一種具有表面大孔的多孔磷酸鈣微球材料、制備方法及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及屬于骨缺損修復醫用領域，特別涉及一種具有表面大孔的多孔磷酸鈣微球材料、制備方法及應用。
【背景技術】
[0002]臨床上替代骨缺損部位的人工骨材料主要是磷酸鈣類材料，包括羥基磷灰石陶瓷、β_磷酸三鈣陶瓷、雙相磷酸鈣、磷酸鈣骨水泥、生物活性玻璃以及各種磷酸鈣基復合材料。一般來說，磷酸鈣類材料在骨修復領域的應用形式按其結構劃分主要有致密和多孔兩種類型。致密型骨修復材料，其孔隙率過低，不利于組織和細胞長入以及血管生成，影響材料的生物學性能。而材料中存在連通的孔隙可為血液輸送、營養物質與代謝物質之間的相互交換、血管和組織的長入等提供通道。有學者認為，尺寸在100 μπι以上的大孔有利于組織的長入，所以開發具有較高孔隙率的磷酸鈣骨修復材料至關重要。
[0003]已有研究報道多孔磷酸鈣材料的制備方法主要有:可溶粒子瀝濾法、冷凍干燥法、氣體發泡法、快速原型法(也稱3D打印)、添加造孔劑法等。然而，通過改變造孔劑或可溶粒子的尺寸如甘露醇、可降解高分子微球、氯化鈉等方法雖然可以調控磷酸鈣材料內部的孔徑大小，但所形成的孔隙之間連通性較差，并且以閉口孔為主，多數孔隙與外部不連通。相比于多孔塊狀材料，微球之間的緊密堆積即可形成相互連通的三維孔隙，有利于血管和骨組織的長入；其次，微球具有良好的流動性，可實現在不規則骨缺損部位的任意填充。磷酸鈣骨水泥具有自固化性，可在體溫或室溫下發生固化反應，與需要經高溫燒結的磷酸鈣陶瓷相比，更利于生物活性物質和藥物的負載。但是作為骨修復填充材料，磷酸鈣骨水泥微球本身雖富含微孔但缺乏大孔、孔隙之間的連通性差，不利于血管和骨組織向材料內部生長；此外，其降解速度緩慢，無法匹配新骨的生長速度。材料中的孔隙率、孔隙尺寸及其分布、孔隙之間的連通性對于骨修復材料在臨床上的應用具有重要影響，大孔有利于新骨生長以及血管的生成，微孔有利于蛋白的粘附和營養物質的傳輸。因此，具有連通多孔結構的磷酸鈣微球作為骨修復材料具有良好的實用價值。
【發明內容】
[0004]為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一種具有表面大孔的多孔磷酸鈣微球材料的制備方法，無需經過高溫燒結處理，可得到具有表面大孔、孔隙率高、孔隙連通性好的磷酸鈣微球。
[0005]本發明的目的通過以下技術方案實現:
[0006]—種具有表面大孔的多孔磷酸鈣微球材料的制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)將多糖膠溶于25?80°C去離子水中，制成濃度為2%?20% w/v的多糖膠溶液；
[0008](2)將增稠劑溶于25?80°C去離子水中，制成濃度為0.1 %?5% w/v的增稠劑溶液；
[0009](3)將步驟⑴得到的多糖膠溶液和步驟(2)得到的增稠劑溶液混合，得到多糖膠/增稠劑混合溶液，作為磷酸鈣骨水泥的液相；
[0010](4)將步驟(3)得到的多糖膠/增稠劑混合溶液與磷酸鈣骨水泥粉料按液固比2?5mL/g充分混合、以速度為400?1200r/min攪拌，攪拌時間為20?40min，制得富含氣泡的磷酸鈣骨水泥漿體；
[0011](5)將步驟(4)中得到的富含氣泡的磷酸鈣骨水泥漿體置于超聲波振蕩器中，超聲頻率為16?40kHz，超聲時間為5?30min ；
[0012](6)用針頭內徑為0.5?1.5mm的注射器將步驟(5)中的磷酸鈣骨水泥漿體滴加到液氮中，得到冷凍骨水泥微球；將冷凍骨水泥微球置于25?60°C、相對濕度為90%?100%的環境中養護水化I?7天，真空干燥，得到具有表面大孔的多孔磷酸鈣微球；所述大孔的孔徑為20?85 μ m。
[0013]步驟(I)所述的多糖膠為變性淀粉、明膠、黃原膠、可溶性殼聚糖、羥乙基纖維素、糊精、阿拉伯膠、卡拉膠、瓜爾豆膠中的至少一種。
