本發(fā)明屬于組織工程支架領(lǐng)域，具體涉及一種具有良好力學(xué)性能和高孔隙率、高生物活性的生物活性玻璃復(fù)合支架及其制備方法。

背景技術(shù)：

生物活性玻璃是一類性能優(yōu)異的生物材料，具有良好的骨傳導(dǎo)性和骨誘導(dǎo)性，植入人體后，能與人體的骨組織產(chǎn)生強的鍵和，在骨修復(fù)領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。利用組織工程學(xué)的原理，將生物活性玻璃做成支架，植入人體后，誘導(dǎo)自體骨細胞的增殖分化，可實現(xiàn)骨缺損的再生治療。而理想的骨組織工程支架除了要有良好的生物相容性和可降解性能，還應(yīng)具備以下幾個條件，一是和植入部位相近的力學(xué)性能，強度太低則不足以支撐周圍組織的壓力，強度過高容易產(chǎn)生骨吸收；二是高的孔隙率，及相互連通的孔洞，孔徑大于100μm以保證基本營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣的傳輸，細胞的遷移等。單一的生物活性玻璃支架往往要經(jīng)過燒結(jié)，材料脆性大，限制了應(yīng)用。將其與有機物復(fù)合后可提高韌性，然而目前的多孔生物活性玻璃復(fù)合支架存在強度明顯不足的缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種生物活性玻璃復(fù)合支架及其制備方法，所得的支架具有良好力學(xué)性能，高孔隙率和高的生物活性。

為達到上述目的，本發(fā)明的解決方案如下。

一種生物活性玻璃復(fù)合支架的制備方法，包括以下步驟：

（1）制備出高分散性能的生物活性玻璃粉體；

（2）將生物活性玻璃粉體分散到去離子水中，超聲處理，制成均勻的生物活性玻璃懸濁液；

（3）將高分子材料加水配成高分子溶液后，加入制得的生物活性玻璃懸濁液，攪拌混合均勻，得到混合液；

（4）往混合液中加入交聯(lián)劑，攪拌后得到漿料；

（5）將漿料倒入模具中成型、成膠、陳化、凍干，得到生物活性玻璃復(fù)合支架。

優(yōu)選的，步驟（1）中，所述高分散性能的生物活性玻璃粉體是通過溶膠凝膠結(jié)合模板法制備出的微納米顆粒（參考發(fā)明2015108697441），顆粒尺寸在0.1~10μm，顆粒形貌為球形、棒狀和針狀中的一種或幾種。

優(yōu)選的，步驟（2）中，所述超聲處理的時間為30min以上。

優(yōu)選的，步驟（2）中，所述的生物活性玻璃懸濁液中，生物活性玻璃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15-30%。

優(yōu)選的，步驟（3）中，所述的高分子材料為明膠、殼聚糖、膠原、海藻酸、透明質(zhì)酸和纖維素中的一種或幾種。

優(yōu)選的，步驟（3）中，所述高分子溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-35%；所述高分子材料與生物活性玻璃的質(zhì)量比為（0.2~1）：1。

優(yōu)選的，步驟（4）中，所述交聯(lián)劑為京尼平、4-(4,6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基嗎啉鹽酸鹽(DMTMM)、戊二醛、1-乙基-3-（3-二甲基氨丙基）-碳化二亞胺或N-羥基琥珀酰亞胺（EDC/NHS）。

優(yōu)選的，所述交聯(lián)劑與高分子材料的質(zhì)量比為（0.01-0.05）：1。

由以上所述的制備方法制得的一種生物活性玻璃復(fù)合支架。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果：

本發(fā)明采用的具有高分散性能的生物活性玻璃粉體，可以在高分子基體中分散均勻，起到了顯著的強化效果；可以制備高質(zhì)量的生物活性玻璃復(fù)合支架，充分發(fā)揮其成骨性能。制得的復(fù)合支架的抗壓強度超過2MPa，抗彎強度可超過6MPa，達到人體的松質(zhì)骨水平；支架的孔隙率在80%以上，平均孔徑大于200μm，是一種理想的組織工程支架；具有快速體外礦化能力，12h就能在表面礦化出羥基磷灰石層，在人體的骨缺損再生修復(fù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1a和圖1b分別為實施例1制得的生物活性玻璃復(fù)合支架的μCT三維重建圖和縱切面圖；

圖2a和圖2b為實施例1制得的生物活性玻璃復(fù)合支架的不同放大倍數(shù)掃描電鏡圖；

圖3a和圖3b分別為實施例1制得的生物活性玻璃復(fù)合支架的壓縮和彎曲測試應(yīng)力應(yīng)變圖。

圖4a和圖4b為實施例1制得的生物活性玻璃復(fù)合支架在模擬體液中分別浸泡0.5d和3d的掃描電鏡圖。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例與附圖對本發(fā)明的具體實施作進一步地說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1

