专利名称：钙磷陶瓷/壳聚糖-羟基磷灰石复合涂层多孔材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及应用于生物医学领域的有机-无机复合多孔骨修复材料的制造工艺， 尤其涉及制备钙磷陶瓷/壳聚糖-羟基磷灰石复合涂层多孔材料的方法。
背景技术：
目前，骨缺损修复中，骨再生主要按三种基本机制进行，即骨传导、骨生成和骨诱 导。骨传导是指新生骨组织沿生物相容性材料表面或孔隙爬行生长，主要发生在材料与宿 主骨接触部位，其成骨作用有限，骨传导性材料仅仅为新骨组织迁移提供生物相容性界面； 骨生成是指缺损部位的成骨性干细胞在生物活性表面发生定向分化并诱发骨再生的过程； 骨诱导是指血管周围游走的未分化间充质干细胞分化形成骨组织的过程，具有骨诱导性的 材料通常能在非骨部位成骨，如可以在皮下或肌肉中诱发骨形成。羟基磷灰石(HA)和磷酸 三钙(3-TCP)等磷酸钙类生物材料，与脊椎动物骨和齿的主要无机成分相近，具有良好的 生物相容性，植入骨组织后能在界面上与骨形成很强的化学键合，已在临床得到应用。多孔 状的钙磷生物陶瓷，不仅具有良好的生物相容性和独特的可控制降解性能，而且在一定的 条件下具有骨诱导性，因而成为材料研究的热点之一。作为骨组织修复、替换材料，总是希望在具有良好生物活性的同时，又具有较好的 力学强度。多孔钙磷生物陶瓷通常采用高温烧结的方法制备，已有研究结果表明，高温烧 结会在一定程度上降低材料的生物活性。因此，在实际制备过程中，为提高材料的生物学 活性，希望能适当降低陶瓷的烧结温度，但材料的强度往往较难保证；而为了保证材料较高 的强度，又常采用提高烧结温度或延长烧结时间的方法，导致材料晶粒尺寸变大，结晶度增 高，结果是其生物活性下降。为了在较低温度烧结时仍能得到具有较高力学性能的钙磷生物陶瓷，开发了多种 方法①加入烧结助剂促进烧结；②使用高强的第二相进行增韧；③预烧增韧；④稀土增 韧；⑤制备晶须增韧复相陶瓷；⑥与氧化锆、氧化铝复合等。通过上述方法，虽然能大大改 善钙磷陶瓷的力学性能，但同时对陶瓷的生物学性能产生一定的负面影响。加入增韧烧结 助剂后，大多形成玻璃化烧结，烧成体晶粒大，骨传导性和骨诱导性能降低；有的增韧烧结 助剂会带来一些不希望的杂相；加入的复合增强材料，通常都是生物惰性材料，实际应用中 不能降解，将长期在生物体内留存。为了避免常规高温炉烧结带来的缺陷，对采用不同的烧结工艺制备钙磷生物活性 陶瓷进行了探索，如采用微波烧结、放电等离子体烧结等。这些方法尽管能得到比常规烧结 具有更佳综合性能的多孔陶瓷，但陶瓷仍然要经受高温过程。可见，同时提高生物陶瓷的力 学性能和生物活性是一对矛盾。为了弥补单一材料的不足，制备具有更好性能的生物材料，近年来，复合骨修复材 料得到了更多的研究。壳聚糖是一种天然的生物可降解多糖，其降解产物为氨基葡萄糖，有 一定的碱性，对人体及组织无毒、无害，且具有优异的生物相容性、生物可降解性，是理想的
3细胞外基质材料，可促进多种组织细胞的黏附和增殖。纳米羟基磷灰石(nano-HA)除了具 有传统HA的特性外，在理化性质和生物学方面有更大的优越性。纳米羟基磷灰石与壳聚糖 复合制备的多孔支架，在保持良好生物学性能的基础上，材料的强度、韧性都得到一定程度 的提高，但仍存在工艺不稳定、制备周期长及复合材料力学性能偏低等不足。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种制备钙磷陶瓷/壳聚糖_羟 基磷灰石复合涂层多孔材料的方法，在不改变现有工艺的条件下，制备出具有良好生物活 性的多孔骨修复材料。