓷粒子，如ha、磷酸三钙(tricalcium phosphate,tcp)，bg可以更有效的促进骨组织修复。
4.单独用生物活性玻璃或者其他固体成形材料填补骨缺损，固体难以填充，可能不与骨中的孔隙或者间隙良好吻合，根据以上缺点可将生物活性玻璃与有机大分子组合物混合制备出骨修复组合物。可塑形的骨修复材料作为一种可替代传统颗粒、块状的骨修复材料，其相比固体颗粒(粉末)材料，临床工作者使用方便，国内已获上市审批的只有美国诺邦生物制品公司的一款产品(商品名:novabone)上市销售，但是进口产品价格较为昂贵，因此，研发出一种可塑形的、效果与进口相当、成本相对较低的国产骨修复材料势在必行。


技术实现要素：

5.本技术实施例的目的在于提供一种可塑形骨修复材料及其制备方法，该修复材料类似于橡皮泥可以任意塑形，其旨在充分发挥生物活性玻璃的生物活性。
6.本技术第一方面提供一种可塑形骨修复材料，可塑形骨修复材料主要包括按重量份数计的以下组分：
7.生物活性玻璃35-65份、甘油15-35份、明胶0.5-5份以及聚乙二醇3-15份。
8.单独的生物活性玻璃易脆裂且其固有脆性使其加工困难，无法直接塑形，进行骨缺损部位填充后与原骨间缝隙大，无法充分填充，最终延长骨缺损愈合的时间。在本技术中，以甘油、明胶、聚乙二醇制备出的赋形剂与生物活性玻璃混合后，可以克服单独填充生物活性玻璃填充不充分的缺点，使材料具有优良的可塑性，充分发挥生物活性的玻璃的生物活性，减少骨损伤部分愈合的时间。
9.在本技术第一方面的一些实施例中，生物活性玻璃组成为：x(sio2)
·
y(cao)
·
z(p2o5)，其中，x、y、z的比例为：x为45mol.％～70mol.％，y为15mol.％～38mol.％，z为5mol.％～15mol.％。
10.在本技术第一方面的一些实施例中，生物活性玻璃的ph为6.5～7.5。
11.在本技术第一方面的一些实施例中，生物活性玻璃的粒径满足如下条件：
12.粒径为180～2000μm的生物活性玻璃的质量分数为20％～80％；
13.粒径为75～150μm的生物活性玻璃的质量分数为0％～80％；
14.粒径为25～38μm的生物活性玻璃的质量分数为0％～80％。
15.在本技术第一方面的一些实施例中，聚乙二醇选自peg-400、peg-1000、peg-2000以及peg-6000中的至少一种。
16.本技术第二方面提供一种上述可塑形骨修复材料的制备方法，包括：
17.混合所述甘油、所述明胶以及所述聚乙二醇制得液相赋形剂；
18.混合所述液相赋形剂以及所述生物活性玻璃得到所述可塑形骨修复材料。
19.在本技术第二方面的一些实施例中，混合所述甘油、所述明胶以及所述聚乙二醇制得液相赋形剂的步骤包括：
20.混合所述明胶和部分所述甘油得第一混合液；
21.混合所述聚乙二醇和余下部分所述甘油得第二混合液；
22.混合所述第一混合液和所述第二混合液得到所述液相赋形剂。
23.在本技术第二方面的一些实施例中，混合所述明胶和部分所述甘油得第一混合液的步骤包括：
24.先将所述明胶和部分所述甘油在60～100℃、搅拌转速为500～1000rpm下混合1～12h，然后在-20～15℃下保温6～48h。
25.在本技术第二方面的一些实施例中，混合所述聚乙二醇和余下部分所述甘油得第二混合液的步骤包括：
26.先将所述聚乙二醇和余下部分所述甘油在60～100℃、搅拌转速为200～1000rpm下混合1～12h，然后在-20～15℃下保温6～48h。
27.在本技术第二方面的一些实施例中，第一混合液中所述明胶和所述甘油的质量比为(0.1～1):10。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
29.图1示出了实施例1提供的可塑形骨修复材料效果图。
30.图2示出了实施例1提供的骨修复材料可注射性展示效果图。
31.图3示出了实施例1提供的可塑形骨修复材料体外沉积羟基磷灰石的生成测试结果。
具体实施方式
32.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产
