專利名稱：介孔骨組織修復(fù)材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種介孔骨組織修復(fù)材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
人體骨組織損傷的修復(fù)與重建一直是影響人們健康和生活的一種嚴(yán)重的社會問 題。全世界每年有數(shù)以千萬計的人患有各種硬組織損傷或缺失疾病，需要用生物功能材料 進(jìn)行修復(fù)和重建。近年來，用于骨組織修復(fù)與重建生物材料的研究與開發(fā)取得了引人矚目 的成就，目前已有多種生物材料在臨床上獲得應(yīng)用，包括醫(yī)用金屬、醫(yī)用高分子材料、生物 陶瓷及其復(fù)合材料等。然而隨著研究的不斷深入和臨床的廣泛應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)目前臨床使 用的生物材料存在著或生物活性不足，或降解性能不理想，材料呈"異物"狀態(tài)存在于體內(nèi)， 不能與周圍組織融合并參與正常的新陳代謝活動等缺點(diǎn)，這些都影響了硬組織修復(fù)材料在 臨床上的使用效果及醫(yī)生和患者的滿意度。目前，這些缺陷正成為生物材料研究與開發(fā)的 "瓶頸"，嚴(yán)重限制著其在臨床上的廣泛應(yīng)用。生物活性材料是當(dāng)今組織再生醫(yī)學(xué)植入物研 究的前沿和發(fā)展方向，這種特殊的功能材料植入體內(nèi)，通過細(xì)胞黏附、遷移、增殖與分化形 成新骨，它利用了人體自身的生理環(huán)境和自我修復(fù)功能，原位重建受損的人體組織。因此， 發(fā)明新型可降解生物活性硬組織修復(fù)材料，具有深遠(yuǎn)的科學(xué)意義和臨床應(yīng)用價值。
首先，材料表面吸附蛋白質(zhì)對植入材料的生物相容性等生物學(xué)特性有非常重要的 影響。生物材料植入體內(nèi)時，面臨第一個反應(yīng)是來自血液和組織液的蛋白吸附；吸附在表面 的蛋白將影響材料的生物學(xué)性能，如影響隨后發(fā)生的細(xì)胞吸附/黏附、增殖與分化、基因表 達(dá)等。生物材料表面性質(zhì)和結(jié)構(gòu)對蛋白質(zhì)吸附過程有著非常重要的影響；反之，蛋白質(zhì)吸附 也可能改變材料的表面性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，影響其生物相容性和生物活性。因此，研究材料對蛋白 質(zhì)的吸附對于設(shè)計新型生物功能材料是非常重要的問題。 人們早已發(fā)現(xiàn)，硅作為動物和人體結(jié)締組織中的一種微量元素，其吸收水平直接 影響到骨的質(zhì)量。硅調(diào)控著幼骨發(fā)育和礦化，吸收足量硅才能構(gòu)建正常的骨組織，缺乏足量 的硅，新生骨會發(fā)生畸變。在硬組織損傷或缺失疾病的修復(fù)中，硅對新骨的生長具有十分重 要的調(diào)控作用。自從Hench發(fā)明生物活性玻璃，并首次提出"生物活性"概念以來，不少研 究者對硅基生物活性材料產(chǎn)生了極大興趣。 一些含硅的生物材料如生物玻璃、硅酸鈣等在 體內(nèi)外展示出極好的誘導(dǎo)磷灰石形成能力。隨著對生物玻璃表面磷灰石層形成機(jī)理研究的 不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)硅對誘導(dǎo)磷灰石沉積發(fā)揮了重要作用。用分子細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)對硅基 生物材料在體外反應(yīng)的研究結(jié)果表明，某些生物活性玻璃在體外細(xì)胞培養(yǎng)液中的溶解產(chǎn)物 (硅離子)能激活成骨細(xì)胞中與新骨形成相關(guān)的某些基因，從而揭示了硅是體內(nèi)促進(jìn)新骨 形成的根源。 近年來，鎂基生物材料的研究也引起了很多學(xué)者的關(guān)注。如可吸收鎂及鎂合金生 物材料，攙雜鎂離子的生物玻璃和生物陶瓷等。研究證明，含Ca、 Mg和Si的生物玻璃和玻 璃陶瓷具有良好的生物活性，植入兔骨內(nèi)能與宿主骨形成緊密的骨性結(jié)合。鎂是人體中維 持正常生活所必需的物質(zhì)之一，幾乎參與人體所有的生命活動，是體內(nèi)僅次于鈣、鈉和鉀的常量元素，參與體內(nèi)一系列新陳代謝過程。鎂離子可促進(jìn)鈣的沉積，對組織的礦化有重要影 響，鎂缺乏會降低造骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的活性，并導(dǎo)致骨質(zhì)脆弱。