本发明的目的通过以下技术方案来实现钙磷陶瓷/壳聚糖_羟基磷灰石复合涂层多孔材料的制备方法，特点是选择孔 隙尺寸在300 600 u m、具有网状孔隙结构的多孔钙磷陶瓷，在质量百分比为0. 5 5%的 壳聚糖醋酸溶液中加入纳米羟基磷灰石制成悬浮液，对多孔钙磷陶瓷进行表面涂覆，壳聚 糖-羟基磷灰石悬浮液中羟基磷灰石与壳聚糖的质量比为(6 1) (1 5)，经交联处 理，得到钙磷陶瓷/壳聚糖_羟基磷灰石复合涂层多孔材料。进一步地，上述的钙磷陶瓷/壳聚糖-羟基磷灰石复合涂层多孔材料的制备方法， 首先，称取占溶液总质量的0. 5 5%的壳聚糖溶解于质量浓度为1 5%的醋酸溶液中， 制成壳聚糖醋酸溶液；其次，按羟基磷灰石与壳聚糖的质量比为(6 1) (1 5)称取纳米羟基磷灰 石粉末；然后，将纳米羟基磷灰石粉末加入到壳聚糖醋酸溶液中，搅拌得到壳聚糖-羟基 磷灰石悬浮液；继而，将孔隙尺寸在300 600 ym、具有网状孔隙结构的多孔钙磷陶瓷缓慢浸入 壳聚糖_羟基磷灰石悬浮液中，完全浸没后再缓慢提出，在离心机中离心处理，去除多余悬 浮液；最后，将带有涂层的多孔材料干燥后，放入质量浓度为0. 25 2. 5%的交联剂溶 液中交联处理，用无水乙醇清洗，得到钙磷陶瓷/壳聚糖_羟基磷灰石复合涂层多孔材料。更进一步地，上述的钙磷陶瓷/壳聚糖_羟基磷灰石复合涂层多孔材料的制备方 法，其中，所述交联处理的时间为3 24h ；所述交联剂为甲醛、戊二醛、乙二醛中的任意一 种。再进一步地，上述的钙磷陶瓷/壳聚糖_羟基磷灰石复合涂层多孔材料的制备方 法，其中，所述离心处理时离心机转速在250 500转/分钟。本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在①本发明在多孔钙磷陶瓷基体上制备壳聚糖-羟基磷灰石涂层，提高了多孔材料 的表面生物活性；②基体为具有网状孔隙结构的钙磷陶瓷，可采用现有工艺制备，适应范围广；涂层 为有机_无机复合材料，综合了壳聚糖和纳米羟基磷灰石的优点，且可根据实际需要方便 地调整材料表面的组成，赋予多孔材料更好的综合性能；③涂层处理全部在常温进行，为以后材料的载药、复合生长因子奠定了良好的基
4石出。
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明图1 实施例1的钙磷陶瓷表面的SEM照片；图2 实施例1的钙磷陶瓷/壳聚糖-羟基磷灰石复合多孔骨修复材料表面的SEM 照片。
具体实施例方式因材料的生物活性主要受其表面性质的影响，所以，应在保证多孔钙磷生物陶瓷 力学性能的基础上，对其进行适当的表面处理，以提高材料的表面生物活性，使多孔陶瓷具 有优良的综合性能。本发明制备钙磷陶瓷/壳聚糖_羟基磷灰石复合涂层多孔材料的方法，选择孔隙 尺寸在300 600μ m、具有网状孔隙结构的多孔钙磷陶瓷，在质量百分比为0. 5 5%的 壳聚糖醋酸溶液中加入一定量的纳米羟基磷灰石制成悬浮液，对多孔钙磷陶瓷进行表面涂 覆，壳聚糖-羟基磷灰石悬浮液中羟基磷灰石与壳聚糖的质量比为(6 1) (1 5)，经 交联处理，得到钙磷陶瓷/壳聚糖_羟基磷灰石复合涂层多孔材料。在多孔钙磷陶瓷基体 上制备壳聚糖_羟基磷灰石涂层，以提高多孔材料的表面生物活性。