品。
33.下面对本技术实施例的可塑形骨修复材料及其制备方法进行具体说明。
34.可塑形骨修复材料，所述可塑形骨修复材料主要包括按重量份数计的以下组分：
35.生物活性玻璃35-65份、甘油15-35份、明胶0.5-5份以及聚乙二醇3-15份。
36.生物活性玻璃占可塑形骨修复材料重量份的35-65份，例如可以为35份、40份、45份、50份、55份、60份、65份。
37.生物活性玻璃组成为：x(sio2)
·
y(cao)
·
z(p2o5)。其中，x、y、z代表各个组分的摩尔百分数。作为示例性地，在本技术的一些实施例中，x为45mol.％～70mol.％，y为15mol.％～38mol.％，z为5mol.％～15mol.％。
38.例如，x可以为45mol.％、50mol.％、52mol.％、55mol.％、61mol.％、64mol.％、70mol.％等。
39.y可以为15mol.％、19mol.％、21mol.％、26mol.％、29mol.％、32mol.％、35mol.％、38mol.％等。
40.z可以为5mol.％、7mol.％、9mol.％、10mol.％、12mol.％、15mol.％等。
41.在本技术的实施例中，x、y、z的比例为上述值，通过此比例添加原料可制备出一种ph中性的生物活性玻璃，该生物活性玻璃植入体内后不会引起体液ph值的变化，反而能促进骨细胞的增值、粘附、分化。
42.在本技术的一些实施例中，生物活性玻璃x(sio2)
·
y(cao)
·
z(p2o5)，其中的x、y、z也可以为其他值，不仅限于上述的配比。
43.进一步地，在本技术的一些实施例中，生物活性玻璃的ph为6.5～7.5，生物活性玻璃为中性。中性生物活性玻璃适用性更广，植入体内后不会干扰体液微环境，反而能促进骨细胞的增值、粘附、分化。
44.在本技术的实施例中，所述生物活性玻璃的粒径满足如下条件：
45.粒径为180～2000μm的生物活性玻璃的质量分数为20％～80％；
46.粒径为75～150μm的生物活性玻璃的质量分数为0％～80％；
47.粒径为25～38μm的生物活性玻璃的质量分数为0％～80％。
48.换言之，粒径为180～2000μm的部分占生物活性玻璃总量的20％～80％。粒径为75～150μm的部分占生物活性玻璃总量小于或等于80％。粒径为25～38μm的部分占生物活性玻璃总量小于或等于80％。不同粒径分布的生物活性玻璃的组合不仅可以提高单位赋形剂中生物活性玻璃的填充量，而且在生物活性玻璃植入人体矿化后，颗粒间可互相粘接在一起，有机赋形剂降解后形成多孔材料，更加有利于血管长如。
49.甘油占可塑形骨修复材料重量份的15-35份；作为示例性地，甘油占可塑形骨修复材料总重量的15份、17份、19份、20份、22份、24份、25份、35份。
50.明胶占可塑形骨修复材料总重量的0.5-5份；作为示例性地，明胶占可塑形骨修复材料总重量的0.5份、0.8份、1份、2份、4份、5份。
51.聚乙二醇占可塑形骨修复材料总重量的3-15份；作为示例性地，聚乙二醇占可塑形骨修复材料总重量的3份、4份、5份、6份、7份、8份、11份、15份。
52.作为示例性地，在本技术的实施例中，聚乙二醇选自peg-400、peg-1000、peg-2000以及peg-6000中的至少一种。
53.需要说明的是，在本技术的其他实施例中，聚乙二醇也不仅限于上述型号，可以在市面购买其他型号或者自行进行制备。
54.本技术实施例提供的可塑形骨修复材料至少具有以下优点：
55.单独的生物活性玻璃易脆裂且其固有脆性使其加工成形困难，直接填充后与原骨之间的缝隙大，无法实现充分填充，最终延长骨缺损愈合的时间。本技术实施例提供的可塑形骨修复材料中将甘油、明胶以及聚乙二醇制成的赋形剂与生物活性玻璃混合，不仅使材料具有优良的塑形性，使生物活性玻璃在骨缺损位置充分发挥其生物活性，降低愈合所需要的时间，而且材料可以长期保湿，长期贮存，具有很好的临床应用前景。
