本發(fā)明專利技術(shù)涉及高強(qiáng)度多級(jí)微納結(jié)構(gòu)硅基骨修復(fù)支架材料、其制備方法及應(yīng)用。本發(fā)明專利技術(shù)以介孔硅基干凝膠為基質(zhì)，加入介孔氧化硅微球增強(qiáng)劑，制備出具有優(yōu)異力學(xué)性能的多級(jí)結(jié)構(gòu)支架材料。本發(fā)明專利技術(shù)所制備的硅基骨修復(fù)支架材料兼具高度連通的200-500μm、微米級(jí)大孔和2-22nm納米介孔，孔隙率高達(dá)60～90%，且力學(xué)性能可達(dá)10MPa。本發(fā)明專利技術(shù)的多級(jí)微納結(jié)構(gòu)硅基骨修復(fù)支架材料可以用作骨組織工程支架和藥物緩釋載體等。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
高強(qiáng)度多級(jí)微納結(jié)構(gòu)硅基骨修復(fù)支架材料、其制備方法及 應(yīng)用
本專利技術(shù)屬于材料科學(xué)及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域；更具體地，本專利技術(shù)涉及一種高力學(xué)強(qiáng)度、多級(jí)結(jié) 構(gòu)的硅基復(fù)合骨修復(fù)支架材料及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
疾病、創(chuàng)傷、人口老齡化及自然災(zāi)害等均可導(dǎo)致人體骨組織損傷，臨床上對(duì)骨修復(fù) 材料需求巨大。而作為黃金法則的自體骨移植手術(shù)由于其來源受限和對(duì)患者二次手術(shù)痛苦 使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足現(xiàn)狀。異體骨移植手術(shù)也存在生物安全隱患問題，可能對(duì)患者留下終生 免疫排斥反應(yīng)和帶來未知疾病。因此，人工制備骨修復(fù)材料在臨床上受到了越來越多的關(guān) 注。 由于具有良好的生物活性、生物降解性和生物相容性，硅基材料，如生物活性玻璃 等，被廣泛用作骨組織修復(fù)材料。特別是介孔生物玻璃體系，高的比表面積和孔體積使其 表現(xiàn)出更佳的生物礦化、生物降解和藥物/蛋白的控釋能力，從而在體內(nèi)外具有更好的成 骨性能（Science, 2002; 295:1014-1017)。為了進(jìn)一步滿足成骨過程營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、代謝物產(chǎn) 物的交換以及血管、組織的長(zhǎng)入的需要、促進(jìn)成骨活性，研究者模擬天然骨的結(jié)構(gòu)構(gòu)建出具 有大孔和微孔多級(jí)結(jié)構(gòu)支架材料，有效地改善了材料的體內(nèi)外成骨活性。然而，由于材料 本身的特點(diǎn)，兼具微米大孔和介孔的多級(jí)結(jié)構(gòu)支架材料在以下方面存在顯著缺陷：①脆性 大，生物力學(xué)性能差，②成型難，可塑性差，③材料降解快、導(dǎo)致體系pH升高[Microporous. Mesoporous Materialsl43 (2011) 311 - 319, Acta Biomaterialia7 (2011) 2644 - 2650]。因 此，在保持/改善微米-納米多級(jí)孔結(jié)構(gòu)硅基骨修復(fù)支架材料優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，提高支架材料的 力學(xué)強(qiáng)度是該領(lǐng)域目前面臨的最大挑戰(zhàn)。 