Ha/胶原/pvp半互穿聚合物网络支架的制备方法
专利名称：Ha/胶原/pvp半互穿聚合物网络支架的制备方法
技术领域：
本发明涉及人工骨修复材料技术领域，具体一种HA(纳米羟基磷灰石)/ 胶原/PVP(聚乙烯吡咯垸酮)半互穿聚合物网络支架的制备方法。
背景技术：
随着国内外临床医学中骨缺损修复需求的日益增长，传统人工骨修复材 料由于和自然骨高度精密的矿化结构差异较大，所以骨缺损的修复问题仍未 得到有效的解决。因此，作为人工骨修复材料，从成分和结构方面进行仿生 是目前和今后发展的主要方向。而人体骨组织是一种纳米羟基磷灰石和胶原 组装复合的，高度精密的自然矿化生物结构材料。因此从模拟自然骨的组成 和结构出发，将纳米羟基磷灰石与胶原复合是当前骨修复材料研究的热点。目前大多数羟基磷灰石/胶原复合物实际上是羟基磷灰石粉体和胶原的 机械混合物，通常是将烧结的羟基磷灰石研磨后与胶原溶液混合复合而成。 马宁，曾毅，张莉，等.多孔纳米羟基磷灰石/胶原复合材料的制备及性能. 吉林大学学报(医学版)，2006， 32 (1) : 90-93，该文以氢氧化钙和磷酸为 原料合成纳米羟基磷灰石，真空烘干后再分别在30(TC、 60(TC和80(TC的温度 下烧结，并与从牛肌腱中提取可溶性I型胶原混合，应用戊二醛交联冻干法使 二者复合制备呈三维网孔状结构生物多孔膜，孔径10 40"m，由纳米尺度的 羟基磷灰石和胶原纤维组成。这种复合方法虽然制备了满足一定性能要求的 纳米羟基磷灰石/胶原复合材料，但是羟基磷灰石粉末实际上很难均匀分散并 且和胶原基体之间无法形成有效键合，羟基磷灰石颗粒只能松散的分布于胶 原框架内，并不能有效地实现纳米羟基磷灰石与胶原的仿生构建。此外，骨 组织中的天然胶原具有很高的湿拉伸强度和抗蛋白水解能力，而制备骨修复 材料所提取的胶原并不具有所要求的拉伸强度和耐蛋白水解能力，且其力学 强度较差，降解速度过快。但是，胶原生物材料的拉伸强度和生物降解速度 可通过离子键、共价键和氢键的形成来改变,通过交联也可以提高胶原的某些强度。研究发现，聚乙烯吡咯烷酮是一种水溶性高分子聚合物，具有表面活性、 络合性、化学稳定性以及优异的生理相容性，它是一种较成熟的多用途的医 药辅料和杀菌消毒剂。近几年来聚乙烯吡咯烷酮与胶原的复合材料有一些报道。S.Alina.胶原与PVP共混物及其相互间的作用.欧洲聚合物杂志(Interaction of collagen and poly(vinyl pyxrolidone) in blends, European Polymer Journal) ， 2003， 39 (11) : 2135-2140，该文通过粘度 测定法、差示扫描量热仪和傅立叶变换红外光谱研究了胶原与PVP共混物及 其相互间的作用，结果表明，胶原和PVP间的相互作用的存在是由于聚合物 和生物成分间的强相互作用，这种作用主要是氢键，这些相互作用使得胶原 和PVP在分子水平上易于混合。S.Alina， K.Halina， W. Marc in,等..UV— 照射胶原/PVP共混膜的表面特性.表面科学(Surface characteristics of UV-irradiated collagen/PVP blended films, Surface Science) ， 2004， 566-568 (1-3 PART 1) : 608-612，该文通过原子力显微镜(AFM)和接触角 测量来研究胶原/PVP共混膜在UV照射前后的表面性质，结果发现UV照射改 变了胶原和PVP膜的接触角和表面自由能，且共混膜比纯组分的抗光能力强。 上述的胶原/ PVP共混材料在机械性质和稳定性方面都比胶原有所改进，但 是，有关胶原/PVP共混材料在骨组织工程支架材料方面的实际应用尚无任何 报道。此外，半互穿聚合物网络材料由于具有独特的性能而幵始应用于生物材 料领域，半互穿聚合物网络是指构成互穿网络的两种聚合物中，仅有一种聚 合物是交联的，另一种聚合物是线型非交联的，在网络与链段之间存在物理 贯穿，而几乎无化学结合。它可以同时具有一般物理共混、接枝、嵌段聚合 物的优异性能。然而这一技术并未用于胶原/PVP半互穿聚合物网络骨组织工 程支架的制备。因此，如果能将羟基磷灰石均匀分散在胶原/PVP的半互穿聚 合物网络基体中，并在此基体中呈现羟基磷灰石颗粒的定向排列以及与基体 形成有效键合，则可望在解决现有胶原/羟基磷灰石支架存在的问题的基础上 实现支架材料的稳定性、力学性能的改善，也有望从结构和功能上实现纳米 羟基磷灰石与胶原的仿生构建。