（1）高分散性能的生物活性玻璃粉體的制備

稱取20g十二胺作模板劑溶于去離子水（125ml）和乙醇（400ml）的混合溶液中，在40℃下攪拌10min后，依次加入80ml的正硅酸乙酯，51g的四水硝酸鈣，8ml的磷酸三乙酯，每次加料的時間間隔為30min；攪拌5h后，將產(chǎn)生的白色凝膠狀沉淀離心出來，用去離子水和乙醇清洗三次，60℃下干燥一天后，在650℃燒結(jié)3h，得到粒徑在450nm左右的高分散性能的生物活性玻璃微球粉體。

（2）復(fù)合支架的制備

稱取2.1g生物活性玻璃粉體，分散在10ml的去離子水中（質(zhì)量分?jǐn)?shù)21%），超聲30min，得玻璃懸浮液；稱取0.9g的明膠，在40℃下溶于4ml的去離子水中，攪拌1h后，加入玻璃懸浮液，以1000r/min的轉(zhuǎn)速劇烈攪拌5h，使之混合均勻，得到混合液；37℃下配制1wt%的京尼平溶液，取2.25ml加入到上述混合液中，攪拌25min；倒入特定模具，在4℃下快速成膠，陳化一周后，凍干2d，得到生物活性玻璃復(fù)合支架。

本實施例制得的生物活性玻璃復(fù)合支架的μCT圖如圖1a和圖1b所示，其中圖1a是三維重建圖，圖1b是縱切面圖；由圖1a、圖1b可以看出，制得的生物活性玻璃復(fù)合支架具有高的孔隙率，孔隙率達到80%以上，且孔的連通性好。

本實施例制得的生物活性玻璃復(fù)合支架的掃描電鏡圖如圖2a和圖2b所示，由圖2a和圖2b可知，孔的直徑大于200μm，生物活性玻璃顆粒均勻的分散在明膠基體中。

本實施例制得的生物活性玻璃復(fù)合支架的抗彎測試的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖如圖3a、圖3b所示，其抗壓強度超過2MPa，抗彎強度值超過6MPa。

通過在模擬體液（Kokubo SBF）中浸泡來表征生物活性玻璃復(fù)合支架的體外礦化能力，圖4a、圖4b分別為本實施例所制得的生物活性玻璃復(fù)合支架在模擬體液中浸泡0.5d、3d的掃描電鏡圖?？梢钥闯?，在0.5d的時候，支架表面就覆蓋了一層羥基磷灰石，3d時羥基磷灰石晶體長成了致密的片狀。

實施例2

（1）高分散性能的生物活性玻璃粉體的制備

稱取10g十二胺作模板劑溶于去離子水（125ml）和乙醇（400ml）的混合溶液中，在40℃下攪拌10min后，依次加入80ml的正硅酸乙酯，51g的四水硝酸鈣，8ml的磷酸三乙酯，每次加料的時間間隔為30min；攪拌5h后，將產(chǎn)生的白色凝膠狀沉淀離心出來，用去離子水和乙醇清洗三次，60℃下干燥一天后，在650℃燒結(jié)3h，得到粒徑在230nm左右的高分散性能的生物活性玻璃微球粉體。

（2）復(fù)合支架的制備

稱取1.5g的生物活性玻璃粉體，分散在10ml的去離子水中（質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%），超聲30min，得玻璃懸浮液；稱取0.5g的水溶性殼聚糖，溶于4ml的水中，而后加入玻璃懸浮液，攪拌8h，使之混合均勻，得到混合液；37℃下配制1wt%的京尼平溶液，取1ml加入到上述混合液中，攪拌15min；倒入特定模具，在10℃下快速成膠，陳化3d后，凍干2d，得到生物活性玻璃復(fù)合支架。

本實施例制得的生物活性玻璃復(fù)合支架的μCT圖與圖1a和圖1b類似，可以看出，制得的生物活性玻璃復(fù)合支架具有高的孔隙率，孔隙率達到80%以上，且孔的連通性好。

本實施例制得的生物活性玻璃復(fù)合支架的掃描電鏡圖與圖2a和圖2b類似，可以看出，孔的直徑大于200μm，生物活性玻璃顆粒均勻的分散在明膠基體中。

本實施例制得的生物活性玻璃復(fù)合支架的抗彎測試的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖與圖3a、圖3b所示，其抗壓強度超過2MPa，抗彎強度值超過6MPa。

通過在模擬體液（Kokubo SBF）中浸泡來表征生物活性玻璃復(fù)合支架的體外礦化能力，本實施例所制得的生物活性玻璃復(fù)合支架在模擬體液中浸泡0.5d、3d的掃描電鏡圖與圖4a、圖4b類似?？梢钥闯觯?.5d的時候，支架表面就覆蓋了一層羥基磷灰石，3d時羥基磷灰石晶體長成了致密的片狀。

