專利名稱：生物可降解醫用磷酸三鈣/γ-聚谷氨酸復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于生物醫學領域，具體涉及一種生物可降解醫用磷酸三鈣/ Y -聚谷氨酸復合材料及其制備方法。
背景技術：
磷酸三鈣(TCP)是近年來發展起來的一種人工骨移植材料，它主要由鈣、磷離子構成，化學式為Ca3 (PO4)2，與骨中的無機成分相似，包括高溫型的α相和低溫型的β相兩種。TCP作為骨修復材料已經有三十多年的研究歷史。但磷酸三鈣單獨作為骨修復材料使用時，又存在種種缺陷，使其在臨床上的應用受到了限制。磷酸三鈣主要不足有(1)具有韌性差、脆性大、抗折強度低，不能承重，只能用于不承重的骨缺損；(2)缺乏誘導活性，材料植 入骨缺損區后只能靠骨傳導作用使骨組織生長，骨生長量少，需時長，骨長入深度有限，不適合修復長段骨的缺損；(3)降解速度難以控制，不能與新生骨生長速度相匹配。Y -聚谷氨酸(Poly Y-gl μ tamic acid, Y-PGA)是一種可由微生物大量生物合成的氨基酸聚合物，它由D-型或L-型谷氨酸通過Y -酰胺鍵連接而成，通常它由5，000個左右谷氨酸單體組成，相對分子質量一般在10萬 100萬。作為一種水溶性、生物可降解性、無毒、生物適應性的高分子聚合物，Y-聚谷氨酸具有增稠、乳化、凝膠、成膜、保濕和粘結等功能，可以與其他材料聚合形成新型復合材料，在生物醫學領域中，可以作為藥物載體、止血劑、生物性粘著劑、組織修復，具有很大的應用前景。

發明內容
本發明的目的是提供一種磷酸三鈣分布均勻、磷酸三鈣與Y-聚谷氨酸結合緊密、降解速率連續可調的生物可降解醫用磷酸三鈣/ Y -聚谷氨酸復合材料及其制備方法。本發明的生物可降解醫用磷酸三鈣/ Y -聚谷氨酸復合材料是通過以下方法制備的，該方法包括以下步驟(a)將Y-聚谷氨酸和去離子水混合，攪拌直至形成透明粘稠乳液，得到Y-聚谷氨酸溶液，Y-聚谷氨酸質量百分比為2 10% ;(b)將β -磷酸三鈣溶解在鹽酸或硝酸水溶液中，超聲波處理至完全溶解，再調節PH值為4 6，得到β-磷酸三鈣溶液，β-磷酸三鈣質量百分比為2.5% 25%;(C)將步驟(b)所得的磷酸三鈣溶液和步驟(a)所得的Y-聚谷氨酸溶液相混，得到Y-聚谷氨酸/β_磷酸三鈣溶液，其中磷酸三鈣與Y-聚谷氨酸的質量之比為 5:1 1:5 ;(d)在步驟(C)得到的Y -聚谷氨酸/ β -磷酸三鈣溶液中攪拌下逐滴加入交聯劑溶液，交聯劑與Y-聚谷氨酸的質量之比為1:2. 5 25，繼續攪拌直至溶液中出現白色膠狀懸浮物質，停止攪拌；(e)待膠狀物質全部沉積后，繼續攪拌溶液，并逐滴滴加堿溶液，直至pH值為6 7時停止滴加；(f)在步驟(e)得到的溶液中加入α-磷酸三鈣粉末，α-磷酸三鈣的濃度為質量體積比O 25%，快速攪拌均勻；(g)若步驟(f)的溶液中無α-磷酸三鈣，則將溶液靜置，除去上清液，傾入模具中，然后置于液氮中冷卻5 15min，冷凍干燥；若步驟(f)的溶液中含有α-磷酸三鈣，則快速攪拌，固化前傾入模具，然后置于液氮中冷卻20 30min，冷凍干燥，消毒，洗滌，再次冷凍干燥，而得到本發明的生物可降解醫用磷酸三鈣/ Y -聚谷氨酸復合材料。本發明Y-聚谷氨酸的來源是按照專利公開號為CN1932007A，發明名稱為Y-聚谷氨酸產生菌及其利用該菌株制備Y-聚谷氨酸的方法制備獲得。所述的步驟(b)的鹽酸或硝酸水溶液優選為O. lmol/L鹽酸或硝酸水溶液。
