專利名稱：一種復(fù)合骨修復(fù)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合骨修復(fù)材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在醫(yī)學(xué)水平飛速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的醫(yī)用金屬及其合金材料、陶瓷和有機(jī)填充物等越來(lái)越不能滿足當(dāng)前臨床醫(yī)療工作的需要。各國(guó)學(xué)者不斷嘗試將各種材料應(yīng)用于骨缺損修復(fù)和替代手術(shù)中，研究和開發(fā)出理想的生物醫(yī)用材料用于骨缺損的修復(fù)和替換成為醫(yī)學(xué)和生物材料學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要課題。于是包括改性的天然材料、生物陶瓷材料和高分子材料在內(nèi)的一系列人工骨材料得到廣泛開發(fā)研究，然而這些材料都存在著不同程度生物學(xué)和力學(xué)方面的缺陷。因此發(fā)展兼具優(yōu)良力學(xué)性能和生物活性的復(fù)合材料是現(xiàn)今生物醫(yī)用材料研究的重點(diǎn)和方向。n-HA是人體硬組織的主要無(wú)機(jī)成分，它具有良好的生物活性，植入體內(nèi)后，能與周圍骨組織形成牢固的化學(xué)鍵合，但脆性大；而PPC具有良好的韌性和接近人骨的彈性模量，但缺乏生物活性，故將二者復(fù)合制成一種n-HA/PPC復(fù)合骨修復(fù)材料，綜合利用兩種材料的各自性能，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。但由于兩種材料性能相差較大，直接復(fù)合時(shí)界面結(jié)合效果不理想使得復(fù)合材料的綜合性能提高不大，因此需要對(duì)n-HA進(jìn)行表面改性，提高二者的界面結(jié)合性能，使制得的復(fù)合材料既具有PPC的優(yōu)良韌性和易加工成型的優(yōu)點(diǎn)，又具有HA良好的的機(jī)械性能和生物活性，得到一種生物學(xué)和力學(xué)性能都更加優(yōu)異的復(fù)合骨修復(fù)材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種復(fù)合骨修復(fù)材料及其制備方法，旨在解決傳統(tǒng)的醫(yī)用金屬及其合金材料、陶瓷和有機(jī)填充物，力學(xué)性能和生物活性較差，不能滿足當(dāng)前臨床醫(yī)療工作需要的問(wèn)題。本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合骨修復(fù)材料，該復(fù)合骨修復(fù)材料由納米羥基磷灰石(n-HA)、聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)熔融復(fù)合而成，納米羥基磷灰石(n-HA)與聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)的含量比為3: 7 6: 4。進(jìn)一步,納米輕基磷灰石(n-HA)的晶體粒度為(10 30) X (40 80)nm。進(jìn)一步，納米羥基磷灰石(n-HA)晶體中鈣與磷的摩爾比為1.55 1.67。本發(fā)明的另一目的在于提供一種復(fù)合骨修復(fù)材料的制備方法，該制備方法包括以下步驟:步驟一，制備納米羥基磷灰石(n-HA)漿料，加入N，N-二甲基乙酰胺，并在120°C條件下蒸餾出水分，獲得納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N-二甲基乙酰胺溶液；步驟二，向納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N- 二甲基乙酰胺溶液加入表面改性劑進(jìn)行表面改性；
步驟三，添加聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)，在140°C條件下熔融復(fù)合，即得復(fù)合骨修復(fù)材料。進(jìn)一步，在步驟一中，制備納米羥基磷灰石(n-HA)漿料的實(shí)現(xiàn)方法為:將Ca (NO3) 2.4H20和Na3PO4.12H20配制成水溶液，在80°C水浴條件下，邊攪拌邊將Na3PO4溶液緩慢滴加到Ca(NO3)2溶液中，反應(yīng)期間體系中pH值保持在11左右；反應(yīng)完成后，密閉靜置陳化24h，用去離子水洗滌5 8遍，直到溶液pH接近中性，得到納米輕基磷灰石(n-HA)衆(zhòng)料。進(jìn)一步，反應(yīng)期間體系中的pH值是用氨水來(lái)調(diào)節(jié)的。進(jìn)一步，在步驟二中，向納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N-二甲基乙酰胺溶液加入表面改性劑進(jìn)行表面改性時(shí)，所使用的表面改性劑是聚乙二醇6000。