[0014]步驟(2)所述的增稠劑為改性淀粉、氧化淀粉、羧甲基纖維素鈉、羥丙基纖維素鈉、海藻酸鈉、聚乙烯醇、果膠、羥丙基甲基纖維素中的至少一種。
[0015]步驟(4)所述的磷酸鈣骨水泥為“磷酸四鈣-磷酸氫鈣”系統骨水泥、“磷酸二氫鈣-α -磷酸三鈣-碳酸鈣”系統骨水泥、“磷酸四鈣-α -磷酸三鈣”系統骨水泥、“磷酸四鈣-β -磷酸三鈣-磷酸二氫鈣”系統骨水泥、“無定形磷酸鈣-磷酸氫鈣”系統骨水泥、“部分結晶磷酸鈣-磷酸氫鈣”系統骨水泥或“磷酸氫鈣-α -磷酸三鈣-碳酸鈣”系統骨水泥中的任意一種。
[0016]所述的具有表面大孔的多孔磷酸鈣微球材料的制備方法制備得到的具有表面大孔的多孔磷酸鈣微球材料，所述多孔磷酸鈣微球孔隙之間相互連通，內部孔尺寸為100?160 μ mD
[0017]所述具有表面大孔的多孔磷酸鈣微球材料作為醫用骨缺損填充材料或作為藥物載體材料。
[0018]所述作為醫用骨缺損填充材料應用時，具體為:根據骨缺損部位的大小，選擇適當粒徑的具有表面大孔的多孔磷酸鈣微球填充到骨缺損部位，對傷口進行縫合處理。
[0019]所述具有表面大孔的多孔磷酸鈣微球為載藥微球。
[0020]所述載藥微球，具體制備方法為:將制好的微球浸泡于藥物溶液中，通過液相吸附的形式載入藥物。
[0021]所述載藥微球，具體制備方法為:在步驟(3)中的磷酸鈣骨水泥液相中加入目標藥物；或者在步驟(4)中的磷酸鈣骨水泥漿體中加入目標藥物。
[0022]與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果:
[0023](I)本發明的微球不僅具有規則的球形，且尺寸分布均勻；微球除富含微孔以外，其表面和內部均含有大量大孔，內部孔隙之間有良好的連通性，這樣的結構不僅有利于血管和新生骨組織的長入；其次，微球具有較高的比表面積，增加了材料與組織液之間的接觸面積，還可促進骨水泥的降解速度；再次，具有多孔結構的磷酸鈣微球可實現高載藥量和包封率。
[0024](2)本發明首次利用攪拌中心所形成的負壓以及超聲空化作用，使液體內局部出現拉應力形成負壓，在較低的壓強下，溶于液體中的氣體由于過飽和而從液體中逸出，從而在液體中形成許多小氣泡。
[0025](3)本發明利用高速攪拌過程中的剪切作用，通過控制攪拌速度調控漿體中的氣泡大小，從而控制磷酸鈣微球中孔隙的數量和大小。
[0026](4)本發明制備的具有表面大孔的多孔磷酸鈣微球解決了現有磷酸鈣微球的表面缺乏大孔、孔隙連通性差的缺點，所制備的多孔磷酸鈣微球表面和內部均分布著大量微孔和大孔，具有較高的孔隙率和孔隙連通性，并且孔隙分布較均勻。
[0027](5)本發明制備的具有表面大孔的多孔磷酸鈣微球具有多級孔，其功能多樣化，表面大孔可為組織和細胞向材料的內部長入提供粘附和切入位點，內部大孔可為組織和細胞在材料內部生長提供空間，表面和內部微孔可作為營養物質和細胞代謝產物的交換或運輸的通道。
[0028](6)本發明所述的具有表面大孔的多孔磷酸鈣微球制備方法簡單，具有更優良的生物醫學性能，可取得更好的臨床應用效果，應用前景廣闊。
【附圖說明】
[0029]圖1是實施例1制備的具有表面大孔的多孔磷酸鈣微球表面形貌的掃描電子顯微鏡照片。
[0030]圖2是實施例1制備的具有表面大孔的多孔磷酸鈣微球斷面形貌的掃描電子顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0031]下面結合實施例，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。
[0032]實施例1
[0033]應用明膠為多糖膠、改性淀粉為增稠劑、“磷酸二氫鈣-α -磷酸三鈣-碳酸鈣”系統骨水泥制備具有表面大孔的多孔磷酸鈣微球的步驟包括:
[0034](I)將明膠以6g/100mL的比例溶于30°C去離子水中，制成濃度為6% (w/v)的明膠溶液；
[0035](2)將改性淀粉以2g/100mL的比例溶于25°C去離子水中，制成濃度為2% (w/v)的改性淀粉溶液；<