步驟(d)中所述的交聯劑可以為聚縮水甘油醚，包括烯丙基縮水甘油醚、甘油三縮水甘油醚、乙二醇二縮水甘油醚、聚乙二醇二縮水甘油醚或聚環氧乙烷山梨醇聚縮水甘油醚及其混合物。進一步優選為質量濃度為1%的交聯劑水溶液。步驟(e)所述的堿溶液包括氫氧化鈉溶液或者氨水。步驟(g)中所述的消毒優選為將材料放入體積分數75%的乙醇水溶液中反復浸泡，一般3 6次，每次12 24h。步驟(g)中所述的洗滌是通過真空抽濾法，加入5倍體積水反復洗滌。本發明通過控制液氮中冷卻時間，可以控制生物可降解醫用磷酸三鈣/Y-聚谷氨酸復合材料內部的孔徑大小，按照本發明的液氮冷卻時間，制備的生物可降解醫用磷酸三鈣/ Y -聚谷氨酸復合材料內部的孔徑在60 μ πΓ280 μ m之間，孔隙率在64% 85%。為了減少材料冷凍干燥的時間，采用表面帶有微孔的模具為好。本發明以原位絡合的方法制備了生物可降解醫用磷酸三鈣/ Y -聚谷氨酸復合材料，該材料由磷酸三鈣和Y-聚谷氨酸依靠分子間基團羧酸根絡合而成，在Y-聚谷氨酸基體上沉積磷酸三鈣粉末，并在交聯劑的作用下增加復合材料的力學強度，改善磷酸三鈣的韌性，提高磷酸三鈣的骨結合能力和降解性，從而能促進骨缺損的修復。在微觀尺度上具有分布均勻的特點。依據磷酸三鈣粉末的降解速率隨粉末對復合材料的降解速率進行連續調節，可以滿足不同組織工程的要求。通過這種生物相容性好、降解速率可連續調節的生物可降解醫用磷酸三鈣/ Y -聚谷氨酸復合材料在冷凍干燥工藝條件下可以制備孔徑尺寸在60 μ πΓ280 μ m的骨修復材料，可以作為可降解生物醫學材料在醫療方面得到廣泛應用。采用本發明的方法制備出的生物可降解醫用磷酸三鈣/Y-聚谷氨酸復合材料為透明乳白色，孔徑大小為60 μ m 280 μ m,孔隙率范圍為64% 85%，在O. 9%生理鹽水浸泡并于37°C恒溫下靜置3個月后其失重率為8. 60% 39. 57%。該材料具有磷酸三鈣分布均勻、磷酸三鈣與Y-聚谷氨酸結合緊密以及降解速率連續可調等特點，材料孔徑大小合適，可作為骨修復材料應用在骨組織工程等生物醫用領域。


圖1是實施例1制得的生物可降解醫用磷酸三鈣/ Y -聚谷氨酸復合材料的掃描電鏡照片。圖2是對比例I制得的磷酸三鈣/ Y -聚谷氨酸復合材料的掃描電鏡照片。
具體實施例方式以下實施例是對本發明的進一步說明，而不是對本發明的限制。以下實施例中的Y-聚谷氨酸是按照專利公開號為CN1932007A，發明名稱為Y-聚谷氨酸產生菌及其利用該菌株制備Y-聚谷氨酸的方法制備獲得的。實施例1 :將Ig Y -聚谷氨酸溶解于50mL去離子水中，攪拌直至形成透明粘稠乳液，得到Y-聚谷氨酸溶液，備用。將5g β -磷酸三韓加入IOml O. lmol/L稀鹽酸中，攪拌O. 5h至完全溶解，然后將其用超聲波處理(超聲頻率40KHZ，IOmin),再用氫氧化鈉溶液將pH值到
4.0，定容至50mL，得到β -磷酸三鈣溶液。在處理后的β -磷酸三鈣溶液中加入Y -聚谷氨酸溶液，攪拌混合均勻，得到Y-聚谷氨酸/β_磷酸三鈣溶液。在Y -聚谷氨酸/β_磷 酸三鈣溶液中攪拌下逐滴加入IOml含O. 05g烯丙基縮水甘油醚水溶液，將該混合物置于室溫下攪拌lh，溶液中出現白色膠狀懸浮物質，停止攪拌，待膠狀物質全部沉積后，繼續攪拌溶液，并逐滴滴加氫氧化鈉溶液調節PH值至7. O停止滴加，靜置，除去上清，將下層沉積物傾入塑料培養皿中，置于液氮中冷卻15min，真空冷凍干燥。以適量的氫氧化鈉溶液中和材料中的稀鹽酸，用體積分數75%的乙醇水溶液反復浸泡3次，每次12h，用5倍體積的去離子水真空抽濾法洗滌材料，然后將其二次真空冷凍干燥，干燥后的材料置于干燥器中干燥，由此得到本實施例的生物可降解醫用磷酸三鈣/ Y -聚谷氨酸復合材料。如圖1所示，本實施例的生物可降解醫用磷酸三鈣/Y-聚谷氨酸復合材料為透明乳白色，平均孔徑為100. 