進(jìn)一步，在步驟二中，向納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N-二甲基乙酰胺溶液加入表面改性劑進(jìn)行表面改性時(shí)，不需要調(diào)節(jié)PH值。進(jìn)一步，在步驟二中，向納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N-二甲基乙酰胺溶液加入表面改性劑進(jìn)行表面改性時(shí)，是在50°C 60°C溫度下進(jìn)行的。進(jìn)一步，向納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N- 二甲基乙酰胺溶液加入聚乙二醇6000進(jìn)行表面改性時(shí)，所加入的聚乙二醇6000占納米羥基磷灰石(n-HA)重量的5% 8%。本發(fā)明提供的復(fù)合骨修復(fù)材料及其制備方法，復(fù)合骨修復(fù)材料由納米羥基磷灰石(n-HA)、聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)熔融復(fù)合而成，納米羥基磷灰石(n-HA)與聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)的含量比為3: 7 6: 4 ;制備該復(fù)合骨修復(fù)材料時(shí)，首先制備出納米羥基磷灰石(n-HA)漿料，加入N，N-二甲基乙酰胺，并在120°C條件下蒸餾出水分，獲得納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N-二甲基乙酰胺溶液；然后向納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N-二甲基乙酰胺溶液加入表面改性劑進(jìn)行表面改性；最后添加聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)，在140°C條件下熔融復(fù)合，即得復(fù)合骨修復(fù)材料；該復(fù)合骨修復(fù)材料的生物活性和力學(xué)性能優(yōu)越，滿足了當(dāng)前臨床醫(yī)療工作需要，具有較強(qiáng)的推廣與應(yīng)用價(jià)值。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的復(fù)合骨修復(fù)材料的制備方法的實(shí)現(xiàn)流程圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的制備復(fù)合骨修復(fù)材料時(shí)，所使用納米羥基磷灰石(n-HA)晶體的透射電鏡照片；圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的納米羥基磷灰石(n-HA)含量為30wt%的復(fù)合骨修復(fù)材料的XRD圖譜。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定發(fā)明。本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合骨修復(fù)材料，該復(fù)合骨修復(fù)材料由納米羥基磷灰石(n-HA)、聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)熔融復(fù)合而成，納米羥基磷灰石(n-HA)與聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)的含量比為3: 7 6: 4。
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在本發(fā)明實(shí)施例中，納米羥基磷灰石(n-HA)的晶體粒度為(10 30) X (40 80)nm。在本發(fā)明實(shí)施例中，納米羥基磷灰石(n-HA)晶體中鈣與磷的摩爾比為1.55
1.67。圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的復(fù)合骨修復(fù)材料的制備方法的實(shí)現(xiàn)流程。該制備方法包括以下步驟:步驟S101，制備納米羥基磷灰石(n-HA)漿料，加入N，N-二甲基乙酰胺，并在120°C條件下蒸餾出水分，獲得納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N-二甲基乙酰胺溶液；步驟S102，向納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N- 二甲基乙酰胺溶液加入表面改性劑進(jìn)行表面改性；步驟S103，添加聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)，在140°C條件下熔融復(fù)合，即得復(fù)合骨修復(fù)材料。