目前，制備多孔支架的常用方法主要有三類：①硬模板法：NaCl顆粒、PMMA/PS微 球，無法得到理想連通大孔是限制其運(yùn)用的關(guān)鍵問題，②3D打印技術(shù)，可精確控制大孔結(jié) 構(gòu)和形貌，但成型過程須復(fù)合一定比例高分子添加劑，在一定程度上影響其介孔結(jié)構(gòu)和生 物學(xué)性能，③聚氨酯泡沫法，盡管過程經(jīng)濟(jì)易操作并可得到高連通孔隙率的多孔結(jié)構(gòu)，但采 用目前多次浸漬-擠壓-熱處理制備的支架力學(xué)性能不佳、孔均勻性較差，這直接影響其使 用效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種高力學(xué)強(qiáng)度、多級(jí)結(jié)構(gòu)的硅基復(fù)合骨修復(fù)支架材料及 其制備方法和應(yīng)用。 在本專利技術(shù)的第一方面，提供一種具有微米-納米多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的硅基骨修復(fù)支架材 料，所述的支架材料中具有200-500 μ m微米級(jí)大孔和2-22nm納米介孔，所述的支架材料包 括： 介孔硅基干凝膠材料100重量份；和 介孔氧化娃微球5-40重量份。 在一個(gè)優(yōu)選例中，所述的娃基骨修復(fù)支架材料基本上由介孔娃基干凝膠材料100 重量份和介孔氧化硅微球5-40重量份組成。 在另一優(yōu)選例中，所述的支架材料如下制備： (1)將介孔娃基干凝膠材料100重量份和介孔氧化娃微球5-40重量份（較佳地為 5-30重量份，更佳地為5-20重量份）混合； (2)將（1)的混合物以0.3-0. 8g/lcm3(即Icm3海綿澆注0.3-0. 8g;更佳地如 0. 7g/lcm3、0. 6g/lcm3、0. 5g/lcm3)的質(zhì)量體積比澆注在聚氨酯海綿上，陳化、烘干、煅燒、得 到所述支架材料。 在另一優(yōu)選例中，所述的介孔氧化娃微球包括（但不限于）：MCM_41、SBA_15、生物 玻璃微球。 在另一優(yōu)選例中，所述的介孔氧化硅微球如下制備：將表面活性劑1-10重量份 (較佳地4-8重量份）加入到水性溶劑（如水或乙醇；較佳地50-170重量份，更佳地80-120 重量份）中，鹽酸調(diào)節(jié)pH小于2 (較佳地鹽酸為0. 1-30重量份；更佳地0. 1-20重量份）中， 待表面活性劑溶解后加入四水硝酸鈣〇. 5-10重量份（較佳地0. 5-5重量份）、磷酸三乙酯 0· 1-10重量份（較佳地0· 4-5重量份）、正硅酸乙酯3-50重量份（較佳地5-20重量份）； 35±5°C下攪拌 24±lh。 在另一優(yōu)選例中，所述的介孔硅基干凝膠材料如下制備：將表面活性劑1-15重量 份（較佳地4-10重量份）加入水性溶劑（如乙醇；較佳地40-150重量份，更佳地40-120 重量份），鹽酸調(diào)節(jié)PH小于2 (較佳地鹽酸為0. 1-5重量份；更佳地0. 1-4重量份）中，待表 面活性劑完全溶解后，加入四水硝酸鈣〇. 3-5重量份（較佳地0. 5-3重量份）、磷酸三乙酯 0· 1-4重量份（較佳地0· 2-2重量份）和正硅酸乙酯3-50重量份（較佳地5-20重量份）； 35±5°C下攪拌24±lh后陳化至黏度為（4-7) X 104MPa。 在另一優(yōu)選例中，所述的表面活性劑選自：十六烷基三甲基溴化銨（CTAB，國(guó)藥）、 P123 (EO2qPO7qEO2q，西格瑪）、F127 (E0106P070E0106,西格瑪）。 在本專利技術(shù)另一方面，提供所述的硅基骨修復(fù)支架材料的制備方法，所述方法包 括： (1)將介孔娃基干凝膠材料100重量份和介孔氧化娃微球5-40重量份（較佳地為 5-30重量份，更佳地為5-20重量份）混合； (2)將（1)的混合物以0.3-0. 8g/lcm3(即Icm3海綿澆注0.3-0. 8g;更佳地如 0. 7g/lcm3、0. 6g/lcm3、0. 5g/lcm3)的質(zhì)量體積比澆注在聚氨酯海綿上，陳化、烘干、煅燒、得 到所述支架材料。 在一個(gè)優(yōu)選例中，所述的娃基骨修復(fù)支架材料如下制備：5-40重量份（較佳地 為5-30重量份，更佳地為5-20重量份）介孔無機(jī)微球通過物理摻雜的方式均勻的分散在 100重量份介孔硅基干凝膠材料中，將所得的復(fù)合溶膠以0. 3-0. 8g/lcm3 (如0. 7g/lcm3、 0. 6g/lcm3、0. 