56.本技术还提供一种上述可塑形骨修复材料的制备方法，包括：
57.混合所述甘油、所述明胶以及所述聚乙二醇制得液相赋形剂；
58.混合所述液相赋形剂以及所述生物活性玻璃得到所述可塑形骨修复材料。
59.先混合甘油、所述明胶以及所述聚乙二醇得到液相赋形剂；然后再将液相赋形剂以及生物活性玻璃混合可以得到上述可塑形骨修复材料。
60.在本技术的一些实施例中，液相赋形剂主要通过以下步骤制得：
61.混合明胶和部分甘油得第一混合液。
62.在一些实施例中，先将明胶和部分甘油在60～100℃(例如可以60℃、65℃、70℃、76℃、81℃、86℃、92℃、100℃等)、搅拌转速为500～1000rpm(例如可以为500rpm、550rpm、600rpm、670rpm、720rpm、870rpm、900rpm、1000rpm等)下热处理1～12h(例如可以为1h、4h、5h、8h、9h、10h、12h等)，然后在-20～15℃(例如可以为-20℃、-10℃、-4℃、0℃、3℃、9℃、11℃、15℃等)下低温处理6～48h(例如可以为6h、10h、14h、20h、25h、28h、30h、38h、40h、48h)得到第一混合液。
63.在本技术的一些实施例中，第一混合液中明胶和甘油的质量比为(0.1～1):10。例如可以为0.1:10、0.3:10、0.4:10、0.6:10、0.7:10、0.9:10、1:10等。
64.混合所述聚乙二醇和余下部分所述甘油得第二混合液；
65.在一些实施例中，先将所述聚乙二醇和余下部分所述甘油在60～100℃(例如可以为60℃、66℃、74℃、82℃、89℃、92℃、98℃、100℃)、搅拌转速为200～1000rpm(例如可以为200rpm、260rpm、340rpm、rpm、rpm、rpm、rpm、rpm)下热处理1～12h(例如可以为1h、3h、6h、8h、9h、10h、11h、12h)，然后在-20～15℃(例如可以为-20℃、-8℃、-3℃、0℃、5℃、9℃、12℃、15℃)下低温处理6～48h(例如可以为6h、8h、12h、19h、25h、38h、40h、42h、48h)。
66.第一混合油内含有部分甘油，余下部分甘油置于第二混合液中。
67.制备得到第一混合液和第二混合液之后，混合第一混合液和第二混合液得到所述液相赋形剂。明胶和peg的分子量不同，且都是大分子，明胶和peg在甘油中的溶解时间及效果都不一样，实际实验中分次制备混合液然后再混合，可以提升交联效果。
68.需要说明的是，在本技术的其他实施例中，第一混合液和第二混合液也可以在其他条件下混合，实现均匀混合相互混匀即可。
69.本技术实施例提供的方法制备方法操作简单，生产周期短，成本低，细胞毒形检验符合标准要求，符合临床使用标准。
70.本技术提供的可塑形骨修复材料主要包含有生物活性玻璃、药用明胶、药用甘油、peg材料，其制备得到的骨修复材料具有优异的生物活性、生物相容性，并且可注射、可任意
塑形；还具有良好的保湿性，易保存且保存时间长，应用前景广阔。在各种骨移植支架材料中，颗粒状或者块状的支架材料居多，这些材料不仅手术操作不便，而且在填充后与缺损之间的缝隙大，和人体骨贴合不佳，最终延长骨缺损愈合的时间。
71.本技术提供的可塑形骨修复材料可塑形性在大范围内可调，可制备可注射型骨修复材料、橡皮泥骨修复材料，纯甘油替代水分子的明胶螺旋体系，韧性更有优势、更有弹性、ph为中性，符合临床使用环境。
72.以下结合实施例对本技术的特征和性能作进一步的详细描述。
73.实施例1
74.本实施例提供了一种可塑形骨修复材料，主要通过以下步骤制得：
75.将10g明胶粉末加入到100g甘油中，60℃加热搅拌，在转速500rpm下搅拌12h小时后取出进行-5℃低温处理48h，获得第一混合液。
76.将2g peg-400、8gpeg-2000加入到20g甘油中，60℃加热搅拌，在转速500rpm下搅拌10小时后取出进行-5℃低温处理12h，获得第二混合液。
77.取10g第一混合液与10g第二混合液混合，搅拌后得到液相赋形剂。