研究發(fā)現(xiàn)，鎂合金有促進(jìn) 骨髓基質(zhì)干細(xì)胞粘附、向成骨細(xì)胞分化并產(chǎn)生骨基質(zhì)的作用；以鎂鈣合金浸提液培養(yǎng)L929 成纖維細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞增殖隨著浸提液濃度的增加而增加，且在第7天最強(qiáng)，表明對細(xì)胞生 長有促進(jìn)作用，無細(xì)胞毒性反應(yīng)；鎂的降解產(chǎn)物對植入周圍骨組織不造成任何有害影響，且 在植入物周圍的骨細(xì)胞增殖更為明顯。研究表明，含鎂離子的生物陶瓷、生物玻璃能顯著地 提高成骨細(xì)胞骨相關(guān)基因堿性磷酸酶、1型膠原、骨橋蛋白、骨鈣蛋白和骨涎蛋白mRNA的表 達(dá)水平。因此，鎂也是影響骨質(zhì)再生的重要因素。 另一方面，研究適于組織再生，同時又能高容量裝載和緩釋生物活性物質(zhì)/藥物 的多孔材料是近年來國際上組織工程研究熱點(diǎn)和前沿之一。生物活性因子對細(xì)胞/組織生 長有非常重要的調(diào)控作用，將其引入到多孔材料中，可在位誘導(dǎo)體內(nèi)原有細(xì)胞分化，從而快 速修復(fù)受損組織。目前，組織工程多孔材料結(jié)合生物活性因子的緩釋/控釋技術(shù)仍然面臨 著很大的挑戰(zhàn)， 一般的多孔材料可做到大孔互相連通，是細(xì)胞的良好載體，但作為生物活性 因子(如蛋白、多肽和基因等)/藥物(如抗感染)的載體，傳統(tǒng)的大孔材料很難高容量地 負(fù)載生物活性因子并實(shí)現(xiàn)其緩釋。傳統(tǒng)材料由于比表面積低，表面活性基團(tuán)少，其表面不能 或只能吸附少量的活性因子，而且結(jié)合不牢固，會暴釋而無法實(shí)現(xiàn)緩釋。因此，通過"分子設(shè) 計"的手段組裝出各種結(jié)構(gòu)可控的納米生物材料，并賦予其特殊的生物功能也是近年來新 型生物材料研究的亟待解決的問題之一。 介孔材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和特性使它有望成為新型的硬組織修復(fù)材料①高孔隙率、 規(guī)則而連通的納米孔道使其具有巨大的比表面積，從而對水和血液等有很大的吸附量和很 快的吸附速度，因而植入組織缺損部位可迅速地吸附血液中的各種蛋白質(zhì)和富集生物活性 因子。②巨大的比表面積可大大提高植入材料與組織液的接觸面積，從而使材料降解加 快。③納米尺度的表面介孔結(jié)構(gòu)，能調(diào)控細(xì)胞在材料表面的生長行為，從而指導(dǎo)組織生長。 最近，Vallet-Regi等人系統(tǒng)研究了幾種介孔材料的體外生物活性，證實(shí)了硅介孔材料如 MCM-48、 SBA-15和摻雜少量磷的MCM-41在體外模擬體液中能夠快速地形成生物活性磷灰 石層，顯示出介孔材料應(yīng)用于硬組織再生和修復(fù)的潛力和前景。國內(nèi)復(fù)旦大學(xué)和中科院硅 酸鹽研究所等也研究了介孔生物玻璃和硅酸鈣的體外生物活性和藥物緩釋性能。但是這些 研究都還沒有進(jìn)一步開展介孔材料的生物學(xué)性能研究，例如對體外培養(yǎng)的細(xì)胞、植入體內(nèi) 后對組織的影響等。介孔材料作為生物材料的研究剛剛開始，這是一個多學(xué)科的交叉領(lǐng)域， 有很多重要的前沿基礎(chǔ)科學(xué)問題需要去探索。特別是關(guān)于介孔材料與蛋白質(zhì)、細(xì)胞相互作 用，以及其植入體內(nèi)的組織反應(yīng)等方面的研究，目前還沒有相關(guān)報道，有必要進(jìn)一步展開研

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服了現(xiàn)有的骨組織修復(fù)材料的生物活性不足，不 能很好的負(fù)載或者容量的裝載生物活性因子或藥物，并為進(jìn)一步提高骨組織修復(fù)材料的生 物學(xué)性能而提供了一種介孔骨組織修復(fù)材料及其制備方法。本發(fā)明的介孔骨組織修復(fù)材料 具有很高的生物活性，能有效的控制和緩釋其負(fù)載的促進(jìn)骨質(zhì)再生的蛋白質(zhì)、多肽等生物 活性因子，并且材料孔徑大小均勻、孔隙率高、孔之間排列均勻、孔的形貌好，能夠很快吸附血液/組織液中的蛋白和富集活性因子，且能減少活化部分凝血活酶時間(APTT)和凝血酶
原時間(PT)，對內(nèi)源性凝血因子的激發(fā)效果非常顯著，能夠有效調(diào)控和指導(dǎo)新骨組織再生。 本發(fā)明的介孔骨組織修復(fù)材料含有氧化鎂、氧化鈣和氧化硅。 本發(fā)明的介孔骨組織修復(fù)材料較佳的含有氧化鎂17 % 33%、氧化鈣25 %
40%和氧化硅33% 50%，百分比為各成分摩爾數(shù)占成分總摩爾數(shù)的百分比。 本發(fā)明的介孔骨組織修復(fù)材料較佳的為，在粉末X-射線衍射(XRD)圖譜上，在橫
坐標(biāo)2 e為29°之間有1個峰的介孔骨組織修復(fù)材料；2 e誤差范圍為±0. 2° 。其中，X
射線衍射的具體條件如下采用日本Rigaku公司D/max2500型18kW轉(zhuǎn)耙X射線衍射儀(Cu