实施例1 称取占溶液总质量的壳聚糖溶解于质量浓度为的醋酸溶液中，制成壳聚 糖醋酸溶液；按羟基磷灰石与壳聚糖的质量比为2 1称取纳米羟基磷灰石粉末；把纳米羟基磷灰石粉末加入壳聚糖醋酸溶液中，充分搅拌得到壳聚糖-羟基磷灰 石悬浮液；将孔隙尺寸在300 600 μ m、具有网状孔隙结构的多孔钙磷陶瓷缓慢浸入壳聚 糖_羟基磷灰石悬浮液中，完全浸没后再缓慢提出，在离心机中于400转/分钟离心处理， 以去除多余悬浮液；带有涂层的多孔材料干燥后，放入质量浓度为0. 25%的戊二醛溶液交联剂溶液交 联处理3h，然后用无水乙醇清洗，得到钙磷陶瓷/壳聚糖-羟基磷灰石复合涂层多孔材料。图1可以表明，钙磷陶瓷表面为光滑的颗粒。图2可以表明，处理后，陶瓷基体覆 盖着复合涂层，在微观上变得粗糙不平。涂层处理后，陶瓷材料的表面形貌发生了很大的变 化，微观上，原来光滑的颗粒表面涂覆了粗糙不平的复合涂层。实施例2 称取占溶液总质量5 %的壳聚糖溶解于质量浓度为3 %的醋酸溶液中，制成壳聚 糖醋酸溶液；按羟基磷灰石与壳聚糖的质量比为1 1称取纳米羟基磷灰石粉末；把纳米羟基磷灰石粉末加入壳聚糖醋酸溶液中，充分搅拌得到壳聚糖-羟基磷灰 石悬浮液；将孔隙尺寸在300 600 μ m、具有网状孔隙结构的多孔钙磷陶瓷缓慢浸入壳聚糖-羟基磷灰石悬浮液中，完全浸没后再缓慢提出，在离心机中于500转/分钟离心处理， 以去除多余悬浮液；带有涂层的多孔材料干燥后，放入质量浓度为1. 5%的乙二醛溶液交联剂溶液交 联处理14h，然后用无水乙醇清洗，得到钙磷陶瓷/壳聚糖-羟基磷灰石复合涂层多孔材料。实施例3 称取占溶液总质量3 %的壳聚糖溶解于质量浓度为5 %的醋酸溶液中，制成壳聚糖醋酸溶液；按羟基磷灰石与壳聚糖的质量比为3 5称取纳米羟基磷灰石粉末；把纳米羟基磷灰石粉末加入壳聚糖醋酸溶液中，充分搅拌得到壳聚糖-羟基磷灰 石悬浮液；将孔隙尺寸在300 600 μ m、具有网状孔隙结构的多孔钙磷陶瓷缓慢浸入壳聚 糖_羟基磷灰石悬浮液中，完全浸没后再缓慢提出，在离心机中于450转/分钟离心处理， 以去除多余悬浮液；带有涂层的多孔材料干燥后，放入质量浓度为2. 5%的甲醛溶液交联剂溶液交联 处理24h，然后用无水乙醇清洗，得到钙磷陶瓷/壳聚糖-羟基磷灰石复合涂层多孔材料。实施例4 称取占溶液总质量0. 5 %的壳聚糖溶解于质量浓度为1 %的醋酸溶液中，制成壳 聚糖醋酸溶液；按羟基磷灰石与壳聚糖的质量比为1 5称取纳米羟基磷灰石粉末；把纳米羟基磷灰石粉末加入壳聚糖醋酸溶液中，充分搅拌得到壳聚糖-羟基磷灰 石悬浮液；将孔隙尺寸在300 600 μ m、具有网状孔隙结构的多孔钙磷陶瓷缓慢浸入壳聚 糖_羟基磷灰石悬浮液中，完全浸没后再缓慢提出，在离心机中于300转/分钟离心处理， 以去除多余悬浮液；带有涂层的多孔材料干燥后，放入质量浓度为0. 5%的戊二醛溶液交联处理3h， 然后用无水乙醇清洗，得到钙磷陶瓷/壳聚糖_羟基磷灰石复合涂层多孔材料。实施例5:称取占溶液总质量2%的壳聚糖溶解于质量浓度为4%的醋酸溶液中，制成壳聚 糖醋酸溶液；按羟基磷灰石与壳聚糖的质量比为6 1称取纳米羟基磷灰石粉末；把纳米羟基磷灰石粉末加入壳聚糖醋酸溶液中，充分搅拌得到壳聚糖-羟基磷灰 石悬浮液；将孔隙尺寸在300 600 μ m、具有网状孔隙结构的多孔钙磷陶瓷缓慢浸入壳聚 糖_羟基磷灰石悬浮液中，完全浸没后再缓慢提出，在离心机中于250转/分钟离心处理， 以去除多余悬浮液；带有涂层的多孔材料干燥后，放入质量浓度为1. 25%的戊二醛溶液交联剂溶液交 联处理10h，然后用无水乙醇清洗，得到钙磷陶瓷/壳聚糖-羟基磷灰石复合涂层多孔材料。