发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，通过研发一种结晶程度可 控、分散性好，能与高分子材料具有稳定键合的颗粒定向排列的纳米羟基磷灰石溶胶，并将上述溶胶均匀分散于胶原/PVP的半互穿聚合物网络基体中， 且与基体形成有效键合，从而提供一种HA(纳米羟基磷灰石)/胶原/PVP(聚乙 烯吡咯烷酮)半互穿聚合物网络支架的制备方法。 实现本发明目的是通过如下措施来实现的。一种HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方法包括以下步骤及其 工艺条件-步骤一HA即纳米羟基磷灰石溶胶的制备(1) 以PVP即聚乙烯吡咯垸酮同时为模板剂、分散剂和改性剂；(2) 配制0. 01 3mol/L的钙盐和0. 006 1. 8mol/L的磷酸盐溶液或配 制0. 01 3mol/L的转盐溶液和0. 006 1. 8mol/L的磷酸；(3) 采用高速分散机，在碱液控制体系中，将上述(1) 、 (2)的物料 充分进行混合，形成纳米羟基磷灰石溶胶；该纳米羟基磷灰石溶胶体系中钙 磷摩尔比达1.6 1.7:1，按质量百分比计聚乙烯吡咯烷酮含量为0.01 50 %;步骤二 HA溶胶的陈化上述溶胶在20 10(TC的温度下陈化至少24小时，然后用去离子水充分 洗涤溶胶得到颗粒定向排列的HA溶胶；步骤三HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的成型(1) 用醋酸溶液配制3mg/ml 20mg/ml的胶原溶液；(2) 按PVP:胶原溶质的质量比为0. 1 2. 5:1的比例将PVP加入到上述 (1)的胶原溶液中充分混合后得到胶原/PVP的共混液；(3) 将步骤二的HA溶胶与上述(2)的胶原/PVP的共混液混合并采用 高速分散机分散得到HA/胶原/PVP的混合液，其中上述(2)的胶原/PVP共 混液的溶质:HA溶胶的质量比为0. 1 9:1;(4) 在上述(3)的HA/胶原/PVP的混合液中加入胶原交联剂在常温下 搅拌交联至少12h，按质量百分比计胶原交联剂含量为0. 01 1%;(5) 将上述(4)的HA/胶原/PVP的混合液减压除去气泡后注入模型，冻至少24小时，接着转入冷冻干燥机中冷冻干燥至少 24小时，即得到HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架；步骤四HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的后处理(1) 首先将HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架用碱液或缓冲溶液浸泡 1 3小时，然后再用去离子水浸泡至少6小时，并至少每半小时换一次水；(2) 将清洗后的支架材料放回模型，再次放入超低温冰箱中冷冻至少 24小时后，再转入冷冻干燥机中冷冻干燥至少24小时，最后得到HA/胶原/PVP 半互穿聚合物网络支架。为了更好地实现本发明，步骤一 (3)所述聚乙烯吡咯烷酮的加入有以下 两种方式，择一使用(1) 将PVP加入到钙盐溶液或磷酸盐溶液或磷酸中，或加入到钙盐和磷 酸盐或钙盐和磷酸的混合溶液中；(2) 先配制聚乙烯吡咯垸酮水溶液，再用聚乙烯吡咯烷酮水溶液配制钙 盐和磷酸盐或磷酸溶液。所述钙盐为硝酸钙或氢氧化钙；磷酸盐采用磷酸氢二铵、磷酸氢二钠或 磷酸氢二钾。步骤二所述陈化有以下两种方式，择一使用(1) 将纳米羟基磷灰石溶胶自然放置陈化；(2) 将纳米羟基磷灰石溶胶移入加热蒸发回流装置陈化。 所述碱液控制体系pH值大于10.5;所述碱液为氨水、氢氧化钠或氢氧化钾溶液。所述缓冲溶液为磷酸氢二钠或碳酸氢钠溶液。所述高速分散机的速度范围为100 8000转/分。所述PVP的类型为K15、 K30、 K60或K90;所述胶原为I型胶原。所述超低温冰箱中冷冻的温度范围为-5" -8(TC。所述胶原交联剂为戊二醛、聚縮水甘油醚、聚乙二醇或1一乙基一3— (3 一二甲基氨丙基)碳二亚胺和N—羟基琥珀酰亚胺的混合物，当使用l一乙基 —3— (3 — 二甲基氨丙基)碳二亚胺和N—羟基琥珀酰亚胺时，它们的质量 比为4:1。所述聚縮水甘油醚是指聚乙二醇双縮水甘油醚或聚丙三醇三縮水甘油醚。本发明与现有技术相比较有如下突出的优点-1、 本发明首次将半互穿聚合物网络支架的制备技术成功应用到HA/胶原 /PVP半互穿聚合物网络支架的制备中，通过PVP的桥梁作用，使得羟基磷灰石颗粒在胶原/PVP半互穿聚合物网络基体中分散良好，并与基体之间形成有 效、稳定的键合，且羟基磷灰石在胶原基体中颗粒呈现定向排列，从而在结 构和功能上实现纳米羟基磷灰石与胶原/PVP基体的有效复合。