一種促進骨生長和生物相容性的聚乳酸復合材料及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬復合材料技術領域，涉及一種促進骨生長和生物相容性的聚乳酸復合材 料及制備方法，特別是涉及一種采用珍珠粉與聚乳酸復合的具有誘導羥基磷灰石生長和生 物相容性改善雙重功效聚乳酸復合材料及其制備方法，具體地說，是一種聚乳酸中分散有 經過聚乙二醇表面改性的珍珠粉的具有誘導羥基磷灰石生長和生物相容性改善雙重功效 聚乳酸復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著材料科學的不斷發展，越來越多的材料進入醫學領域作為生物醫用材料修復 人體各部位的缺損，骨修復材料就是其中之一。目前各種人工骨修復替代材料層出不窮，其 中主要有金屬骨支架（如Ti等）、生物陶瓷（如HA、TCP等）和高分子材料（如PLA、PGA、 PCL等）等種類，但主要起骨支架力學支撐作用，不具有骨生長因子所特有的骨誘導活性。 胡堃，張余，任衛衛等人在"中國骨科臨床與基礎研宄雜志，2013, 5 (1) : 56-62"上的"羥基磷 灰石/聚乳酸人工骨修復材料的研宄進展"中提到，理想的骨修復材料應該具備良好的生 物相容性、機械性能、生物降解性以及誘導再生性，其中，聚乳酸作為一個綜合性能較突出 的生物材料而倍受青睞。但在以聚乳酸為主要成分的骨修復材料，會出現機械強度不夠、降 解速率較慢、無菌性炎癥反應及細胞毒性等缺點，因此在以聚乳酸為基體的骨修復復合材 料進行了相當多的改性工作。羥基磷灰石作為人體骨的主要組成部分，得到了相當的關注 并作為主要的改性材料，但JamesM.Anderson和KathleenM.Miller在 "Biomaterials， 1984, 5 (1) : 5-10"中報道，在以HA為主要成分的骨修復材料中也會出現較輕微的炎癥 反應。偶聯劑可用于提高PLA的降解速率，因此"Materialsscience&engineering C，Materialsforbiologicalapplications, 2012, 32 (6): 1428-36"中用偶聯劑預處理HA 后制備PLA/HA復合材料，但表現出較低的細胞相容性，這要歸因于PLA降解后產生的酸性 有毒小分子，局部上不利于細胞的生長和粘附。另外，HA非常高的穩定性不足以緩解PLA造 成的偏酸性環境。
【發明內容】
[0003] 本發明旨在克服現有技術的不足，提供一種促進骨生長和生物相容性的聚乳酸復 合材料及制備方法，即一種具有誘導羥基磷灰石生長和生物相容性改善雙重功效聚乳酸復 合材料及其制備方法，特別是提供一種采用珍珠粉與聚乳酸復合的具有誘導羥基磷灰石生 長和生物相容性改善雙重功效聚乳酸復合材料及其制備方法，具體地說，是一種聚乳酸中 分散有經過聚乙二醇表面改性的珍珠粉的具有誘導羥基磷灰石生長和生物相容性改善雙 重功效聚乳酸復合材料及其制備方法。本發明以聚乳酸和珍珠粉的共混材料作為基體，其 具有可誘導羥基磷灰石生長和促使細胞增殖的功效，也就是說，珍珠粉與聚乳酸的復合物 比純聚乳酸能生長更多的羥基磷灰石（在模擬體液中已經驗證），而且其生長量隨著珍珠 粉含量和浸泡時間的增加而增加，另外，珍珠粉與聚乳酸復合物的細胞毒性檢測證明該復 合材料比單純聚乳酸材料有更好的細胞相容性，細胞增值率得到了大幅提高。同時本發明 的復合材料采用在聚乳酸溶液中混入珍珠粉，并通過澆鑄成型得到薄膜狀復合材料，方法 簡單高效，成本較低，在加入珍珠粉之前首先對珍珠粉進行表面活性化處理，使其在使用過 程中可以非常均勻的分散在整個復合體系中，經過超聲后分散效果更佳。
[0004] 本發明的一種促進骨生長和生物相容性的聚乳酸復合材料，所述聚乳酸復合材料 為聚乳酸與珍珠粉的復合體系，珍珠粉在聚乳酸的內部及表面均勻分散，且暴露于表面并 與外界環境充分接觸。
[0005] 作為優選的技術方案：
[0006] 如上所述的所述的一種促進骨生長和生物相容性的聚乳酸復合材料，珍珠粉的總 量為所述聚乳酸復合材料的1?50wt%。
[0007] 如上所述的所述的一種促進骨生長和生物相容性的聚乳酸復合材料，所述珍珠粉 為經聚乙二醇表面改性的珍珠粉。
[0008] 如上所述的所述的一種促進骨生長和生物相容性的聚乳酸復合材料，所述聚乳酸 復合材料為薄膜，厚度為80?200ym。
[0009] 本發明還提供了一種促進骨生長和生物相容性的聚乳酸復合材料的制備方法，包 括下列步驟：
[0010] (1)珍珠粉的表面活性化處理；
[0011] 將珍珠粉加入到去離子水中，同時加入聚乙二醇粉末，攪拌并超聲后， 于-15?-20°c下冷凍，然后冷凍干燥，得到經過聚乙二醇表面改性的珍珠粉；