29±40. 46μ ，空隙率85. 15%。將該材料浸泡于O. 9%生理鹽水中于37°C恒溫靜置3個月后其失重率為39. 57%。該材料具有磷酸三鈣分布均勻、磷酸三鈣與Y-聚谷氨酸結合緊密以及可降解等特點。實施例2將5g Y-聚谷氨酸溶解于50mL去離子水中，攪拌直至形成透明粘稠乳液，得到Y-聚谷氨酸溶液，備用。將IgP-磷酸三鈣加入IOml 1.0mol/L稀鹽酸中，攪拌Ih至完全溶解，然后將其用超聲波處理(超聲頻率40KHZ，lOmin)，再氨水溶液調節pH值到5. 0，定容至40mL，得到β -磷酸三鈣溶液。在處理后的β -磷酸三鈣溶液中加入Y -聚谷氨酸溶液，攪拌混合均勻，得到Y-聚谷氨酸/β_磷酸三鈣溶液。在Y-聚谷氨酸/β_磷酸三鈣溶液中攪拌下逐滴加入IOml含O. 2g甘油三縮水甘油醚水溶液，將該混合物置于室溫下攪拌lh，溶液中出現白色膠狀懸浮物質，停止攪拌，待膠狀物質全部沉積后，繼續攪拌溶液，并逐滴滴加氨水調節PH值至6. 5停止滴加，靜置，除去上清，將下層沉積物傾入塑料培養皿，置于液氮中冷卻5min，真空冷凍干燥。以適量的氫氧化鈉溶液中和材料中的稀鹽酸，用體積分數75%的乙醇水溶液反復浸泡4次，每次24h，用5倍體積的去離子水真空抽濾法洗滌材料，然后將其二次真空冷凍干燥，干燥后的材料置于干燥器中干燥，由此得到本實施例的生物可降解醫用磷酸三鈣/ Y -聚谷氨酸復合材料。本實施例的生物可降解醫用磷酸三鈣/ Y -聚谷氨酸復合材料為透明乳白色，平均孔徑為180. 11 ±34. 27 μ m，空隙率83. 45%。將該材料浸泡于O. 9%生理鹽水中于37°C恒溫靜置3個月后其失重率為31. 45%。該材料具有磷酸三鈣分布均勻、磷酸三鈣與Y-聚谷氨酸結合緊密以及可降解等特點。
實施例3將2. 5g Y-聚谷氨酸溶解于50mL去離子水中，攪拌直至形成透明粘稠乳液，得到Y -聚谷氨酸溶液，備用。將IOg β -磷酸三鈣加入20mL1. OmoI/L稀鹽酸，攪拌O. 5h至完全溶解，然后將其用超聲波處理(超聲頻率40KHZ，IOmin )，再用氫氧化鈉將pH值調節至6. O，定容至40mL，得到β-磷酸三鈣溶液。在處理后的磷酸三鈣溶液中加入Y-聚谷氨酸溶液，攪拌混合均勻，得到Y-聚谷氨酸/β_磷酸三鈣溶液。在Y-聚谷氨酸/β_磷酸三鈣溶液中攪拌下逐滴加入IOml含1. Og聚環氧乙烷山梨醇聚縮水甘油醚水溶液，將該混合物置于室溫下攪拌lh，溶液中出現白色膠狀懸浮物質，停止攪拌，待膠狀物質全部沉積后，繼續攪拌溶液，并逐滴滴加氨水調節PH值至6. O停止滴加，再加入4g α -磷酸三鈣(終質量體積比為4%)，快速攪拌均勻，在固化前快速傾入塑料培養皿中，置于液氮中冷卻20min，真空冷凍干燥。以適量的氫氧化鈉溶液中和材料中的稀鹽酸，用體積分數75%的乙醇溶液反復浸泡6次，每次20h，用5倍體積的去離子水真空抽濾法洗滌材料，然后將其二次真空冷凍干燥，干燥后的材料置于干燥器中干燥，由此得到本實施例的生物可降解醫用磷酸三鈣/ Y-聚谷氨酸復合材料。本實施例的生物可降解醫用磷酸三鈣/ Y -聚谷氨酸復合材料為透明乳白色，平均孔徑為150. 37±24. 23 μ m，空隙率75. 40%。將該材料浸泡于O. 9%生理鹽水中于37°C恒溫靜置3個月后，真空冷凍干燥材料并稱重，其失重率為22. 17%。具有磷酸三鈣分布均勻、磷酸三鈣與Y -聚谷氨酸結合緊密、降解速率連續可調以及生物相容性良好等特點。實施例4將4g Y -聚谷氨酸溶解于50mL去離子水中，攪拌直至形成透明粘稠乳液，得到Y-聚谷氨酸溶液，備用。