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一種修復(fù)骨缺損的生物復(fù)合支架及其制備方法

文檔序號:996223閱讀:415來源:國知局
專利名稱:一種修復(fù)骨缺損的生物復(fù)合支架及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種生物復(fù)合支架及其制備方法,尤其涉及一種絲素蛋白/納米羥基 磷灰石復(fù)合支架及其制備方法,屬于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)
由于創(chuàng)傷、腫瘤、先天性畸形、感染、病理等因素造成的骨組織缺損是臨床面臨的 難題之一。目前,臨床所用的骨修復(fù)材料各有利弊,不能達(dá)到理想的要求。研制具有生物相 容性、可降解的三維多孔支架材料是解決這一問題的關(guān)鍵問題。羥基磷灰石(hydroxyapatite,HA)是天然骨組織的主要無機(jī)質(zhì)成分,具有良好的 生物相容性,已廣泛應(yīng)用于各類骨缺損的修復(fù)。但由微米級羥基磷灰石粉體制備的材料,質(zhì) 脆強(qiáng)度低,生物機(jī)械性能較差,植入后不能被新骨完全替代,在局部形成占位。前期研究表 明通過控制試驗(yàn)條件可以得到不同形態(tài)的羥基磷灰石顆粒,其顆粒尺寸及形態(tài)對其生物相 容性有較大影響。但這距離結(jié)構(gòu)功能一體化的組織工程骨相差很遠(yuǎn),還存在某些不可克服 的缺點(diǎn),如缺少連通的、均勻的孔結(jié)構(gòu),不利于骨組織的生長;其降解速度與天然骨組織生 長替代速度不協(xié)調(diào);力學(xué)強(qiáng)度與天然骨組織的力學(xué)性能不匹配等;而且純的羥基磷灰石只 具有骨傳導(dǎo)作用,不具有骨誘導(dǎo)活性。因此將納米級羥基磷灰石與具有骨誘導(dǎo)活性的有機(jī) 大分子復(fù)合構(gòu)建與天然骨類似的復(fù)合骨替代支架材料己成為當(dāng)前的研究趨勢。桑蠶絲蛋白來源豐富,除了用于傳統(tǒng)的紡織原料外,由于其優(yōu)越的力學(xué)性能和相 對良好的生物體適應(yīng)性,人們嘗試多種方法,將其制備成不同的結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料,運(yùn)用于骨 組織工程。蠶絲主要由絲膠和絲素(silk fibroin, SF)兩種蛋白構(gòu)成。作為植入材料,絲 膠的致敏性限制了其運(yùn)用范圍。相反,絲素蛋白卻具有良好的生物相容性,對水和氧氣具有 良好的通透性。近年來,以其為基質(zhì)材料的各種細(xì)胞生長支架材料的研究應(yīng)運(yùn)而生,成為組 織工程學(xué)的一個(gè)熱門研究領(lǐng)域。David L.Kaplan帶領(lǐng)的小組研究了 RGD、PTHjnmPTH*# 修飾絲素蛋白及其誘導(dǎo)骨形成作用,發(fā)現(xiàn)造骨細(xì)胞可在絲素蛋白上粘附、增殖;通過冷凍干 燥、粒子浙濾和氣體發(fā)泡法分別制備了三維多孔絲素支架,考察了制備方法及條件對支架 形態(tài)和功能的影響;探索了一種新的全水工藝法制備絲素支架,研究了該支架負(fù)載BMP-2 后的體內(nèi)外成骨能力;在此基礎(chǔ)上研究了羥基磷灰石在絲素支架的沉積。Li Wang等人通 過濕法_機(jī)械化學(xué)合成路線制備出SF/HA納米溶膠,研究了化學(xué)修飾對SF/HA復(fù)合凝膠微 觀結(jié)構(gòu)及凝膠行為的影響。