[0012] (2)聚乳酸復合材料的制備；
[0013] 將聚乳酸溶解在溶劑中配置成溶液，再將經過聚乙二醇改性的珍珠粉添加到溶液 中，經過攪拌和超聲處理后，澆鑄到平板玻璃或表面皿中后，去除溶劑；
[0014] 將聚乳酸/珍珠粉復合物浸泡在NaOH溶液中以部分降解聚乳酸表面，使珍珠粉暴 露于材料表面并接觸外界環境，洗凈烘干，得到親水性大大改善的聚乳酸復合材料，為礦化 過程和細胞生長提供了理想的環境。
[0015] 如上所述的制備方法，珍珠粉的顆粒尺寸為100?400nm;聚乙二醇的聚合度為 4000?lOOOODa;聚乙二醇與珍珠粉質量比為2:98?5:95,二者質量和與去離子水質量比 為1:10?1:20 ;所述攪拌并超聲是指攪拌速率為500?lOOOrpm，超聲功率40?50KHz， 時間各為〇. 5?lh，得到珍珠粉均勻分散的溶液；所述冷凍的時間為12?15h;所述冷凍干 燥是在-55?-45°C下，用時20?24h。
[0016] 如上所述的制備方法，聚乳酸重均分子量為70000?200000;所述溶劑為三氯甲 烷或1，4二氧六環等良溶劑；將聚乳酸溶解在溶劑中配置成質量分數為5-lOwt%的溶液； 將經過聚乙二醇改性的珍珠粉添加到溶液中，珍珠粉濃度為1?50wt%;所述攪拌和超聲 處理是指攪拌速率為800?lOOOrpm和超聲功率40?50KHz，時間各為0. 5?lh;
[0017] 如上所述的制備方法，所述去除溶劑是指在室溫環境下放置10?12h后，然后放 入50?60°C真空干燥箱中10_12h，以除去殘留溶劑。
[0018] 如上所述的制備方法，NaOH溶液的質量濃度為1?2M，浸泡時間為10?20min。
[0019] 現代藥理研宄顯示珍珠粉含有5 %的蛋白質，包括亮氨酸、蛋氨酸、丙氨酸等18種 氨基酸，20多種微量元素及維生素B，95%文石結構的碳酸鈣。其作用包括增強機體免疫功 能，美容、促進皮膚膠原細胞再生，增強皮膚彈性。珍珠粉也有比較顯著的消炎作用，能夠抑 制炎癥細胞再生，防止傷口進一步惡化。本發明以聚乳酸和珍珠粉的共混材料作為基體，具 有誘導羥基磷灰石生長和促使細胞增殖的性能，同時具有更好的細胞相容性，細胞增值率 得到了大幅提高。
[0020] 有益效果
[0021] (1)本發明中所選用的材料體系中，珍珠粉和聚乳酸均為商業化產品，生產廠家眾 多，來源非常廣泛，因此可以進行大規模工業化生產。
[0022] (2)本發明中對于珍珠粉的預處理具有一定的科學依據，利用表面活性劑將無機 物珍珠粉均勻分散在有機物聚乳酸中，且所選表面活性劑對人體也同樣具有良好的生物相 容性。
[0023] (3)本發明中所制備的材料中使用了珍珠粉，其在羥基磷灰石生長過程中具有很 好的促進作用，代替了其他骨生長因子，極大的降低了骨修復成本，在經濟效益上具有很可 觀的前景。
[0024] (4)本發明中所制備的材料中，在聚乳酸降解的同時，可以暴露出珍珠粉的表面， 包裹在內層的珍珠粉沒有得到釋放而不會被降解，這樣成功起到了珍珠粉緩釋的效果，可 以在骨修復過程中持續不斷的提供珍珠粉，達到最佳的骨修復效果。
[0025] (5)本發明中所制備的材料在提高了生物相容性的同時，也加速了HA仿生礦化的 速率，在骨修復領域中具有極大的應用前景。
【附圖說明】
[0026] 圖la、lb、lc為未仿生礦化的純聚乳酸及聚乳酸/珍珠粉復合薄膜的形貌圖：圖 la為純聚乳酸表面；圖lb為10wt%珍珠粉/聚乳酸表面；圖lc為10wt%珍珠粉/聚乳酸 截面
[0027] 圖2a、2b、2c為聚乳酸/珍珠粉復合薄膜在1. 5倍模擬體液中浸泡1天后的表面 形貌圖：圖2a為純聚乳酸表面；圖2b為10wt%珍珠粉/聚乳酸表面；圖2c為20wt%珍珠 粉/聚乳酸表面
[0028] 圖3a、3b、3c為聚乳酸/珍珠粉復合薄膜在1. 5倍模擬體液中浸泡3天后的表面 形貌圖：圖3a為純聚乳酸表面；圖3b為10wt%珍珠粉/聚乳酸表面；圖3c為20wt%珍珠 粉/聚乳酸表面
[0029] 圖4為聚乳酸/珍珠粉復合薄膜在1. 5倍模擬體液中浸泡后得到的材料增重與珍 珠粉含量和浸泡天數的曲線圖
【具體實施方式】
[0030] 本發明的一種促進骨生長和生物相容性的聚乳酸復合材料，所述聚乳酸復合材料 為聚乳酸與珍珠粉的復合體系，珍珠粉在聚乳酸的內部及表面均勻分散，且暴露于表面并 與外界環境充分接觸。
[0031] 其中，珍珠粉的總量為所述聚乳酸復合材料的1?50wt% ;珍珠粉為經聚乙二醇 表面改性的珍珠粉；聚乳酸復合材料為薄膜，厚度為80?200ym。
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