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一種聚合物基磷酸鈣鹽/膠原三維復合骨支架的制備方法.pdf

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一種 聚合物 磷酸鈣 膠原 三維 復合 支架 制備 方法
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摘要
申請專利號:

CN201410177985.5

申請日:

20140429

公開號:

CN103948959A

公開日:

20140730

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A61L27/12,A61L27/20,A61L27/22,A61L27/24,A61L27/56,A61L27/50 主分類號: A61L27/12,A61L27/20,A61L27/22,A61L27/24,A61L27/56,A61L27/50
申請人: 東華大學
發明人: 何創龍,仇可新,周小軍,馮煒,莫秀梅
地址: 201620 上海市松江區松江新城人民北路2999號
優先權: CN201410177985A
專利代理機構: 上海泰能知識產權代理事務所 代理人: 黃志達
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410177985.5

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明涉及一種聚合物基磷酸鈣鹽/膠原三維復合骨支架的制備方法,包括:將鈣鹽、磷酸鹽、膠原混合溶解,得到電解液;將聚合物制備的三維支架固定于電極作為陰極,空白鉑電極為陽極,放入電解液中,進行電化學共沉積,得到復合支架,然后進行后處理,洗滌,晾干,即得。本發明制備的復合支架具有三維結構和生物降解性,并且具有與天然骨相似的成分,從結構和成分上仿生天然骨;此外,這種支架復合的方法簡單、制備時間短且條件溫和。

權利要求書

1.一種聚合物基磷酸鈣鹽/膠原三維復合骨支架的制備方法,包括:(1)將鈣鹽、磷酸鹽、膠原混合溶解,得到電解液;(2)將聚合物制備的三維支架固定于電極作為陰極,空白鉑電極為陽極,放入電解液中,進行電化學共沉積,得到復合支架,然后進行后處理,洗滌,晾干,即得聚合物基磷酸鈣鹽/膠原三維復合骨支架。2.根據權利要求1所述的一種聚合物基磷酸鈣鹽/膠原三維復合骨支架的制備方法,其特征在于:所述步驟(1)中鈣鹽為Ca(NO);磷酸鹽為NHHPO。3.根據權利要求1所述的一種聚合物基磷酸鈣鹽/膠原三維復合骨支架的制備方法,其特征在于:所述步驟(1)中電解液中鈣鹽的濃度為0.025-0.080mol/L;磷酸鹽的濃度為0.015-0.050mol/L;膠原的濃度為0.1-1.0mg/mL;電解液的pH值為4-5。4.根據權利要求1所述的一種聚合物基磷酸鈣鹽/膠原三維復合骨支架的制備方法,其特征在于:所述步驟(2)中聚合物制備的三維支架為相分離支架、冷凍干燥支架、自組裝支架、三維打印支架中的一種。5.根據權利要求1所述的一種聚合物基磷酸鈣鹽/膠原三維復合骨支架的制備方法,其特征在于:所述步驟(2)中聚合物為蛋白質基質、多糖基質、高分子材料基質中的兩種或兩種以上。6.根據權利要求5所述的一種聚合物基磷酸鈣鹽/膠原三維復合骨支架的制備方法,其特征在于:所述蛋白質基質為明膠或絲素;多糖基質為纖維素或殼聚糖;高分子材料基質為聚羥基乙酸。7.根據權利要求1所述的一種聚合物基磷酸鈣鹽/膠原三維復合骨支架的制備方法,其特征在于:所述步驟(2)中電極為金屬電極、半導體電極、玻碳電極、石墨電極中的一種。8.根據權利要求1所述的一種聚合物基磷酸鈣鹽/膠原三維復合骨支架的制備方法,其特征在于:所述步驟(2)中電化學共沉淀為恒電位法、計時電流法、循環伏安法中的一種。9.根據權利要求1所述的一種聚合物基磷酸鈣鹽/膠原三維復合骨支架的制備方法,其特征在于:所述步驟(2)中電化學共沉淀的參數為電壓為-3~3.0V,電極距離為1~3cm,沉積時間為900~10800s,反應溫度為20~60℃。10.根據權利要求1所述的一種聚合物基磷酸鈣鹽/膠原三維復合骨支架的制備方法,其特征在于:所述步驟(2)中后處理為在氫氧化鈣溶液中浸泡48-96h;洗滌為去離子水沖洗;晾干為在空氣中晾干。

說明書

技術領域

本發明屬于三維復合骨支架的制備領域,特別涉及一種聚合物基磷酸鈣鹽/膠原三維復合骨支架的制備方法。

背景技術

在骨組織修復過程中,骨支架起著支撐細胞生長、引導組織再生、控制組織結構等至關重要的作用,是決定其成敗的關鍵因素之一。對聚合物支架能夠最大限度的仿生天然骨,才能起到促進骨組織修復的作用。