在本發(fā)明實(shí)施例中，在步驟SlOl中，制備納米羥基磷灰石(n-HA)漿料的實(shí)現(xiàn)方法為:將Ca (NO3) 2.4H20和Na3PO4.12H20配制成水溶液，在80°C水浴條件下，邊攪拌邊將Na3PO4溶液緩慢滴加到Ca(NO3)2溶液中，反應(yīng)期間體系中pH值保持在11左右；反應(yīng)完成后，密閉靜置陳化24h，用去離子水洗滌5 8遍，直到溶液pH接近中性，得到納米輕基磷灰石(n-HA)衆(zhòng)料。在本發(fā)明實(shí)施例中， 反應(yīng)期間體系中的pH值是用氨水來(lái)調(diào)節(jié)的。在本發(fā)明實(shí)施例中，在步驟S102中，向納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N- 二甲基乙酰胺溶液加入表面改性劑進(jìn)行表面改性時(shí)，所使用的表面改性劑是聚乙二醇6000。在本發(fā)明實(shí)施例中，在步驟S102中，向納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N- 二甲基乙酰胺溶液加入表面改性劑進(jìn)行表面改性時(shí)，不需要調(diào)節(jié)PH值。在本發(fā)明實(shí)施例中，在步驟S102中，向納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N- 二甲基乙酰胺溶液加入表面改性劑進(jìn)行表面改性時(shí)，是在50°C 60°C溫度下進(jìn)行的。在本發(fā)明實(shí)施例中，向納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N- 二甲基乙酰胺溶液加入聚乙二醇6000進(jìn)行表面改性時(shí)，所加入的聚乙二醇6000占納米羥基磷灰石(n-HA)重量的
5% 8%。下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。本發(fā)明的復(fù)合骨修復(fù)材料，是由n-HA成分和PPC復(fù)合而成的，具有很好的生物活性和生物降解性。研究發(fā)現(xiàn)自然骨主要是由n-HA晶體和膠原組成的納米復(fù)合材料，因此從材料仿生的角度來(lái)看，本發(fā)明復(fù)合材料中的n-HA應(yīng)選用納米級(jí)的。在制備上述n-HA/PPC復(fù)合骨修復(fù)材料時(shí)，改變復(fù)合材料中n_HA的成分含量比例，會(huì)對(duì)復(fù)合材料的生物活性和力學(xué)性能產(chǎn)生相應(yīng)的影響。隨著n-HA成分含量比例的增加，復(fù)合材料的生物活性相應(yīng)增加，材料的硬度也隨之增加。上述所說(shuō)的n-HA/PPC復(fù)合骨修復(fù)材料中n_HA晶體與PPC并不是簡(jiǎn)單的共混，而是均勻分散在PPC基質(zhì)中，并且晶體比例可在30-60%內(nèi)任意調(diào)節(jié)。先將Ca (NO3) 2.4H20和Na3PO4.12H20配制成水溶液，然后在80°C水浴條件邊攪拌邊將Na3PO4溶液緩慢滴加到Ca(NO3)2溶液中，反應(yīng)期間體系中pH值保持在11左右，反應(yīng)完成后，密閉靜置陳化24h，用去離子水洗滌5 8遍，直到溶液pH接近中性，得到n-HA漿料，試驗(yàn)顯示，n-HA中的鈣/磷摩爾比控制在1.55-1.67為最佳。以n-HA漿料為原料，是制備和保證本發(fā)明所說(shuō)的復(fù)合骨修復(fù)材料必須的，納米級(jí)的HA由于顆粒小，表面能大，易團(tuán)聚，而將n-HA保持的水溶液中可以有效減弱團(tuán)聚現(xiàn)象，力口入一定量的N，N-二甲基乙酰胺后能對(duì)HA的分散起到有效作用又能作為復(fù)合材料的反應(yīng)溶齊U。在120°C條件下蒸出n-HA漿料中的水分，冷卻至50°C 60°C時(shí)，充分?jǐn)嚢钘l件下加入占n-HA含量5 8%的聚乙二醇6000對(duì)n_HA進(jìn)行表面改性向改性后的n-HA漿料中加入不同比例的PPC (n-HA: PPC = 3: 7 6: 4)，在N，N- 二甲基乙酰胺溶液的作用下，140°C時(shí)熔融復(fù)合即可生成n-HA/PPC復(fù)合骨修復(fù)材料。由于本發(fā)明提出的n-HA/PPC復(fù)合骨修復(fù)材料，是由納米級(jí)的HA漿料改性后與聚甲基乙撐碳酸酯熔融而成的復(fù)合生物骨修復(fù)材料，并非是n-HA粉末與PPC的簡(jiǎn)單機(jī)械混合，因此具有n-HA顆粒在PPC基質(zhì)中均勻分布的特點(diǎn)，因?yàn)閚-HA進(jìn)行了表面改性，提高了兩種單體材料間的界面結(jié)合性能，因此其綜合性能無(wú)疑可以更加優(yōu)良。實(shí)施例11.n-HA的制備:按前述已有文獻(xiàn)報(bào)道的方式，以硝酸鈣溶液與磷酸鈉的水溶液反應(yīng)，用氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，反應(yīng)完成后靜置陳化24h，用去離子水洗滌直到溶液pH接近中性，得n-HA漿料，2.