將8g β -磷酸三韓加入IOml 3. Omol/L稀硝酸,攪拌O. 5h至完全溶解，然后將其用超聲波處理(超聲頻率40KHZ，30min)，再用氨水溶液將pH值調節至5. 0，定容至40mL，得到β-磷酸三鈣溶液。在處理后的磷酸三鈣溶液中加入Y-聚谷氨酸溶液，攪拌混合均勻，得到Y-聚谷氨酸/β_磷酸三鈣溶液。在Y-聚谷氨酸/β_磷酸三鈣溶液中攪拌下逐滴加入IOml含O. 2g烯丙基縮水甘油醚水溶液，將該混合物置于室溫下攪拌lh，溶液中出現白色膠狀懸浮物質，停止攪拌，待膠狀物質全部沉積后，繼續攪拌溶液，并逐滴滴加氫氧化鈉溶液調節pH值至6. O停止滴加，再加入25ga -磷酸三鈣(終質量體積比為25%)，快速攪拌均勻，在固化前快速傾入塑料培養皿中，置于液氮中冷卻30min，真空冷凍干燥。以適量的氫氧化鈉溶液中和材料中的稀鹽酸，用體積分數75%的乙醇溶液反復浸泡5次，每次18h，用5倍體積的去離子水真空抽濾法洗滌材料，然后將其二次真空冷凍干燥，干燥后的材料置于干燥器中干燥，由此得到本實施例的生物可降解醫用磷酸三鈣/Y-聚谷氨酸復合材料。本實施例的生物可降解醫用磷酸三鈣/ Y -聚谷氨酸復合材料為透明乳白色，平均孔徑為280. 22±9. 71 μ m,空隙率64. 38%。將該材料浸泡于O. 9%生理鹽水中于37°C恒溫靜置3個月后其失重率為8. 60%。該材料具有磷酸三鈣分布均勻、磷酸三鈣與Y-聚谷氨酸結合緊密以及可降解等特點。對比例I將Ig Y -聚谷氨酸溶解于50mL去離子水中，攪拌直至形成透明粘稠乳液，得到Y-聚谷氨酸溶液，備用。將5g β -磷酸三韓加入IOml O. lmol/L稀鹽酸中，攪拌O. 5h至完全溶解，然后將其用超聲波處理(超聲頻率40KHZ，lOmin)，再用氨水溶液將pH值調節至4.0，定容至501^，得到β-磷酸三鈣溶液。在處理后的磷酸三鈣溶液中加入Y-聚谷氨酸溶液，攪拌混合均勻，得到Y -聚谷氨酸/ β -磷酸三鈣溶液。在Y -聚谷氨酸/ β -磷酸三鈣溶液中攪拌下逐滴加入IOml含O. 05g烯丙基縮水甘油醚水溶液，將該混合物置于室溫下攪拌lh，溶液中出現白色膠狀懸浮物質，停止攪拌，待膠狀物質全部沉積后，繼續攪拌溶液，并逐滴滴加氫氧化鈉溶液調節PH值至7. O停止滴加，靜置，除去上清，將下層沉積物傾入塑料培養皿中，真空冷凍干燥。以適量的氫氧化鈉溶液中和材料中的稀鹽酸，用體積分數75%的乙醇水溶液反復浸泡3次，每次12h，用5倍體積的去離子水真空抽濾法洗滌材料，然后將其二次真空冷凍干燥，干燥后的材料置于干燥器中干燥，由此得到本對比例的磷酸三鈣/ Y -聚谷氨酸復合材料。如圖2所示，本對比例的磷酸三鈣/Y-聚谷氨酸復合材料為乳白色，掃描電子顯微鏡觀察，由于沒有經過液氮冷凍程序，該材料非多孔微觀結構，因此能很好地展示復合材料中磷酸三鈣在Y-聚谷氨酸質中分散均勻，兩者之間看不出明顯的分離痕跡，磷酸三鈣 顆粒被Y -聚谷氨酸包裹起來，形成了均勻的材料。將該材料浸泡于O. 9%生理鹽水中于37°C恒溫靜置3個月后其失重率為19. 25%。該材料具有磷酸三鈣分布均勻、磷酸三鈣與Y-聚谷氨酸結合緊密以及可降解等特點。
權利要求