從材料學角度看,骨基質是天然的生物礦化材料,主要由水、有機物和無機鹽等組成。骨組織由有機成分和無機成分組成,其有機成分的95%是膠原,還有少量的非膠原蛋白、多糖、脂類等;無機成分則主要是羥基磷灰石等磷酸鈣鹽,是自然骨結晶部分的主要成分,具有良好的生物相容性和骨傳導作用,可以引導骨的生長并與骨組織形成牢固的骨性結合。鑒于此,含有磷酸鈣鹽和膠原成分的復合支架能最大限度的仿生骨組織。

近年來,國內外有不少關于磷酸鈣鹽/膠原復合骨支架制備的研究。大多研究是利用各種技術在醫用金屬表面制備磷酸鈣鹽或膠原涂層,如專利CN101381881A利用電化學沉積技術,以一定濃度的鈣鹽、磷酸鹽和殼聚糖配置為電解液,在生物醫用金屬基材上制備羥基磷灰石/殼聚糖涂層。這樣制備的復合支架能在金屬表面制得均勻雜化的羥基磷灰石/殼聚糖復合涂層,但是此支架以金屬為基底,其生物相容性和生物降解性并不理想。當前,隨著組織工程的發展,具有生物可降解性的復合材料成為骨支架材料的研究熱點。如專利CN102512709B采用靜電紡絲技術制備磷酸鈣納米纖維膜和膠原納米纖維膜,并以這兩種納米纖維膜為納米結構單元進行復合制備了納米人工骨,制備的納米人工骨在微納米尺度范圍具有精細結構。但是這樣制備的納米人工骨沒有三維結構,不能模擬細胞外基質的結構,不利于骨細胞的深入生長。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種聚合物基磷酸鈣鹽/膠原三維復合骨支架的制備方法,該方法制備的復合支架具有三維結構和生物降解性,并且與天然骨具有相似的成分,從結構和成分上仿生天然骨;這種支架復合的方法簡單、制備時間短且條件溫和。

本發明的一種聚合物基磷酸鈣鹽/膠原三維復合骨支架的制備方法,包括:

(1)將鈣鹽、磷酸鹽、膠原混合溶解,得到電解液;

(2)將聚合物制備的三維支架固定于電極作為陰極,空白鉑電極為陽極,放入電解液中,進行電化學沉積,得到復合支架,然后進行后處理,洗滌,晾干,即得聚合物基磷酸鈣鹽/膠原三維復合骨支架。

所述步驟(1)中鈣鹽為Ca(NO3)2;磷酸鹽為NH4H2PO4。

所述步驟(1)中電解液中鈣鹽的濃度為0.025-0.080mol/L;磷酸鹽的濃度為0.015-0.050mol/L;膠原的濃度為0.1-1.0mg/mL;電解液的pH值為4-5。

所述步驟(2)中三維支架為相分離支架、冷凍干燥支架、自組裝支架、三維打印支架中的一種。

所述步驟(2)中聚合物為蛋白質基質、多糖基質、高分子材料基質中的兩種或兩種以上。

所述蛋白質基質為明膠或絲素;多糖基質為纖維素或殼聚糖;高分子材料基質為聚羥基乙酸。

所述步驟(2)中電極為金屬電極、半導體電極、玻碳電極、石墨電極中的一種。

所述步驟(2)中電化學沉淀為恒電位法、計時電流法、循環伏安法中的一種。

所述步驟(2)中電化學沉淀的參數為電壓為-3~3.0V,電極距離為1~3cm,沉積時間為900~10800s,反應溫度為20~60℃。

所述步驟(2)中后處理為在氫氧化鈣溶液中浸泡48-96h;洗滌為去離子水沖洗;晾干為在空氣中晾干。

電化學共沉積同時沉積磷酸鈣鹽和膠原。

有益效果

(1)本發明制備的復合支架具有三維結構和生物降解性,并且與天然骨具有相似的成分,從結構和成分上仿生天然骨;

(2)這種支架復合的方法簡單、制備時間短且條件溫和。

附圖說明

圖1為磷酸鈣鹽和膠原共沉積在三維納米纖維支架上的掃描電鏡(SEM)形貌照片,A為800×倍數下的SEM圖,B為2000×倍數下的SEM圖;

圖2為磷酸鈣鹽和膠原共沉積在三維納米纖維支架上的紅外光譜(FTIR)譜圖,A為商業羥基磷灰石的FTIR譜圖,B為三維納米纖維支架的FTIR譜圖,C為磷酸鈣鹽沉積在三維支架的FTIR譜圖,D為磷酸鈣鹽和膠原共沉積在三維支架上的FTIR譜圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例,進一步闡述本發明。應理解,這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解,在閱讀了本發明講授的內容之后,本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改,這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