革巴，Ka線，管電壓40kV，管電流200mA)檢測樣品物相結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明中，所述的介孔骨組織修復(fù)材料的孔徑較佳的為2 20nm，更佳的為10nm 左右；比表面較佳的為200 500m7g，更佳的為500m7g。所述的介孔骨組織修復(fù)材料的宏 觀形貌較佳的為粉末狀，或經(jīng)造粒后呈顆粒狀。所述的粉末狀的介孔骨組織修復(fù)材料在放 大300倍的掃描電鏡觀察下一般呈不規(guī)則的無定形粉末，在放大5000倍的掃描電鏡下呈微 米棒狀結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明中，所述的介孔骨組織修復(fù)材料較佳的還負(fù)載生物活性因子或藥物。本發(fā) 明的介孔骨組織修復(fù)材料能有效的吸附和緩釋其負(fù)載的促進(jìn)骨質(zhì)再生的蛋白質(zhì)、多肽等生 物活性因子或藥物如抗感染藥物，實(shí)現(xiàn)良好的緩釋功效。 本發(fā)明中，所述的介孔骨組織修復(fù)材料能夠在模擬生理體液或生理體液形成與自
然骨無機(jī)成分一致的羥基磷灰石，有利與細(xì)胞/骨組織在其表面生長。 本發(fā)明中，所述的介孔骨組織修復(fù)材料可以吸附大量牛血清蛋白， 一般在60分鐘
后基本達(dá)到吸附最大值，同時可以顯著減小APTT和PT凝血時間，具有止血功能。 本發(fā)明還涉及一種介孔骨組織修復(fù)材料的制備方法，其包括如下步驟將鎂源、鈣
源、硅源(TEOS)和表面活性劑，溶于溶劑中，加酸或堿，攪拌，得溶膠，將溶膠陳化，干燥，焙
燒脫去表面活性劑，即可。 其中，所述的鎂源較佳的為是硝酸鎂、氯化鎂和氧化鎂中的一種或多種，更佳的為 硝酸鎂。所述的鎂源的摩爾百分比較佳的為17% 33%，其中鎂源的摩爾百分比是指鎂源 占硅源、鎂源和f丐源總的摩爾量的百分比。 其中，所述的硅源較佳的為正硅酸乙酯、正硅酸甲酯和硅酸鈉中的一種或多種。所 述的硅源的摩爾百分比較佳的為33% 50%，其中硅源的摩爾百分比是指硅源占硅源、鈣 源和鎂源總的摩爾量的百分比。 其中，所述的鈣源較佳的為氯化鈣、硝酸鈣和醋酸鈣中的一種或多種。所述的鈣源 的摩爾百分比較佳的為25% 40%，其中鈣源的摩爾百分比是指鈣源占硅源、鈣源和鎂源 總的摩爾量的百分比。 其中，所述的表面活性劑為介孔骨組織修復(fù)材料有序介孔的制孔劑，較佳的為非 離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑和陰離子表面活性劑中的一種或多種，更佳的為 聚環(huán)氧乙烯醚_聚環(huán)氧丙烯醚_聚環(huán)氧乙烯醚三嵌段共聚物(P123)、十六烷基三甲基溴化 銨(CTAB)、聚乙二醇(PEG)和聚甲基丙烯酸銨(PMAA)中的一種或多種，最佳的為聚環(huán)氧乙 烯醚-聚環(huán)氧丙烯醚-聚環(huán)氧乙烯醚三嵌段共聚物(P123)和/或十六烷基三甲基溴化銨 (CTAB)。其中，聚環(huán)氧乙烯醚-聚環(huán)氧丙烯醚-聚環(huán)氧乙烯醚三嵌段共聚物(P123)是一種非離子型高分子表面活性劑，其為三嵌段共聚物E02。P07。E02。，簡稱P123，其中E0為聚氧乙 烯段，P0為聚氧丙烯段，Aldrich公司生產(chǎn)，P123的Mw(分子量)=5800，十六烷基三甲基 溴化銨(CTAB)是一種陽離子表面活性劑，聚乙二醇(PEG)是一種非離子表面活性劑，聚甲 基丙烯酸銨(PMAA)是一種陰離子表面活性劑。其中，所述的表面活性劑的用量按硅源與表 面活性劑的摩爾比計，較佳的為1 : 0.02。 其中，所述的溶劑較佳的為無水乙醇、水或乙醇水溶液，乙醇水溶液的濃度較佳的 為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)95%以下，更佳的為質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%以下。 其中，所述的酸較佳的為鹽酸；所述的堿較佳的為氨水；加完酸或堿后體系的pH 較佳的保持在2 10 ;所述的攪拌的時間較佳的為4 7小時；所述的攪拌的溫度較佳的 為30 70°C ;所述的陳化(或稱老化)的溫度較佳的為12 50°C，陳化持續(xù)時間較佳的 為45 50小時；所述的干燥的溫度較佳的為100 12(TC，干燥持續(xù)時間較佳的為10 14小時；所述的焙燒的溫度較佳的為600 80(TC，焙燒持續(xù)時間較佳的為4 8小時。
在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述技術(shù)特征的各優(yōu)選條件可任意組合獲得本發(fā)明 的較佳實(shí)施例。 本發(fā)明還涉及上述介孔骨組織修復(fù)材料在制備人體骨組織損傷和/或缺損修復(fù) 中的應(yīng)用。 本發(fā)明的介孔骨組織修復(fù)材料，含有骨形成和生長的必需元素鎂、硅和鈣，具有很
好的生物活性；同時具有較高的比表面積和孔容、以及強(qiáng)吸附性，使其還可以作為細(xì)胞載