四川大學(xué)的趙勇、王江等人采用仿生礦化法構(gòu)建三維多孔絲素 蛋白/羥基磷灰石復(fù)合支架,并對其進(jìn)行體外蛋白酶降解和成骨細(xì)胞培養(yǎng)。上述支架材料 具有連通的三維多孔結(jié)構(gòu),顯示出良好的生物相容性并能促進(jìn)成骨細(xì)胞的生長和分化,因 而有望成為新型有機(jī)/無機(jī)復(fù)合生物材料。但對于SF/HA復(fù)合支架的制備及其相關(guān)體內(nèi)外 實(shí)驗(yàn)仍處于起步階段,缺少系統(tǒng)的研究。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明提供了一種修復(fù)骨缺損的生物復(fù)合支架及其制備方
3法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種修復(fù)骨缺損的生物復(fù)合支架是由納米羥基磷灰石和絲素蛋白制成的,其中, 納米羥基磷灰石與絲素蛋白的質(zhì)量比為90 10 60 40,復(fù)合支架呈多孔狀,孔隙率 70% 95%,孔徑尺寸100 600 μ m,以圓形為主,孔徑間相互貫通。所述的修復(fù)骨缺損的生物復(fù)合支架的制備方法,包括以下步驟(1)將桑蠶絲置于0. 02mol/L碳酸鈉溶液中處理煮沸30 90min,然后用去離子 水洗滌、干燥,除去對人體組織有致敏反應(yīng)的絲膠蛋白;(2)將上述脫膠處理后的絲素蛋白溶于9. 3mol/L LiBr溶液中室溫下進(jìn)行透析處 理,獲得絲素蛋白水溶液;(3)按照羥基磷灰石與絲素蛋白質(zhì)量比為90 10 60 40,分別計(jì)算出所需 Ca(NO3)2及(NH4)2HPO4的質(zhì)量;稱取所需質(zhì)量的Ca(NO3)2,將其加入上述絲素蛋白水溶液混 合得到SF-Ca(NO3)2溶液;(4)稱取相應(yīng)質(zhì)量的(NH4)2HPO4,配制成濃度為2mol/L的水溶液;在不斷攪拌條件 下將其逐滴加入上述SF-Ca (NO3) 2混合溶液中,在此過程中添加氨水調(diào)節(jié)pH值,使其保持在 9 10 ;(5)將上述所得沉淀洗滌至中性,過濾得到SF/納米HA復(fù)合溶膠;將不同粒度(粒 徑150 250 μ m)的NaCl顆粒加入到上述復(fù)合溶膠中,攪拌,注模,將其密封并于室溫靜置 2 8h ;脫模,并將其置于甲醇中10 90min以產(chǎn)生不溶于水的β -折疊結(jié)構(gòu);(6)將所得復(fù)合材料室溫下置于去離子水中浸泡24h,浙濾NaCl顆 粒;-10 -80°c冷凍干燥10 24h,即得到SF/HA復(fù)合支架。本發(fā)明具有如下突出的有益效果本發(fā)明以通過脫膠處理的絲素蛋白水溶液為載體,通過共沉淀法制備絲素蛋白/ 納米羥基磷灰石復(fù)合溶膠,利用離子浙濾結(jié)合冷凍干燥工藝制備絲素蛋白/納米羥基磷灰 石復(fù)合支架,通過調(diào)節(jié)NaCl粒子的半徑及冷凍參數(shù)控制復(fù)合支架內(nèi)孔徑的分布。與現(xiàn)有技 術(shù)相比,采用本發(fā)明所得支架氣孔率及孔徑分布更易控制,且具有良好的力學(xué)性能。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1(1)將桑蠶絲置于0. 02mol/L碳酸鈉溶液中處理煮沸30min,然后用去離子水洗 滌、干燥,除去對人體組織有致敏反應(yīng)的絲膠蛋白;(2)將上述脫膠處理后的絲素蛋白溶于9. 