實施例3

（1）高分散性能的生物活性玻璃粉體的制備

稱取20g十二胺作模板劑溶于去離子水（125ml）和乙醇（400ml）的混合溶液中，在40℃下攪拌10min后，依次加入80ml的正硅酸乙酯，51g的四水硝酸鈣，8ml的磷酸三乙酯，每次加料的時間間隔為30min；攪拌5h后，將產(chǎn)生的白色凝膠狀沉淀離心出來，用去離子水和乙醇清洗三次，60℃下干燥一天后，在650℃燒結(jié)3h，得到粒徑在450nm左右的高分散性能的生物活性玻璃微球粉體。

（2）復(fù)合支架的制備

稱取3g的生物活性玻璃粉體，分散在10ml的去離子水中（質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%），超聲45min，得玻璃懸浮液；稱取0.6 g的明膠和 0.1g的海藻酸鈉，在60℃下溶于4ml的去離子水中，攪拌3h后，加入玻璃懸浮液，900r/min的轉(zhuǎn)速劇烈攪拌8h，使之混合均勻，得到混合液；37℃下配制1wt%的京尼平溶液，取2ml加入到上述混合液中，攪拌30min；倒入特定模具，在10℃下快速成膠，陳化14d后，凍干2d，得到生物活性玻璃復(fù)合支架。

本實施例制得的生物活性玻璃復(fù)合支架的μCT圖與圖1a和圖1b類似，可以看出，制得的生物活性玻璃復(fù)合支架具有高的孔隙率，孔隙率達到80%以上，且孔的連通性好。

本實施例制得的生物活性玻璃復(fù)合支架的掃描電鏡圖與圖2a和圖2b類似，可以看出，孔的直徑大于200μm，生物活性玻璃顆粒均勻的分散在明膠基體中。

本實施例制得的生物活性玻璃復(fù)合支架的抗彎測試的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖與圖3a、圖3b所示，其抗壓強度超過2MPa，抗彎強度值超過6MPa。

通過在模擬體液（Kokubo SBF）中浸泡來表征生物活性玻璃復(fù)合支架的體外礦化能力，本實施例所制得的生物活性玻璃復(fù)合支架在模擬體液中浸泡0.5d、3d的掃描電鏡圖與圖4a、圖4b類似?？梢钥闯?，在0.5d的時候，支架表面就覆蓋了一層羥基磷灰石，3d時羥基磷灰石晶體長成了致密的片狀。

實施例4

（1）高分散性能的生物活性玻璃粉體的制備

稱取30g十二胺作模板劑溶于去離子水（125ml）和乙醇（400ml）的混合溶液中，在40℃下攪拌10min后，依次加入80ml的正硅酸乙酯，51g的四水硝酸鈣，8ml的磷酸三乙酯，每次加料的時間間隔為30min；攪拌5h后，將產(chǎn)生的白色凝膠狀沉淀離心出來，用去離子水和乙醇清洗三次，60℃下干燥一天后，在650℃燒結(jié)3h，得到粒徑在600nm左右的高分散性能的生物活性玻璃微球粉體。

（2）復(fù)合支架的制備

稱取2g的生物活性玻璃粉體，分散在10ml的去離子水中（質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%），超聲45min，得玻璃懸浮液；稱取2g的明膠，在40℃下溶于4ml的去離子水中，攪拌3h后，加入玻璃懸浮液，900r/min的轉(zhuǎn)速劇烈攪拌8h，使之混合均勻，得到混合液；37℃下配制2wt%的京尼平溶液，取5ml加入到上述混合液中，攪拌10min；倒入特定模具，在10℃下快速成膠，陳化14d后，凍干2d，得到生物活性玻璃復(fù)合支架。

本實施例制得的生物活性玻璃復(fù)合支架的μCT圖與圖1a和圖1b類似，可以看出，制得的生物活性玻璃復(fù)合支架具有高的孔隙率，孔隙率達到80%以上，且孔的連通性好。

本實施例制得的生物活性玻璃復(fù)合支架的掃描電鏡圖與圖2a和圖2b類似，可以看出，孔的直徑大于200μm，生物活性玻璃顆粒均勻的分散在明膠基體中。

本實施例制得的生物活性玻璃復(fù)合支架的抗彎測試的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖與圖3a、圖3b所示，其抗壓強度超過2MPa，抗彎強度值超過6MPa。

通過在模擬體液（Kokubo SBF）中浸泡來表征生物活性玻璃復(fù)合支架的體外礦化能力，本實施例所制得的生物活性玻璃復(fù)合支架在模擬體液中浸泡0.5d、3d的掃描電鏡圖與圖4a、圖4b類似?？梢钥闯?，在0.5d的時候，支架表面就覆蓋了一層羥基磷灰石，3d時羥基磷灰石晶體長成了致密的片狀。