5g/lcm3)的質(zhì)量體積比在燒注在聚氨酯海綿上，室溫陳化并60±5°C烘干 48±6h，600± KKTC煅燒6±2h得到所述支架材料。 在本專利技術(shù)另一方面，提供所述的硅基骨修復(fù)支架材料的用途，用于制備骨組織工 程（包括骨修復(fù)、骨移植）支架；用于制備藥物、蛋白、生長(zhǎng)因子的控釋載體；或用于制備細(xì) 胞培養(yǎng)支架。 在本專利技術(shù)另一方面，提供介孔氧化硅微球的用途，用于制備具有微米-納米多級(jí) 孔結(jié)構(gòu)的硅基骨修復(fù)支架材料；所述的介孔氧化硅微球包括（但不限于）：MCM-41、SBA-15、 生物玻璃微球；較佳地，所述的介孔氧化硅微球如下制備：將表面活性劑1-10重量份（較 佳地4-8重量份）加入到溶劑（如水或乙醇；較佳地50-170重量份,更佳地80-120重量份） 中，鹽酸調(diào)節(jié)pH小于2 (較佳地鹽酸為0. 1-30重量份；更佳地0. 1-20重量份）中，待表面 活性劑溶解后加入四水硝酸鈣0. 5-10重量份（較佳地0. 5-5重量份）、磷酸三乙酯0. 1-10 重量份（較佳地〇· 4-5重量份）、正娃酸乙酯3-50重量份（較佳地5-20重量份）；35±5°C 下攪拌24 ± Ih。 本專利技術(shù)的其它方面由于本文的公開內(nèi)容，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種具有微米?納米多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的硅基骨修復(fù)支架材料，所述的支架材料中具有200?500μm微米級(jí)大孔和2?22nm納米介孔，所述的支架材料包括：介孔硅基干凝膠材料100重量份；和介孔氧化硅微球5?40重量份。
【技術(shù)特征摘要】
1. 一種具有微米-納米多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的硅基骨修復(fù)支架材料，所述的支架材料中具有 200-500 ii m微米級(jí)大孔和2-22nm納米介孔，所述的支架材料包括： 介孔硅基干凝膠材料100重量份；和 介孔氧化娃微球5-40重量份。2. 如權(quán)利要求1所述的硅基骨修復(fù)支架材料，其特征在于，所述的支架材料如下制備： (1) 將介孔硅基干凝膠材料100重量份和介孔氧化硅微球5-40重量份混合； (2) 將⑴的混合物以0. 3-0. 8g/lcm3的質(zhì)量體積比澆注在聚氨酯海綿上，陳化、烘干、 煅燒、得到所述支架材料。3. 如權(quán)利要求1所述的娃基骨修復(fù)支架材料，其特征在于，所述的介孔氧化娃微球包 括：MCM-4USBA-15、生物玻璃微球。4. 如權(quán)利要求2所述的娃基骨修復(fù)支架材料，其特征在于，所述的介孔氧化娃微球如 下制備：將表面活性劑1-10重量份加入到水性溶劑中，鹽酸調(diào)節(jié)pH小于2,待表面活性劑 充分溶解至透明后加入四水硝酸鈣0. 5-10重量份、磷酸三乙酯0. 1-10重量份、正硅酸乙酯 3-50重量份；35 ±5 °C下攪拌24 ±lh。5. 如權(quán)利要求2所述的硅基骨修復(fù)支架材料，其特征在于，所述的介孔硅基干凝膠材 料如下制備：將表面活性劑1-15重量份加入水性溶劑中，鹽酸調(diào)節(jié)pH小于2,待表面活性 劑充分溶解至透明后加入四水硝酸鈣〇. 3-5重量份、磷酸三乙酯0. 1-4重量份和正硅酸乙 酯3-50重量份；35±5°C下攪拌24±lh后陳化至黏度為（4-7) X 104MPa。6. 如權(quán)利要求2-6任一所...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉昌勝，袁媛，唐為，林丹，牛浩一，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華東理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海;31
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