78.将2g粒径约为150μm的生物活性玻璃、8g粒径约为1000μm的生物活性玻璃加入到5g液相赋形剂中，充分用手揉捏成团，得到可塑形骨修复材料。
79.本实施例使用的生物活性玻璃的组成为54.2mol.％(sio2)
·
35mol.％(cao)
·
10.8mol.％(p2o5)。
80.图1示出了实施例1提供的可塑形骨修复材料效果图，图1的左图和右图分别为可塑形骨修复材料被塑形为不同形状。图2示出了实施例1提供的骨修复材料可注射性展示效果图。
81.从图1和图2可以看出，实施例1提供的可塑形骨修复材料有较佳的可塑性性能。
82.实施例2
83.本实施例提供了一种可塑形骨修复材料，主要通过以下步骤制得：
84.将20g明胶粉末加入到140g甘油中，100℃加热搅拌，在转速1000rpm下搅拌12h小时后取出进行15℃低温处理48h，获得第一混合液。
85.将20g peg-400、30gpeg-2000加入到20g甘油中，60℃加热搅拌，在转速200rpm下搅拌12小时后取出进行-5℃低温处理20h，获得第二混合液。
86.取10g第一混合液与10g第二混合液混合，搅拌后得到液相赋形剂。
87.将2g粒径约为150μm的生物活性玻璃、6g粒径约为1000μm的生物活性玻璃加入到5g液相赋形剂中，充分用手揉捏成团，得到可塑形骨修复材料。
88.本实施例使用的生物活性剥玻璃的组成为54.2mol.％(sio2)
·
35mol.％(cao)
·
10.8mol.％(p2o5)。
89.实施例3
90.本实施例提供了一种可塑形骨修复材料，主要通过以下步骤制得：
91.将25g明胶粉末加入到150g甘油中，100℃加热搅拌，在转速1000rpm下搅拌12h小时后取出进行15℃低温处理48h，获得第一混合液。
92.将25g peg-400、25gpeg-2000加入到25g甘油中，60℃加热搅拌，在转速200rpm下搅拌12小时后取出进行-5℃低温处理20h，获得第二混合液。
93.取10g第一混合液与10g第二混合液混合，搅拌后得到液相赋形剂。
94.将3g粒径约为150μm的生物活性玻璃、7g粒径约为1000μm的生物活性玻璃加入到6g液相赋形剂中，充分用手揉捏成团，得到可塑形骨修复材料。
95.本实施例使用的生物活性剥玻璃的组成为54.2mol.％(sio2)
·
35mol.％(cao)
·
10.8mol.％(p2o5)。
96.试验例1
97.对实施例1提供的可塑形骨修复材料在sbf模拟体液中浸泡3天后，对体外沉积羟基磷灰石的生成测定，测定结果如图3所示。图3中，s1部分代表羟基磷灰石的峰面积，s2代表生物活性玻璃的整体峰面积，以s1/s2的值估计生物活性玻璃在模拟体液中浸泡3天后体外沉积羟基磷灰石的相对量，从图3可以看出，对实施例1提供的可塑形骨修复材料生物活性优异。
98.对实施例1提供的可塑形骨修复材料的生物性能评估，利用l929小鼠成纤维细胞对骨修复材料进行细胞毒性测试，如表1所示，细胞毒形测定吸光度值大于70％，无细胞毒性。
99.表1细胞毒性测试结果
[0100] 细胞存活率(rgr)备注实施例196.5％无细胞毒性实施例293.4％无细胞毒性实施例385％无细胞毒性阴性对照100％无细胞毒性阳性对照组2.5％有细胞毒性空白组
‑‑‑‑
[0101]
对实施例1所用生物活性玻璃浸提液进行ph值测试，将生物活性玻璃和纯水按照0.2g/ml的混合，在37℃条件下恒温24h，测其浸提液的ph值。测试本技术实施例采用的生物活性玻璃54.2mol.％(sio2)
·
35mol.％(cao)
·
10.8mol.％(p2o5)的ph值，ph值为～6.8。对市售的45s5玻璃以同样的方式进行ph测试，ph值为～12.0。
[0102]
从试验例1可以看出：实施例1提供的可塑形骨修复材料植入体内后不会对人体内ph造成影响，而市售的45s5玻璃碱性较强，植入人体后可能对人体的体液环境造成较大影响。
[0103]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。