1.一種生物可降解醫用磷酸三鈣/Y-聚谷氨酸復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (a)將Y-聚谷氨酸和去離子水混合，攪拌直至形成透明粘稠乳液，得到Y-聚谷氨酸溶液，Y-聚谷氨酸質量百分比為疒10%; (b)將β-磷酸三鈣溶解在鹽酸或硝酸水溶液中，超聲波處理至完全溶解，再調節PH值為4飛，得到β-磷酸三鈣溶液，β-磷酸三鈣質量百分比為2.59Γ25%; (c)將步驟(b)所得的β-磷酸三鈣溶液和步驟(a)所得的Y-聚谷氨酸溶液相混，得到Y-聚谷氨酸/β_磷酸三鈣溶液，其中磷酸三鈣與Y-聚谷氨酸的質量之比為5:1 1:5 ; (d)在步驟(C)得到的Y -聚谷氨酸/ β -磷酸三鈣溶液中攪拌下逐滴加入交聯劑溶液，交聯劑與Y-聚谷氨酸的質量之比為1:2. 5 25，繼續攪拌直至溶液中出現白色膠狀懸浮物質，停止攪拌； Ce)待膠狀物質全部沉積后，繼續攪拌溶液，并逐滴滴加堿溶液，直至pH值為6 7時停止滴加； (f)在步驟(e)得到的溶液中加入α-磷酸三鈣粉末，α-磷酸三鈣的濃度為質量體積比O 25%，快速攪拌均勻； (g)若步驟(f)的溶液中無α-磷酸三鈣，則將溶液靜置，除去上清液，傾入模具中，然后置于液氮中冷卻5 15min，冷凍干燥；若步驟(f)的溶液中含有α -磷酸三鈣，則快速攪拌，固化前傾入模具，然后置于液氮中冷卻20 30min，冷凍干燥，消毒，洗滌，再次冷凍干燥，而得到生物可降解醫用磷酸三鈣/ Y -聚谷氨酸復合材料。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟(b)的鹽酸或硝酸水溶液為O. lmol/L鹽酸或硝酸水溶液。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(d)中所述的交聯劑為聚縮水甘油醚。
4.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述的聚縮水甘油醚包括烯丙基縮水甘油醚、甘油三縮水甘油醚、乙二醇二縮水甘油醚、聚乙二醇二縮水甘油醚或聚環氧乙烷山梨醇聚縮水甘油醚及其混合物。
5.根據權利要求1、3或4所述的制備方法，其特征在于，所述的交聯劑為質量濃度為1%的交聯劑水溶液。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(e)所述的堿溶液為氫氧化鈉溶液或者氨水。
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(g)中所述的消毒為將材料放入體積分數75%的乙醇水溶液中浸泡3 6次，每次12 24h。
8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(g)中所述的洗滌是通過真空抽濾法，加入5倍體積水反復洗滌。
9.一種按照權利要求1所述的生物可降解醫用磷酸三鈣/ Y -聚谷氨酸復合材料的制備方法制備得到的生物可降解醫用磷酸三鈣/ Y -聚谷氨酸復合材料。
全文摘要
本發明公開了一種生物可降解醫用磷酸三鈣/γ-聚谷氨酸復合材料及其制備方法。本發明以原位絡合的方法制備了生物可降解醫用磷酸三鈣/γ-聚谷氨酸復合材料，該材料由磷酸三鈣和γ-聚谷氨酸依靠分子間基團羧酸根絡合而成，在γ-聚谷氨酸基體上沉積磷酸三鈣粉末，并在交聯劑的作用下增加復合材料的力學強度，改善磷酸三鈣的韌性，提高磷酸三鈣的骨結合能力和降解性，從而能促進骨缺損的修復。其孔徑大小為60μm～280μm，孔隙率范圍為64%～85%，在0.9%生理鹽水浸泡并于37℃恒溫下靜置3個月后其失重率為8.60%～39.57%，具有磷酸三鈣分布均勻、磷酸三鈣與γ-聚谷氨酸結合緊密以及降解速率連續可調等特點，材料孔徑大小合適，可作為骨修復材料應用在骨組織工程等生物醫用領域。
文檔編號A61L27/56GK103007342SQ20121054076
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日
發明者疏秀林, 施慶珊, 歐陽友生, 陳儀本 申請人:廣東省微生物研究所