體，特別是作為生物活性因子的高容量載體，通過調(diào)控材料的表面性質(zhì)和納米孔道結(jié)構(gòu)實(shí)
現(xiàn)可控釋放，達(dá)到調(diào)控新骨組織再生和緩釋的雙重功能。當(dāng)材料植入體內(nèi)后，可以推測納米
孔道能很快地吸附血液/組織液中的蛋白和富集活性因子，由此在很短的時間內(nèi)就完成表
面的"活性"修飾，還能進(jìn)一步提高材料表面的生物相容性和生物活性。 本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。 本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明提供了一種介孔骨組織修復(fù)材料及其制備方 法。本發(fā)明的介孔骨組織修復(fù)材料孔徑大小均勻、孔隙率高、孔之間排列均勻、孔的形貌好， 可以根據(jù)實(shí)際需要控制合成，同時具有很高的生物活性，能有效調(diào)控和緩釋其負(fù)載的促進(jìn) 骨質(zhì)再生的蛋白質(zhì)、多肽等生物活性因子，植入體內(nèi)之后能夠很快吸附血液/組織液中的 蛋白和富集活性因子，減少APTT和PT凝血時間，對內(nèi)源性凝血因子的激發(fā)效果非常顯著， 進(jìn)一步調(diào)控和指導(dǎo)新骨組織再生。


圖1為實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料的外形圖。 圖2為實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料的透射電子顯微鏡(TEM)照片。 圖3為實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料的孔分布曲線圖。 圖4為實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料的氮?dú)馕絖脫附曲線圖。 圖5中的a圖為實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料表面形貌的掃描電子顯微鏡
照片(未在模擬人體液中浸泡)；b圖為實(shí)施例l制得的介孔骨組織修復(fù)材料在模擬人體液
中浸泡7天后表面形貌的掃描電子顯微鏡照片。 圖6中的a為實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料的廣角X射線衍射(XRD)譜圖；b為實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料在模擬人體液中浸泡7天后的廣角X射線衍射譜 圖。 圖7為實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料對牛血清蛋白的吸附與浸泡時間的變 化關(guān)系圖。 圖8中的a為實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料對APTT凝血時間的影響關(guān)系 圖；b為實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料對PT凝血時間的影響關(guān)系圖。
圖9中的a為實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料與細(xì)胞聯(lián)合培養(yǎng)時細(xì)胞的生長 狀態(tài)圖；b為細(xì)胞只在細(xì)胞培養(yǎng)液培養(yǎng)下的生長狀態(tài)圖(不含有本發(fā)明的介孔骨組織修復(fù) 材料)。 圖10為實(shí)施例1制備的介孔骨組織修復(fù)材料治療白兔股骨髁骨缺損的骨生長情 況觀察圖，a為1個月后骨生長情況觀察圖，b為3個月后骨生長情況觀察圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例的方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)
施例范圍之中。 實(shí)施例1 取4g聚環(huán)氧乙烯醚-聚環(huán)氧丙烯醚-聚環(huán)氧乙烯醚三嵌段共聚物(P123)加入 到無水乙醇中，5(TC下攪拌至均勻，然后再加入8. 5g TEOS于上述溶液中，再加入120ml的 2mol/L的鹽酸溶液，攪拌1小時后，緩慢滴入Ca (N03) 2溶液(Ca (N03) 24. 82g)和Mg (N03) 2溶 液(Mg(N03)25. 23g)攪拌5小時后，將溶液轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯作內(nèi)襯的反應(yīng)釜并置于烘箱中， ll(TC下結(jié)晶化1天，所得溶液用去離子水進(jìn)行清洗、過濾，室溫下干燥；在程序控溫管式爐 上采用空氣氣氛以1°C /min升溫到60(TC，恒溫6h，去除表面活性劑。煅燒后，自然冷卻，粉 末過150目標(biāo)準(zhǔn)篩，密封備用。該粉末即為含鈣鎂硅的介孔骨組織修復(fù)材料(見圖1)。經(jīng) 檢測，含鈣鎂硅的介孔骨組織修復(fù)材料的孔徑大小為3nm左右，比表面為570m7g，硅的摩爾 量占硅、鎂和鈣總的摩爾量的百分比為45% ;鈣的摩爾量占硅、鎂和鈣總的摩爾量的百分