加入N，N-二甲基乙酰胺作為n-HA的分散劑，油浴120°C蒸餾出溶液中的水分，可制得分散性好且晶粒細(xì)小、分布均勻的n-HA晶體。3.用聚乙二醇6000對(duì)n-HA進(jìn)行表面改性處理。4.對(duì)n-HA進(jìn)行表面改性處理:將上述的聚乙二醇6000加入n_HA含量為6g的漿料中，于50°C 60°C持續(xù)攪拌2h。5.加入14g的PPC，油浴140°C復(fù)合反應(yīng)3h，得到本發(fā)明的相應(yīng)n-HA/PPC復(fù)合骨修復(fù)材料。實(shí)施例2操作方式和條件同實(shí)施例1。取n-HA漿料與PPC (4: 6)進(jìn)行熔融復(fù)合，得到n_HA含量為40wt %的n-HA/PPC復(fù)合骨修復(fù)材料。實(shí)施例3操作方式和條件同實(shí)施例1。取n-HA漿料與PPC (5: 5)進(jìn)行熔融復(fù)合，得到n_HA含量為50wt %的n-HA/PPC復(fù)合骨修復(fù)材料。實(shí)施例4操作方式和條件同實(shí)施例1。
取n-HA漿料與PPC (6: 4)進(jìn)行熔融復(fù)合，得到n_HA含量為60wt %的n-HA/PPC復(fù)合骨修復(fù)材料。上述納米羥基磷灰石重量含量分別為30 %、40 %、50 %和60 %的n-HA/PPC復(fù)合骨修復(fù)材料可具有相應(yīng)不同的硬度，以適應(yīng)不同植入部位對(duì)材料力學(xué)性能的要求。圖2所示的是本發(fā)明上述方法制備中用的n-HA晶體的透射電鏡照片，照片中n_HA晶體尺寸集中在20 60nm附近；圖3所示的是以本發(fā)明上述方法制備得到的n-HA含量為30wt%的n-HA/PPC復(fù)合骨修復(fù)材料的XRD圖譜，結(jié)果顯示，n-HA具有良好的結(jié)晶度。以改性后n-HA含量為5_60被％的本發(fā)明n-HA/PPC復(fù)合骨修復(fù)材料進(jìn)行的力學(xué)性能試驗(yàn)表明，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)20-80MPa。本發(fā)明的n-HA/PPC復(fù)合骨修復(fù)材料的力學(xué)性能得到了明顯提高。以n-HA含量為6(^七％的本發(fā)明n-HA/PPC復(fù)合骨修復(fù)材料進(jìn)行的體外降解試驗(yàn)表明，利用磷酸鹽緩沖溶液(PBS)浸泡復(fù)合骨修復(fù)材料，然后分階段測(cè)試其質(zhì)量以及力學(xué)性能等的變化，發(fā)現(xiàn)Iw后復(fù) 合材料表面和質(zhì)量開始發(fā)生明顯變化，本發(fā)明的n-HA/PPC復(fù)合骨修復(fù)材料有很好的生物降解性能。本發(fā)明實(shí)施例提供的復(fù)合骨修復(fù)材料及其制備方法，復(fù)合骨修復(fù)材料由納米羥基磷灰石(n-HA)、聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)熔融復(fù)合而成，納米羥基磷灰石(n-HA)與聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)的含量比為3: 7 6: 4 ;制備該復(fù)合骨修復(fù)材料時(shí)，首先制備出納米羥基磷灰石(n-HA)漿料，加入N，N-二甲基乙酰胺，并在120°C條件下蒸餾出水分，獲得納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N-二甲基乙酰胺溶液；然后向納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N_二甲基乙酰胺溶液加入表面改性劑進(jìn)行表面改性；最后添加聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)，在140°C條件下熔融復(fù)合，即得復(fù)合骨修復(fù)材料；該復(fù)合骨修復(fù)材料的生物活性和力學(xué)性能優(yōu)越，滿足了當(dāng)前臨床醫(yī)療工作需要，具有較強(qiáng)的推廣與應(yīng)用價(jià)值。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合骨修復(fù)材料，其特征在于，該復(fù)合骨修復(fù)材料由納米羥基磷灰石(n-HA)、聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)熔融復(fù)合而成，納米羥基磷灰石(n-HA)與聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)的含量比為3: 7 6: 4。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合骨修復(fù)材料，其特征在于，納米羥基磷灰石(n-HA)的晶體粒度為(10 30) X (40 80) nm。
