自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架的制備方法及應用與流程

本發明屬于生物醫用材料技術領域，具體涉及自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架的制備方法及應用。

背景技術：

生物活性玻璃以其優良的成骨性能廣泛應用于骨修復領域。目前生物活性玻璃骨修復產品多為粉末狀，只能用于修復無力學支撐的腔隙性骨缺損。將生物活性玻璃制備成支架形式則可實現需要一定力學支撐部位的骨缺損修復。由于生物活性玻璃顆粒間本身無粘結性，而通過高溫燒結成型則出現結晶降低其生物活性。采用粘結劑與生物活性玻璃配合可制備出具有一定形狀的支架，然而粘結劑的使用存在制備條件苛刻、粘結劑不降解或降解產物毒性等諸多問題。

近年來，生物活性玻璃的制備在傳統溶膠-凝膠法的基礎上，將模板法與溶膠-凝膠法相結合，實現了生物活性玻璃粉體的粒徑、形貌、微觀結構、組分的可控制備。其中采用堿催化結合模板法制備的生物活性玻璃粉體鈣難以進入硅氧網絡，而附著于顆粒外層。通過高溫燒結也只能位于材料淺層，當與水接觸時，粉體表面的硅氧網絡迅速破壞，可實現鈣在短時間內迅速溶出。

本發明在本人已申請發明（一種微納米棒狀生物活性玻璃及其制備方法與應用，申請號：201410466383.1；一種生物玻璃-海藻酸鈉復合生物材料及試劑盒和應用，申請號：201510038543.7）的基礎上，充分利用堿催化法制備生物活性玻璃可使Ca²⁺迅速溶出的特征，以生物活性玻璃本身的鈣為交聯所需鈣源。將一定濃度海藻酸鈉溶液引入支架內部，使支架本身溶出的Ca²⁺與海藻酸鈉發生自交聯，制備生物活性玻璃/海藻酸鈉支架。從而在保證支架成型，具備一定機械強度的基礎上，避免了粘結劑、交聯劑的使用。

技術實現要素：

本發明提供了自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架的制備方法及應用，該支架僅有生物活性玻璃和海藻酸鈉兩種組分，通過生物活性玻璃釋放出的Ca²⁺與海藻酸鈉發生交聯從而使支架成型。

本發明通過以下技術方案實現。

自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架的制備方法，該方法步驟如下：

將生物活性玻璃支架浸入海藻酸鈉溶液中，然后抽真空使兩者充分混合，再交聯養護，使堿催化制備的生物活性玻璃納米微球制備的生物活性玻璃支架釋放出的Ca²⁺與海藻酸鈉發生充分自交聯，后干燥制得自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架。

優選的，所述生物活性玻璃支架制備過程中所用的生物玻璃納米微球采用堿催化法制備，具體參照本人已申請發明（申請號：201410466383.1，201510038543.7），顆粒形貌優選微球或棒狀，粒徑優選100~700nm，但不局限于這些參數。

優選的，所述堿催化法中的催化劑為氨水或十二胺。

優選的，所述生物活性玻璃支架采用3D打印法、添加造孔劑法、聚合物泡沫模板法或冷凍成型法制備，制備完成后通過低于600℃熱處理去除有機物。

優選的，所述海藻酸鈉溶液的濃度為0.1~7wt%。

優選的，所述生物活性玻璃支架與海藻酸鈉溶液的質量比為1:0.5~1:5.

優選的，所述交聯養護的時間為1~24小時。

優選的，所述干燥的溫度為20~60℃。

由以上所述的制備方法制得的自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架可應用于骨缺損部位的修復。優選的，應用于需一定力學支撐或需維持一定形狀的骨缺損部位的修復。

進一步地，本發明的優選方案如下：

(1) 制備生物玻璃納米微球：采用堿催化法制備生物玻璃納米微球，具體制備方法參照發明（申請號：201410466383.1，201510038543.7）。優選十二胺或氨水為催化劑，但不局限于這兩種。顆粒形貌優選微球或棒狀，粒徑優選100~700nm，但不局限于這些參數。

(2) 制備生物活性玻璃支架初型：采用3D打印法、添加造孔劑法、聚合物泡沫模板法或冷凍成型法等方法制備生物活性玻璃支架，為確保支架制備完成后僅有生物活性玻璃單一組分，可采用不高于600℃的溫度煅燒，除去有機物，同時保證生物活性玻璃不結晶。

(3) 制備自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架：將步驟(2)生物活性玻璃支架初型浸泡入0.5~7wt%的海藻酸鈉溶液，真空干燥箱內抽真空，使海藻酸鈉溶液充分進入支架內部。在恒溫恒濕箱中養護6~24小時后自然晾干即得到自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架。

優選的，步驟(3)中海藻酸鈉溶液濃度為3~5 wt%。

優選的，步驟(3)中生物活性玻璃支架與海藻酸鈉溶液的質量比為1:2~1:4.