比為20% ;鎂的摩爾量占硅、鎂和鈣總的摩爾量的百分比為35%。
實(shí)施例2 按照鎂源硅源鈣源的摩爾比為17 : 40 : 43，硅源表面活性劑鹽酸 水乙醇的摩爾比為i : 0.02 : 0.04 : 4 : 30的配比制備介孔骨組織修復(fù)材料，取十六
烷基三甲基溴化銨(CTAB)加入到乙醇水溶液中，3(TC下攪拌至均勻，然后再加入硅源正硅 酸乙酯于上述溶液中，再加入2mol/L的鹽酸溶液，攪拌4小時后，緩慢滴入鈣源氯化鈣溶液 和鎂源硝酸鎂溶液攪拌4小時后，將溶液轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯作內(nèi)襯的反應(yīng)釜并置于烘箱中， 12t:下陳化50小時，所得溶液用去離子水進(jìn)行清洗、過濾，IO(TC下干燥14小時；在程序控 溫管式爐上采用空氣氣氛以1°C /min升溫到600°C ，恒溫8小時，去除表面活性劑。煅燒后， 自然冷卻，粉末過150目標(biāo)準(zhǔn)篩，該粉末即為含鈣鎂硅的介孔骨組織修復(fù)材料，孔徑大小為 2nm，比表面為500m7g。
實(shí)施例3 按照鎂源硅源鈣源的摩爾比為33 : 25 : 42，硅源表面活性劑的摩爾比為 i : 0.02的配比制備介孔骨組織修復(fù)材料，取聚環(huán)氧乙烯醚-聚環(huán)氧丙烯醚-聚環(huán)氧乙烯醚三嵌段共聚物(P123)和十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)加入到5wt^乙醇水溶液中， 7(TC下攪拌至均勻，然后再加入硅源正硅酸甲酯于上述溶液中，再加入氨水溶液控制pH值 為10，攪拌7小時后，緩慢滴入鈣源硝酸鈣溶液和鎂源氯化鎂溶液攪拌7小時后，將溶液轉(zhuǎn) 入聚四氟乙烯作內(nèi)襯的反應(yīng)釜并置于烘箱中，5(TC下陳化45小時，所得溶液用去離子水進(jìn) 行清洗、過濾，12(TC下干燥10小時；在程序控溫管式爐上采用空氣氣氛以1°C /min升溫到 80(TC，恒溫4小時，去除表面活性劑。煅燒后，自然冷卻，粉末過150目標(biāo)準(zhǔn)篩，該粉末即為 含鈣鎂硅的介孔骨組織修復(fù)材料，孔徑大小為20nm，比表面為200m7g。
實(shí)施例4 按照鎂源硅源鈣源的摩爾比為20 : 30 : so，硅源表面活性劑的摩爾比為
1 : 0. 02的配比制備介孔骨組織修復(fù)材料，取聚乙二醇(PEG)和聚甲基丙烯酸銨(PMAA)加 入到2wt^乙醇水溶液中，5(TC下攪拌至均勻，然后再加入硅源硅酸鈉于上述溶液中，再加 入2mol/L的鹽酸溶液控制pH值為2，攪拌5小時后，緩慢滴入鈣源醋酸鈣溶液和鎂源氧化 鎂溶液攪拌5小時后，將溶液轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯作內(nèi)襯的反應(yīng)釜并置于烘箱中，3(TC下陳化 48小時，所得溶液用去離子水進(jìn)行清洗、過濾，11(TC下干燥12小時；在程序控溫管式爐上 采用空氣氣氛以1°C /min升溫到70(TC，恒溫6小時，去除表面活性劑。煅燒后，自然冷卻， 粉末過150目標(biāo)準(zhǔn)篩，該粉末即為含鈣鎂硅的介孔骨組織修復(fù)材料，孔徑大小為4nm，比表 面為400m7g。
實(shí)施例5 按照鎂源硅源鈣源的摩爾比為30 : 37 : 33，硅源表面活性劑的摩爾比為 i : 0.02的配比制備介孔骨組織修復(fù)材料，取聚環(huán)氧乙烯醚-聚環(huán)氧丙烯醚-聚環(huán)氧乙烯
醚三嵌段共聚物(P123)加入到3wt^乙醇水溶液中，6(TC下攪拌至均勻，然后再加入硅源 正硅酸甲酯和硅酸鈉于上述溶液中，再加入氨水溶液控制pH值為8，攪拌6小時后，緩慢滴 入鈣源硝酸鈣和醋酸鈣溶液和鎂源氯化鎂和氧化鎂溶液攪拌7小時后，將溶液轉(zhuǎn)入聚四氟 乙烯作內(nèi)襯的反應(yīng)釜并置于烘箱中，4(TC下陳化48小時，所得溶液用去離子水進(jìn)行清洗、 過濾，12(TC下干燥11小時；在程序控溫管式爐上采用空氣氣氛以1°C /min升溫到700°C， 恒溫7小時，去除表面活性劑。煅燒后，自然冷卻，粉末過150目標(biāo)準(zhǔn)篩，該粉末即為含鈣鎂 硅的介孔骨組織修復(fù)材料，孔徑大小為8nm，比表面為300m7g。
實(shí)施例6 將實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料浸入10mL 0. 5%生長因子的水溶液中，吸 附5小時，然后冷凍干燥10小時即得含生長因子的介孔骨組織修復(fù)材料。