2、 本发明采用以羟基磷灰石溶胶的形式与胶原基体复合，解决了现有技 术中以羟基磷灰石粉末形式，采用普通机械搅拌混合制备的纳米羟基磷灰石/ 胶原支架中存在着羟基磷灰石与胶原基体之间无法形成有效键合，以及羟基 磷灰石颗粒只能松散的分布于胶原框架内，并不能有效地实现纳米羟基磷灰 石与胶原的有效复合的问题。3、 由于半互穿聚合物网络可以同时具有一般物理共混、接枝、嵌段聚合 物的优异性能，因而本发明制备的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络骨组织工 程支架解决了胶原力学强度较差，降解速度过快，耐蛋白水解能力差的问题。4、 本发明采用具有优良的分散稳定性，良好的生物相容性和生理安全性 的聚乙烯吡咯烷酮作为模板剂、分散剂和改性剂，同时与胶原形成半互穿聚 合物网络作为基体，在改善材料性能的同时不至于引起生理毒性的问题。5、 本发明制备工艺简单，操作简捷，易于推广应用。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但实施方式并不仅限 于此。实施例1一种HA (纳米羟基磷灰石)/胶原/PVP (聚乙烯吡咯垸酮)半互穿聚合 物网络支架的制备方法包括以下步骤及其工艺条件 步骤一HA溶胶的制备(1) 以PVP K15同时为模板剂、分散剂、改性剂；(2) 使用去离子水配制含硝酸钙0.01mol/L，磷酸氢二铵0,006mol/L的溶液，然后将O. lg PVP K15加入到上述硝酸钙溶液中充分溶解；(3)采用100转/分的高速分散机，在氨水控制体系pH值为10. 6条件 下，将上述(1) 、 (2)的物料充分进行混合，形成HA溶胶，使该HA溶胶 体系中韩磷摩尔比达1. 6:1，按质量百分比计PVP含量为0. 01%; 步骤二 HA溶胶的陈化上述HA溶胶在常温(20°C)下，自然放置陈化24小时，然后再用去离 子水充分洗涤溶胶得到颗粒定向排列的HA溶胶；步骤三HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的成型(1) 用质量百分比浓度为2%醋酸溶液配制3mg/ml的I型胶原溶液；(2) 按PVP:胶原溶质的质量比为0. 1:1的比例将PVP K15加入到上述 (1)的胶原溶液中，充分混合后得到胶原/PVP的共混液；(3) 将步骤二的HA与上述(2)的胶原/PVP的共混液混合并采用高速 分散机以100转/分的速度分散得到HA/胶原/PVP的混合液，其中步骤三(2) 的胶原/PVP共混液的溶质:HA溶胶的质量比为0。 1:1;(4) 在上述(3)的HA/胶原/PVP的混合液中加入戊二醛溶液在常温下 搅拌交联12h，按质量百分比计戊二醛交联剂含量为0. 01%;(5) 将上述(4)的HA/胶原/PVP的混合液减压除去气泡后注入模型， 并置于-5'C的超低温冰箱中冷冻24小时，接着转入冷冻干燥机中冷冻干燥 24小时，即得到HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架；步骤四HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的后处理(1) 首先将HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架用质量百分比浓度为 0. 5%的氨水浸泡1小时，然后再用去离子水浸泡6小时，至少每半小时换一 次水；(2) 将清洗后的支架材料放回模型，再次放入-5T:的超低温冰箱中冷冻 24小时后，再转入冷冻干燥机中冷冻干燥24小时，最后得到HA/胶原/PVP 半互穿聚合物网络支架。实施例2一种HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方法的制备方法包括以 下步骤及其工艺条件步骤一HA溶胶的制备(1) 以PVP K30同时为模板剂、分散剂、改性剂；(2) 使用质量百分比0.5X的PVP K30水溶液配制含硝酸钙0. lmol/L、 磷酸氢二钠0. 06mol/L的溶液；(3) 采用1000转/分的高速分散机，在氢氧化钠控制体系pH值为11的 条件下，将上述(1) 、 (2)的物料充分进行混合，形成纳米羟基磷灰石溶 胶，使该纳米羟基磷灰石溶胶体系中钙磷摩尔比达1.65:1，按质量百分比计 PVP含量为0. 5%;步骤二 HA溶胶的陈化将上述HA溶胶移入加热蒸发回流装置，在5(TC蒸发回流36小时陈化； 然后再用去离子水充分洗涤溶胶得到颗粒定向排列的HA溶胶； 步骤三HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的成型(1) 用质量百分比浓度为2%醋酸溶液配制5mg/ml的I型胶原溶液；(2) 按PVP:胶原溶质的质量比为0. 