3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合骨修復(fù)材料，其特征在于，納米羥基磷灰石(n-HA)晶體中鈣與磷的摩爾比為1.55 1.67。
4.一種復(fù)合骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于，該制備方法包括: 步驟一，制備納米羥基磷灰石(n-HA)漿料，加入N，N-二甲基乙酰胺，并在120°C條件下蒸餾出水分，獲得納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N-二甲基乙酰胺溶液； 步驟二，向納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N-二甲基乙酰胺溶液加入表面改性劑進(jìn)行表面改性； 步驟三，添加聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)，在140°C條件下熔融復(fù)合，即得復(fù)合骨修復(fù)材料。
5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，在步驟一中，制備納米羥基磷灰石(n-HA)漿料的具體實(shí)現(xiàn)方法為: 將Ca(NO3)2.4H20和Na3PO4.12H20配制成水溶液，在80°C水浴條件下，邊攪拌邊將Na3PO4溶液緩慢滴加到Ca(NO3)2溶液中，反應(yīng)期間體系中pH值保持在11左右； 反應(yīng)完成后，密閉靜置陳化24h，用去離子水洗滌5 8遍，直到溶液pH接近中性，得到納米輕基磷灰石(n-HA)衆(zhòng)料。
6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，反應(yīng)期間體系中的pH值是用氨水來(lái)調(diào)節(jié)的。
7.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟二中，向納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N- 二甲基乙酰胺溶液加入表面改性劑進(jìn)行表面改性時(shí)，所使用的表面改性劑是聚乙二醇 6000。
8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟二中，向納米輕基磷灰石(n-HA)的N，N- 二甲基乙酰胺溶液加入表面改性劑進(jìn)行表面改性時(shí)，不需要調(diào)節(jié)pH值。
9.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟二中，向納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N- 二甲基乙酰胺溶液加入表面改性劑進(jìn)行表面改性時(shí)，是在50°C 60°C溫度下進(jìn)行的。
10.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，向納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N-二甲基乙酰胺溶液加 入聚乙二醇6000進(jìn)行表面改性時(shí)，所加入的聚乙二醇6000占納米羥基磷灰石(n-HA)重量的5% 8%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合骨修復(fù)材料及其制備方法，復(fù)合骨修復(fù)材料由納米羥基磷灰石(n-HA)、聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)熔融復(fù)合而成；制備該復(fù)合骨修復(fù)材料時(shí)，首先制備出納米羥基磷灰石(n-HA)漿料，加入N，N-二甲基乙酰胺，并在120℃條件下蒸餾出水分，獲得納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N-二甲基乙酰胺溶液；然后向納米羥基磷灰石(n-HA)的N，N-二甲基乙酰胺溶液加入表面改性劑進(jìn)行表面改性；最后添加聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)，在140℃條件下熔融復(fù)合，即得復(fù)合骨修復(fù)材料；該復(fù)合骨修復(fù)材料的生物活性和力學(xué)性能優(yōu)越，滿足了當(dāng)前臨床醫(yī)療工作需要，具有較強(qiáng)的推廣與應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)A61L27/46GK103170014SQ20131012177
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者廖建國(guó), 劉瓊, 張磊, 龔雪云, 黃平華, 劉靜賢 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)