實(shí)施例7 將實(shí)施例1合成的介孔骨組織修復(fù)材料浸入20mL 0. 5 %妥布霉素水溶液，吸附5 小時，然后冷凍干燥10小時即得含藥物的介孔骨組織修復(fù)材料。
效果實(shí)施例1 采用X射線衍射儀(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)和BET比表面積檢測法(BET法) 分別測試了實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料粉末的相組成、形貌以及孔徑大小和孔分 布，結(jié)果分別見附圖2和圖3。其中，X射線衍射的具體條件如下采用日本Rigaku公司D/ max2500型18kW轉(zhuǎn)靶X射線衍射儀(Cu靶，Ka線，管電壓40kV，管電流200mA)檢測樣品物 相結(jié)構(gòu)。
由圖2的透射電子顯微鏡(TEM)照片可以看出實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材 料為有序的介孔孔道，孔徑分布窄，孔的大小分布均勻，基本一致，不存在有小有大不均勻 的狀況。 由圖3的孔分布曲線圖可以看出實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料的孔徑分布 比較集中，一般在10nm左右；從BET法和BJH孔徑分析法可以計算得出實(shí)施例1制得的介 孔骨組織修復(fù)材料的比表面積為470m7g，平均孔徑為7nm。
效果實(shí)施例2 取實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料進(jìn)行了氮?dú)獾奈?、脫附測定，擬合得到 如圖5所示的氮?dú)馕絖脫附等溫線。由圖5可見其呈現(xiàn)出IV型吸附等溫線以及H型滯 后環(huán)，在相對壓力(Ps/P。) 0 0. 3之間存在明顯的凸起拐點(diǎn)，而且在中壓力區(qū)0. 4 0. 8之 間形成一個吸附_脫附N2回滯環(huán)，由此表明實(shí)施例1的材料是典型的介孔結(jié)構(gòu)；并且其在 高壓力區(qū)0. 8 1. 0之間的吸附曲線沒有突越，由此表明實(shí)施例1的材料對N2吸附的孔作 用大于表面作用，這與二維六方介孔結(jié)構(gòu)特征相吻合。本發(fā)明的氮?dú)馕?脫附等溫線圖 進(jìn)一步證明實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料具有有序介孔結(jié)構(gòu)，孔道分布均一。
效果實(shí)施例3 取少量實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料置于模擬人體液中浸泡7天，將經(jīng)過
浸泡處理的介孔骨組織修復(fù)材料與實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料(未經(jīng)模擬人體液
浸泡)分別使用掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線衍射儀測定其生物活性。 由圖6的掃描電子顯微鏡(SEM)照片a圖和b圖的對比可以看出，實(shí)施例1制得
的介孔骨組織修復(fù)材料在模擬人體液中浸泡7天后，其表面形成了具有生物活性的羥基磷
灰石結(jié)晶。 由圖7的X射線衍射譜圖中的a可以看出實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料 (未經(jīng)模擬人體液浸泡)的廣角X射線衍射譜圖在橫坐標(biāo)2e為29°時有l(wèi)個峰顯示；有 圖中的b可以看出實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料在模擬人體液中浸泡7天后，其X 射線衍射圖譜在2e為22.3° 、25. 1°和32.5°處分別有羥基磷灰石的特征峰出現(xiàn)，這也 表明介孔骨組織修復(fù)材料在模擬人體液中浸泡后，具有生物活性的羥基磷灰石生成。
效果實(shí)施例4 采用紫外分光光度計(GD5406004，上海棱光技術(shù)有限公司)測試了實(shí)施例1制得 的介孔骨組織修復(fù)材料對牛血清蛋白質(zhì)的吸附性能，結(jié)果見附圖8。 由圖8可以看出實(shí)施例l制得的介孔骨組織修復(fù)材料浸泡于牛血清蛋白溶液中， 50min以內(nèi)(剛開始階段)溶液的光密度值(OD值)隨著吸附時間的增加而明顯降低，在吸 附時間達(dá)60min后OD值下降趨勢基本平緩。這說明實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料 能夠有效吸附牛血清蛋白，在前50min內(nèi)介孔骨組織修復(fù)材料可以快速大量吸附牛血清蛋 白，60min后基本飽和，達(dá)到吸附最大值。