實施例1

(1)采用熱致相分離技術制備PLLA/PCL70:30三維多孔納米纖維支架:將PLLA:PCL以質量比70:30的比例溶于四氫呋喃中,加熱攪拌,形成濃度為10wt%的均一溶液;然后將其注入注射器中,迅速置于-80℃使其發生相分離,過夜;取出后,把成凝膠狀的聚合物浸泡于去離子冰水中交換溶劑2天,每天換三次去離子冰水;冷凍干燥后,即得到具有多孔結構的三維納米纖維支架;

(2)配制200mL電解液,其中Ca(NO3)2的濃度0.042mol/L、NH4H2PO4的濃度為0.025mol/L、膠原的濃度為0.5mg/mL,調節pH值為4.7,攪拌均勻,得到均一的電解液;

(3)將(1)制備的三維多孔納米纖維支架固定于不銹鋼電極上,作為工作電極,鉑電極為對電極,甘汞電極為參比電極,置于(2)中的電解液中。采用恒電壓技術進行電化學沉積,沉積條件為:電壓為-2.0V,電極距離為2.5cm,沉積時間為60min,水浴溫度37℃;然后制備的復合支架置于Ca(OH)2稀溶液中浸泡96h,最后清洗后于空氣中自然晾干備用。

實施例2

(1)采用冷凍干燥法制備三維明膠支架:將明膠溶于40℃的水中制得5w/v%溶液,將其注入模具中并快速轉移到-80℃冰箱,然后進行冷凍干燥48h。凍干后的明膠支架浸入EDC/95%乙醇溶液,在4℃下交聯24h。交聯后的支架清洗后再冷凍干燥,制得三維明膠支架;

(2)配制200mL電解液,其中Ca(NO3)2的濃度0.042mol/L、NH4H2PO4的濃度為0.025mol/L、膠原的濃度為0.5mg/mL,調節pH值為4.7,攪拌均勻,得到均一的電解液;

(3)將(1)制備的三維多孔納米纖維支架固定于不銹鋼電極上,作為工作電極,鉑電極為對電極,甘汞電極為參比電極,置于(2)中的電解液中。采用恒電壓技術進行電化學沉積,沉積條件為:電壓為-2.0V,電極距離為2.5cm,沉積時間為60min,水浴溫度37℃;然后制備的復合支架置于Ca(OH)2稀溶液中浸泡96h,最后清洗后于空氣中自然晾干備用。

實施例3

(1)采用熱致相分離技術制備PLLA/PCL70:30三維多孔納米纖維支架:將PLLA:PCL以質量比70:30的比例溶于四氫呋喃中,加熱攪拌,形成濃度為10wt%的均一溶液;然后將其注入注射器中,迅速置于-80℃使其發生相分離,過夜;取出后,把成凝膠狀的聚合物浸泡于去離子冰水中交換溶劑2天,每天換三次去離子冰水;冷凍干燥后,即得到具有多孔結構的三維納米纖維支架;

(2)配制200mL電解液,其中Ca(NO3)2的濃度0.042mol/L、NH4H2PO4的濃度為0.025mol/L、膠原的濃度為0.5mg/mL,調節pH值為4.7,攪拌均勻,得到均一的電解液;

(3)將(1)制備的三維多孔納米纖維支架固定于不銹鋼電極上,作為工作電極,鉑電極為對電極,甘汞電極為參比電極,置于(2)中的電解液中。采用計時電流法進行電化學共沉積,沉積條件為:電壓為-2.0V,電極距離為2.5cm,沉積時間為60min,水浴溫度37℃;然后將制備的復合支架置于Ca(OH)2稀溶液中浸泡96h,最后清洗后于空氣中自然晾干備用。

實施例4

(1)采用熱致相分離技術制備PLLA/PCL70:30三維多孔納米纖維支架:將PLLA:PCL以質量比70:30的比例溶于四氫呋喃中,加熱攪拌,形成濃度為10wt%的均一溶液;然后將其注入注射器中,迅速置于-80℃使其發生相分離,過夜;取出后,把成凝膠狀的聚合物浸泡于去離子冰水中交換溶劑2天,每天換三次去離子冰水;冷凍干燥后,即得到具有多孔結構的三維納米纖維支架;

(2)配制200mL電解液,其中Ca(NO3)2的濃度0.042mol/L、NH4H2PO4的濃度為0.025mol/L、膠原的濃度為0.5mg/mL,調節pH值為4.7,攪拌均勻,得到均一的電解液;

(3)將(1)制備的三維多孔納米纖維支架固定于不銹鋼電極上,作為工作電極,鉑電極為對電極,甘汞電極為參比電極,置于(2)中的電解液中。采用循環伏安法進行電化學共沉積,沉積條件為:電壓為3.0V,電極距離為2.5cm,循環次數15,水浴溫度37℃;然后將制備的復合支架置于Ca(OH)2稀溶液中浸泡96h,最后清洗后于空氣中自然晾干備用。

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