與現有技術相比，本發明具有如下優點與技術效果：

本發明的制備方法簡單，且制備的自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架僅有生物活性玻璃和海藻酸鈉兩種成分，無需另外添加粘結劑和交聯劑等其他物質，在保證優良成骨性能的同時具有良好的生物安全性。同時將鈣暫時儲存在交聯網絡中起到鈣緩釋的目的。該方法所制備支架抗壓強度可達到2.2 MPa，可用于需一定力學支撐或需維持一定形狀的骨缺損部位的修復。

附圖說明

圖1是實施例1所制備的堿催化的生物玻璃納米微球的掃描電鏡圖；

圖2是實施例1中采用3D打印方法制備的自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架最終產品的數碼照片；

圖3是實施例1制備的自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架表面的掃描電鏡圖；

圖4是實施例1制備的自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架斷面的掃描電鏡圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。

實施例1

采用3D打印法制備自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架，其制備方法如下：

(1) 制備堿催化的生物玻璃納米微球：

生物玻璃納米微球由溶膠凝膠法結合模板法制得，具體合成過程如下：先將40g十二胺溶于250 ml去離子水和800 ml無水乙醇的混合溶劑中，40℃水浴磁力攪拌；待十二胺完全溶解后，加入160ml正硅酸乙酯；攪拌30 min 后，加入104.9ml磷酸三乙酯; 再次攪拌30min 后，加入242.1g四水硝酸鈣；將得到的溶液在40℃下繼續攪拌3小時，此過程中由于白色沉淀的生成，溶液逐漸變得渾濁；最后將玻璃溶膠離心后所得的白色沉淀60℃干燥24小時后，650℃熱處理3小時即得到堿催化的生物玻璃納米微球，掃描電鏡圖如圖1所示。

(2) 制備生物活性玻璃支架初型：

本實施例采用3D打印法制備，將10g生物玻璃納米微球、0.67g甲基纖維素和5 ml去離子水混合均勻后制備漿料。在3D打印機上將支架打印完成后烘干， 300℃煅燒2小時去除有機物。

(3) 制備自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架：

將第(2)步制備的生物活性玻璃支架初型浸泡入4wt%的海藻酸鈉溶液中（質量比1:3），真空干燥箱內抽真空1小時，在37℃、100%濕度的恒溫恒濕箱中養護12小時使其充分交聯后自然晾干，即得到自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架。采用該方法制備支架最終產品的數碼照片如圖2所示；支架表面掃描電鏡圖如圖3所示。本實施例制備的自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架斷面的掃描電鏡圖如圖4所示，可見廣泛的生物活性玻璃微球間的交聯橋存在。本實施例所制備的自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架的抗壓強度可達到2.2 MPa。

實施例2

采用添加造孔劑法制備自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架，其制備方法如下：

(1) 制備堿催化的生物玻璃納米微球：

生物玻璃納米微球由溶膠凝膠法結合模板法制得，具體合成過程如下：先將40g十二胺溶于250 ml去離子水和800 ml無水乙醇的混合溶劑中，40℃水浴磁力攪拌；待十二胺完全溶解后，加入160ml正硅酸乙酯；攪拌30 min 后，加入104.9ml磷酸三乙酯; 再次攪拌30min 后，加入242.1g四水硝酸鈣；將得到的溶液在40℃下繼續攪拌3小時，此過程中由于白色沉淀的生成，溶液逐漸變得渾濁；最后將玻璃溶膠離心后所得的白色沉淀60℃干燥24小時后，650℃熱處理3小時即得到堿催化的生物玻璃納米微球。

(2) 制備生物活性玻璃支架初型：

本實施例采用添加造孔劑法制備，將8g生物玻璃納米微球和12g淀粉混合均勻后在圓柱形模具內模壓成型，經800℃煅燒后得到生物活性玻璃支架初型。

(3) 制備自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架：

將第(2)步制備的生物活性玻璃支架初型浸泡入7wt%的海藻酸鈉溶液中（質量比1:3），真空干燥箱內抽真空3小時，在37℃、100%濕度的恒溫恒濕箱中養護24小時使其充分交聯后60℃干燥12小時，即得到微觀結構與實施例1相同的自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架。本實施例所制備的自交聯生物活性玻璃/海藻酸鈉支架的抗壓強度可達到2.2 MPa。