3mol/LLiBr溶液中室溫下進(jìn)行透析處 理,獲得絲素蛋白水溶液;(3)按照納米羥基磷灰石與絲素蛋白質(zhì)量比為70 30,分別計(jì)算出所需Ca(NO3)2 及(NH4)2HPO4的質(zhì)量;稱取所需質(zhì)量的Ca(NO3)2,將其加入上述絲素蛋白水溶液混合得到 SF-Ca (NO3)2 溶液;(4)稱取相應(yīng)質(zhì)量的(NH4) 2ΗΡ04,配制成濃度為2mol/L的水溶液;在不斷攪拌條件 下將其逐滴加入上述SF-Ca (NO3) 2混合溶液中,在此過程中添加氨水調(diào)節(jié)pH值,使其保持在10 ;(5)將上述所得沉淀洗滌至中性,過濾得到SF/納米HA復(fù)合溶膠;將平均粒徑為 150 μ m的NaCl顆粒加入到上述復(fù)合溶膠中,攪拌,注模,將其密封并于室溫靜置2h ;脫模, 并將其置于甲醇中30min以產(chǎn)生不溶于水的β-折疊結(jié)構(gòu);(6)將所得復(fù)合材料室溫下置于去離子水中浸泡24h,浙濾NaCl顆粒;_20°C冷凍 干燥24h,即得到SF/納米HA復(fù)合支架。實(shí)施例2(1)將桑蠶絲置于0. 02mol/L碳酸鈉溶液中處理煮沸30min,然后用去離子水洗 滌、干燥,除去對人體組織有致敏反應(yīng)的絲膠蛋白;(2)將上述脫膠處理后的絲素蛋白溶于9. 3mol/L LiBr溶液中室溫下進(jìn)行透析處 理,獲得絲素蛋白水溶液;(3)按照羥基磷灰石與絲素蛋白質(zhì)量比為80 20,分別計(jì)算出所需Ca(NO3)2 及(NH4)2HPO4的質(zhì)量;稱取所需質(zhì)量的Ca(NO3)2,將其加入上述絲素蛋白水溶液混合得到 SF-Ca (NO3)2 溶液;(4)稱取相應(yīng)質(zhì)量的(NH4) 2ΗΡ04,配制成濃度為2mol/L的水溶液;在不斷攪拌條件 下將其逐滴加入上述SF-Ca (NO3) 2混合溶液中,在此過程中添加氨水調(diào)節(jié)pH值,使其保持在 10 ;(5)將上述所得沉淀洗滌至中性,過濾得到SF/納米HA復(fù)合溶膠;將平均粒徑為 180 μ m的NaCl顆粒加入到上述復(fù)合溶膠中,攪拌,注模,將其密封并于室溫靜置2h ;脫模, 并將其置于甲醇中30min以產(chǎn)生不溶于水的β-折疊結(jié)構(gòu);(6)將所得復(fù)合材料室溫下置于去離子水中浸泡24h,浙濾NaCl顆粒;_20°C冷凍 干燥24h,即得到SF/納米HA復(fù)合支架。實(shí)施例3(1)將桑蠶絲置于0. 02mol/L碳酸鈉溶液中處理煮沸30min,然后用去離子水洗 滌、干燥,除去對人體組織有致敏反應(yīng)的絲膠蛋白;(2)將上述脫膠處理后的絲素蛋白溶于9. 3mol/L LiBr溶液中室溫下進(jìn)行透析處 理,獲得絲素蛋白水溶液;(3)按照納米羥基磷灰石與絲素蛋白質(zhì)量比為60 40,分別計(jì)算出所需Ca(NO3)2 及(NH4)2HPO4的質(zhì)量;稱取所需質(zhì)量的Ca(NO3)2,將其加入上述絲素蛋白水溶液混合得到 SF-Ca (NO3)2 溶液;(4)稱取相應(yīng)質(zhì)量的(NH4) 2ΗΡ04,配制成濃度為2mol/L的水溶液;在不斷攪拌條件 下將其逐滴加入上述SF-Ca (NO3) 2混合溶液中,在此過程中添加氨水調(diào)節(jié)pH值,使其保持在 10 ;(5)將上述所得沉淀洗滌至中性,過濾得到SF/納米HA復(fù)合溶膠;將平均粒徑為 150 μ m的NaCl顆粒加入到上述復(fù)合溶膠中,攪拌,注模,將其密封并于室溫靜置2h ;脫模, 并將其置于甲醇中30min以產(chǎn)生不溶于水的β -折疊結(jié)構(gòu);(6)將所得復(fù)合材料室溫下置于去離子水中浸泡24h,浙濾NaCl顆粒;_20°C冷凍 干燥24h,即得到SF/納米HA復(fù)合支架。上述3個(gè)實(shí)施例所得絲素蛋白/納米羥基磷灰石復(fù)合支架進(jìn)行下列檢測