综上所述，本发明在多孔钙磷陶瓷基体上制备壳聚糖-羟基磷灰石涂层，提高了 多孔材料的表面生物活性；基体为具有网状孔隙结构的钙磷陶瓷，可采用现有工艺制备，适应范围广；涂层为有机-无机复合材料，综合了壳聚糖和纳米羟基磷灰石的优点，且可根据 实际需要方便地调整材料表面的组成，赋予多孔材料更好的综合性能；涂层处理全部在常 温进行，为以后材料的载药、复合生长因子奠定了良好的基础。 需要理解到的是以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润 饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
钙磷陶瓷/壳聚糖-羟基磷灰石复合涂层多孔材料的制备方法，其特征在于选择孔隙尺寸在300～600μm、具有网状孔隙结构的多孔钙磷陶瓷，在质量百分比为0.5～5％的壳聚糖醋酸溶液中加入纳米羟基磷灰石制成悬浮液，壳聚糖-羟基磷灰石悬浮液中羟基磷灰石与壳聚糖的质量比为(6～1)∶(1～5)，对多孔钙磷陶瓷进行表面涂覆，经交联处理，得到钙磷陶瓷/壳聚糖-羟基磷灰石复合涂层多孔材料。
2.根据权利要求1所述的钙磷陶瓷/壳聚糖_羟基磷灰石复合涂层多孔材料的制备方 法，其特征在于首先，称取占溶液总质量0. 5 5%的壳聚糖溶解于质量浓度为1 5%的醋酸溶液 中，制成壳聚糖醋酸溶液；其次，按羟基磷灰石与壳聚糖的质量比为(6 1) (1 5)称取纳米羟基磷灰石粉末；然后，将纳米羟基磷灰石粉末加入到壳聚糖醋酸溶液中，搅拌得到壳聚糖_羟基磷灰 石悬浮液；继而，将孔隙尺寸在300 600 ym、具有网状孔隙结构的多孔钙磷陶瓷缓慢浸入壳聚 糖_羟基磷灰石悬浮液中，完全浸没后再缓慢提出，在离心机中离心处理，去除多余悬浮 液；最后，将带有涂层的多孔材料干燥后，放入质量浓度为0. 25 2. 5%的交联剂溶液中 交联处理，用无水乙醇清洗，得到钙磷陶瓷/壳聚糖_羟基磷灰石复合涂层多孔材料。
3.根据权利要求2所述的钙磷陶瓷/壳聚糖_羟基磷灰石复合涂层多孔材料的制备方 法，其特征在于所述交联处理的时间为3 24h。
4.根据权利要求2所述的钙磷陶瓷/壳聚糖_羟基磷灰石复合涂层多孔材料的制备方 法，其特征在于所述交联剂为甲醛、戊二醛、乙二醛中的任意一种。
5.根据权利要求2所述的钙磷陶瓷/壳聚糖_羟基磷灰石复合涂层多孔材料的制备方 法，其特征在于所述离心处理时离心机转速在250 500转/分钟。
全文摘要
本发明提供一种制备钙磷陶瓷/壳聚糖-羟基磷灰石复合涂层多孔材料的方法，选择孔隙尺寸在300～600μm、具有网状孔隙结构的多孔钙磷陶瓷，在质量百分比为0.5～5％的壳聚糖醋酸溶液中加入纳米羟基磷灰石制成悬浮液，对多孔钙磷陶瓷进行表面涂覆，壳聚糖-羟基磷灰石悬浮液中羟基磷灰石与壳聚糖的质量比为(6～1)∶(1～5)，经交联处理，得到钙磷陶瓷/壳聚糖-羟基磷灰石复合涂层多孔材料。本发明技术方案在多孔钙磷陶瓷基体上制备壳聚糖-羟基磷灰石涂层，提高了多孔材料的表面生物活性；涂层为有机-无机复合材料，综合了壳聚糖和纳米羟基磷灰石的优点，且可根据实际需要方便地调整材料表面的组成，赋予多孔材料更好的综合性能。
文档编号A61L27/34GK101829358SQ20101014255
公开日2010年9月15日 申请日期2010年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者董寅生, 顾明泽 申请人:苏州普霖生物科技有限公司