效果實(shí)施例5 采用部分凝血活酶時間(APTT)測定法和凝血酶原時間(PT)測定法分別測試實(shí)施 例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料對內(nèi)源性凝血系統(tǒng)和外源性凝血系統(tǒng)的影響，結(jié)果見附圖 9。 由圖9可以看出APTT和PT凝血時間對實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料均基本呈劑量依賴性，隨著介孔骨組織修復(fù)材料加入量的增多，APTT和PT凝血時間逐漸減 少。其中，圖9a表明在實(shí)驗用量范圍內(nèi)APTT凝血時間隨著介孔骨組織修復(fù)材料加入量的增 加而持續(xù)顯著減小；而圖9b表明PT凝血時間先隨著介孔骨組織修復(fù)材料加入量的增多而 減小，當(dāng)介孔骨組織修復(fù)材料加入量大于0. 024g時，則凝血時間基本保持不變，由此表明 APTT凝血時間對介孔骨組織修復(fù)材料的劑量依賴性更為明顯。 由于凝血時間與凝血因子的激發(fā)直接相關(guān)，因此可直接推知實(shí)施例1制得的介孔
骨組織修復(fù)材料對內(nèi)源性凝血因子的激發(fā)效果非常顯著。 效果實(shí)施例6細(xì)胞培養(yǎng)試驗 將實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料與細(xì)胞聯(lián)合培養(yǎng)，并與空白實(shí)驗對比，培 養(yǎng)方法可按本領(lǐng)域常規(guī)骨組織修復(fù)材料的細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗培養(yǎng)，如文獻(xiàn)《聚L-乳酸/聚 L-乳酸接枝納米羥基磷灰石復(fù)合材料對成骨細(xì)胞黏附和增殖能力的影響》(中國組織工程 研究與臨床康復(fù)，2009，第13巻第34期，6617-6621)，考察本發(fā)明介孔骨組織修復(fù)材料的生 物相容性和細(xì)胞毒性，結(jié)果見附圖9。 從圖9中可以看出與只有細(xì)胞培養(yǎng)液培養(yǎng)細(xì)胞相比，在介孔骨組織修復(fù)材料存 在下，細(xì)胞同樣能夠很好的生長，由此表明實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料具有良好 的生物相容性，且對培養(yǎng)細(xì)胞沒有毒副作用。
效果實(shí)施例7治療骨缺損實(shí)驗 用實(shí)施例1制得的介孔骨組織修復(fù)材料對治療骨缺損的性能進(jìn)行評價。實(shí)驗動 物雄性新西蘭大白兔，六月，2. 24Kg，清潔級(上海中醫(yī)藥大學(xué)動物中心提供)。
1、將實(shí)施例1制備的介孔骨組織修復(fù)材料植入白兔股骨髁后觀察恢復(fù)狀況
術(shù)后1月，動物創(chuàng)口愈合良好，表面皮膚無裂開或發(fā)紅，溫度正常，呈I期愈合，按 壓手術(shù)部位皮膚無波動感，植入物沒有發(fā)生移位，未發(fā)現(xiàn)囊腫形成；切開皮膚后發(fā)現(xiàn)有少許 皮下軟組織粘連，暴露骨缺損部位后可見塊狀的材料位于缺損中央，無脫出或移位，材料表 面覆蓋一層膜狀纖維組織，質(zhì)地柔軟；材料與周緣骨組織邊界清晰，兩者大部分以纖維組織 結(jié)合，部分區(qū)域可見骨性結(jié)合；采用探針探診材料，可感知材料與周緣骨組織具有一定結(jié)合 強(qiáng)度。 術(shù)后3月，動物皮膚切口愈合良好，骨缺損邊緣發(fā)現(xiàn)有新生骨增生，高于正常骨平 面，材料周圍的新生骨呈爬行生長，覆蓋部分材料表面；缺損區(qū)域材料未被吸收，表面被黃 白色的柔軟膜狀纖維結(jié)締組織覆蓋，材料與周緣骨組織邊界不清晰，采用探針探診材料，材 料與骨缺損邊緣結(jié)合較1月時牢固。 2、空白對照白兔股骨髁骨缺損，未植入本發(fā)明的介孔骨組織修復(fù)材料，觀察恢復(fù) 狀況 術(shù)后1月，動物手術(shù)創(chuàng)口愈合良好，表面皮膚無裂開或發(fā)紅、溫度正常，呈I期愈 合，按壓手術(shù)部位皮膚無波動感，未發(fā)現(xiàn)囊腫和纖維組織包裹；切開皮膚后發(fā)現(xiàn)皮下軟組織 存在輕度粘連，暴露骨缺損區(qū)域可見到黃白色纖維組織修復(fù)并相互交織，質(zhì)地柔軟，去除纖 維結(jié)締組織后，可見穿通缺損未修復(fù)，僅缺損邊緣有少量類骨質(zhì)形成，質(zhì)地疏松，可被探針 逐層去除。 術(shù)后3月，切開皮膚時未見局部充血或水腫，暴露骨缺損區(qū)域，由質(zhì)地柔軟的纖維 結(jié)締組織所覆蓋；去除纖維結(jié)締組織后，發(fā)現(xiàn)缺損部位縮小，有新骨形成，缺損區(qū)域大部分被類骨質(zhì)填充，呈凹坑狀，采用探針探診，質(zhì)地疏松，沒有完全鈣化，缺損中央仍殘留4 6mm穿通缺損。 所有動物在取材時均未有局部組織紅腫或分泌物，植入材料處未見異常組織增 生。其中，實(shí)施例l制備的介孔骨組織修復(fù)材料治療骨缺損l個月和3個月后骨生長情況 觀察結(jié)果見附圖10，由圖中可見植入1個月后，植入體與周圍骨質(zhì)界限清楚；植入3個月 后，材料與骨缺損邊緣結(jié)合較1月時牢固。 結(jié)論由上述效果實(shí)施例1 7測定實(shí)驗結(jié)果可知本發(fā)明實(shí)施例1制得的介孔骨 組織修復(fù)材料在結(jié)構(gòu)上屬于無定型，孔徑大小均勻、孔隙率高、孔之間排列均勻、孔的形貌 好；在性能表現(xiàn)為具有高的生物活性，對培養(yǎng)細(xì)胞沒有毒副作用，能夠大量吸附蛋白質(zhì)，對 內(nèi)源性凝血因子的激發(fā)效果非常顯著，在用于治療白兔股骨髁骨缺損效果良好。