經(jīng)過Nicolet AVATR360FT-IR證實(shí)復(fù)合支架由絲素蛋白和納米羥基磷灰石兩相 構(gòu)成;經(jīng)JEM-lOOCx II SEM分析證實(shí)復(fù)合支架中孔洞相互連通,氣孔率均超過80%, 平均孔徑在150 200 μ m。經(jīng)深圳三思萬能材料試驗(yàn)機(jī)檢測復(fù)合支架抗壓強(qiáng)度均超過150MPa。
權(quán)利要求
一種修復(fù)骨缺損的生物復(fù)合支架,其特征在于是由納米羥基磷灰石和絲素蛋白制成的,其中,納米羥基磷灰石與絲素蛋白的質(zhì)量比為90∶10~60∶40,復(fù)合支架呈多空狀,孔隙率70%~95%,孔徑尺寸100~600μm,以圓形為主,孔徑間貫通。
2.如權(quán)利要求1所述的修復(fù)骨缺損的生物復(fù)合支架的制備方法,其特征在于包括以下 步驟(1)將桑蠶絲置于0.02mol/L碳酸鈉溶液中處理煮沸30 90min,然后用去離子水洗 滌、干燥,除去對人體組織有致敏反應(yīng)的絲膠蛋白;(2)將上述脫膠處理后的絲素蛋白溶于9.3mol/LLiBr溶液中室溫下進(jìn)行透析處理, 獲得絲素蛋白水溶液;(3)按照納米羥基磷灰石與絲素蛋白質(zhì)量比為90 10 60 40,分別計(jì)算出所需 Ca(NO3)2及(NH4)2HPO4的質(zhì)量;然后稱取所需質(zhì)量的Ca(NO3)2,將其加入上述絲素蛋白水溶 液混合得到SF-Ca(NO3)2溶液;(4)稱取相應(yīng)質(zhì)量的(NH4)2ΗΡ04,配制成濃度為2mol/L的水溶液;在不斷攪拌條件下將 其逐滴加入上述SF-Ca (NO3) 2混合溶液中,在此過程中添加氨水調(diào)節(jié)pH值,使其保持在9 10 ;(5)將上述所得沉淀洗滌至中性,過濾得到SF/納米HA復(fù)合溶膠;將粒徑150 250μπι 的NaCl顆粒加入到上述復(fù)合溶膠中,攪拌,注模,將其密封并于室溫靜置2 8h ;脫模,并 將其置于甲醇中10 90min,以產(chǎn)生不溶于水的β -折疊結(jié)構(gòu);(6)將所得復(fù)合材料室溫下置于去離子水中浸泡24h,浙濾NaCl顆粒;-10 _80°C冷 凍干燥10 24h,即得到SF/納米HA復(fù)合支架。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種修復(fù)骨缺損的生物復(fù)合支架是由納米羥基磷灰石和絲素蛋白制成的,其中,納米羥基磷灰石與絲素蛋白的質(zhì)量比為90∶10~60∶40,復(fù)合支架呈多孔狀,孔隙率70%~95%,孔徑尺寸100~600μm,以圓形為主,孔徑間相互貫通。本發(fā)明通過脫膠處理的絲素蛋白水溶液為載體,通過共沉淀法制備絲素蛋白/納米羥基磷灰石復(fù)合溶膠,利用離子瀝濾結(jié)合冷凍干燥工藝制備絲素蛋白/羥基磷灰石復(fù)合支架,通過調(diào)節(jié)NaCl粒子的半徑及冷凍參數(shù)控制復(fù)合支架內(nèi)孔徑的分布。與現(xiàn)有技術(shù)相比,采用本發(fā)明所得支架氣孔率及孔徑分布更易控制,且具有良好的力學(xué)性能。
文檔編號A61L27/22GK101897994SQ201010234660
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者盧志華, 李鵬, 王海斌, 趙冬梅 申請人:山東大學(xué)
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