權(quán)利要求
一種介孔骨組織修復(fù)材料，其特征在于其含有氧化鎂、氧化鈣和氧化硅。
2. 如權(quán)利要求1所述的介孔骨組織修復(fù)材料，其特征在于所述的氧化鎂含量為17% 33% ;所述的氧化鈣的含量為25% 40% ;所述的氧化硅的含量為33% 50% ;百分比為各成分摩爾數(shù)占成分總摩爾數(shù)的百分比。
3. 如權(quán)利要求1所述的介孔骨組織修復(fù)材料，其特征在于所述的介孔骨組織修復(fù)材料為在粉末x-射線衍射圖譜上，在橫坐標(biāo)2e為29°之間有1個峰的介孔骨組織修復(fù)材 料；2 e誤差范圍為±0.2° 。
4. 如權(quán)利要求1所述的介孔骨組織修復(fù)材料，其特征在于所述的介孔骨組織修復(fù)材料的孔徑為2 20nm。
5. 如權(quán)利要求1所述的介孔骨組織修復(fù)材料，其特征在于所述的介孔骨組織修復(fù)材料的比表面為200 500m7g。
6. 如權(quán)利要求1所述的介孔骨組織修復(fù)材料，其特征在于所述的介孔骨組織修復(fù)材 料還負(fù)載生物活性因子或藥物。
7. —種如權(quán)利要求1所述的介孔骨組織修復(fù)材料的制備方法，其特征在于其包括如 下步驟將鎂源、鈣源、硅源和表面活性劑，溶于溶劑中，加酸或堿，攪拌，得溶膠，將溶膠陳 化，干燥，焙燒脫去表面活性劑，即可。
8. 如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于所述的鎂源為是硝酸鎂、氯化鎂和氧 化鎂中的一種或多種；所述的硅源為正硅酸乙酯、正硅酸甲酯和硅酸鈉中的一種或多種； 所述的鈣源為氯化鈣、硝酸鈣和醋酸鈣中的一種或多種；所述的表面活性劑為非離子型表 面活性劑、陽離子型表面活性劑和陰離子表面活性劑中的一種或多種；所述的鎂源的摩爾 百分比為17% 33%，鎂源的摩爾百分比是指鎂源占硅源、鎂源和鈣源總的摩爾量的百分 比；所述的硅源的摩爾百分比為33% 50%，硅源的摩爾百分比是指硅源占硅源、鈣源和 鎂源總的摩爾量的百分比；所述的鈣源的摩爾百分比為25% 40%，鈣源的摩爾百分比是 指鈣源占硅源、鈣源和鎂源總的摩爾量的百分比；所述的表面活性劑的用量按硅源與表面 活性劑的摩爾比計為l : 0.02。
9. 如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于所述的溶劑為水或乙醇水溶液，其中 乙醇的濃度為質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%以下但不含0 ;所述的酸為鹽酸；所述的堿為氨水；加完酸或堿 后體系的PH保持在2 10 ;所述的攪拌的時間為4 7小時；所述的攪拌的溫度為30 70°C ;所述的陳化的溫度為12 50°C，陳化持續(xù)時間為45 50小時；所述的干燥的溫度 為100 12(TC，干燥持續(xù)時間為10 14小時；所述的焙燒的溫度為600 80(TC，焙燒持 續(xù)時間為4 8小時。
10. —種如權(quán)利要求1 5任一項所述的介孔骨組織修復(fù)材料在制備人體骨組織損傷 和/或缺損的修復(fù)材料中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種介孔骨組織修復(fù)材料及其制備方法。該介孔骨組織修復(fù)材料含有氧化鎂、氧化鈣和氧化硅，其制備方法包括如下步驟將鎂源、鈣源、硅源和表面活性劑、溶于溶劑中，加酸或堿，攪拌，得溶膠，將溶膠陳化，干燥，焙燒脫去表面活性劑，即可。本發(fā)明的介孔骨組織修復(fù)材料具有很高的吸附性，能有效的吸附和緩釋其負(fù)載的生物活性因子或藥物，也能很快吸附血液/組織液中的蛋白和富集活性因子，能有效調(diào)控和指導(dǎo)新骨組織再生；同時也能減少APTT和PT凝血時間，具有止血功能。由于材料孔徑大、孔隙率高、孔之間排列均勻有序，材料的表面能夠在模擬生理體液里短時間生成與自然骨無機(jī)成分相似的羥基磷灰石，具有很好的生物活性。
文檔編號A61L27/56GK101716374SQ20091020018
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者劉昌勝, 劉琨, 張洋蘭, 蔣忻, 賈俊峰, 魏杰 申請人:華東理工大學(xué)