25:1的比例将PVP K30加入到上述 (1)的胶原溶液中充分混合后得到胶原/PVP的共混液；(3) 将步骤二的HA与上述(2)的胶原/PVP的共混液混合并采用高速 分散机以1000转/分的速度分散得到HA/胶原/PVP的混合液，其中步骤三(2) 的胶原/PVP共混液的溶质:HA溶胶的质量比为0. 25:1;(4) 在上述(3)的HA/胶原/PVP的混合液中加入聚乙二醇溶液在常温 下搅拌交联12h，按质量百分比计聚乙二醇交联剂含量为0. 05%;(5) 将上述(4)的HA/胶原/PVP的混合液减压除去气泡后注入模型后 置于-l(TC的超低温冰箱中冷冻24小时，接着转入冷冻干燥机中冷冻干燥36 小时，即得到HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架；步骤四HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的后处理(1) 首先将HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架用质量百分比浓度为 0.005mol/L的氢氧化钠溶液浸泡2小时，然后再用去离子水浸泡6小时，每 半小时换一次水；(2) 将清洗后的支架材料放回模型，再次放入-IO'C的超低温冰箱中冷 冻24小时后再转入冷冻干燥机中冷冻干燥36小时，最后得到HA/胶原/PVP 半互穿聚合物网络支架。实施例3一种HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方法的制备方法包括以 下步骤及其工艺条件步骤一HA溶胶的制备(1) 以PVP K60同时为模板剂、分散剂、改性剂；(2) 使用质量百分比5X的PVPK60水溶液配制含硝酸钙0.5mol/L，磷 酸氢二钾0. 3mol/L的溶液；(3) 采用2000转/分的高速分散机，在氢氧化钾控制体系pH值为11. 5 条件下，将上述(1) 、 (2)的物料充分进行混合，形成HA溶胶，使该HA 溶胶体系中钙磷摩尔比达1. 67:1 ，按质量百分比计PVP含量为5 %;步骤二 HA溶胶的陈化将上述HA溶胶移入加热蒸发回流装置，在7(TC蒸发回流48小时陈化， 然后再用去离子水充分洗涤溶胶得到颗粒定向排列的纳米羟基磷灰石溶胶； 步骤三HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的成型(1) 用质量百分比浓度为2%醋酸溶液配制7mg/ml的I型胶原溶液；(2) 按PVP:胶原溶质的质量比为0. 65:1的比例将PVP K60加入到上述 (1)的胶原溶液中充分混合后得到胶原/PVP的共混液；(3) 将步骤二的HA与上述(2)的胶原/PVP的共混液混合并采用高速 分散机以2000转/分的速度分散得到HA/胶原/PVP的混合液，其中步骤三(2) 的胶原/PVP共混液的溶质:HA溶胶的质量比为1:1;(4) 在上述(3)的HA/胶原/PVP的混合液中加入聚乙二醇双縮水甘油 醚溶液在常温下搅拌交联24h，按质量百分比计聚乙二醇双縮水甘油醚交联 剂含量为0.1%;(5) 将上述(4)的HA/胶原/PVP的混合液减压除去气泡后注入模型后， 并置于-2(TC的超低温冰箱中冷冻24小时，接着转入冷冻干燥机中冷冻干燥 48小时，即得到HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架；步骤四HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的后处理 (1)首先将HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架用0. 5mol/L的氢氧化 钾溶液浸泡3小时，然后再用去离子水浸泡6小时，至少每半小时换一次水；(2)将清洗后的支架材料放回模型，再次放入-2(TC的超低温冰箱中冷 冻24小时后，再转入冷冻干燥机中冷冻干燥48小时，最后得到HA/胶原/PVP 半互穿聚合物网络支架。实施例4一种HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方法的制备方法包括以 下步骤及其工艺条件步骤一HA溶胶的制备(1) 以PVP K90同时为模板剂、分散剂、改性剂；(2) 使用去离子水配制含氢氧化钙lmol/L，磷酸0.6mol/L的溶液，然 后分别将5g PVP K90加入到上述硝酸钙和磷酸中充分溶解；(3) 采用5000转/分的高速分散机，在氢氧化钾控制体系pH值为12的 条件下，将上述(1) 、 (2)的物料充分进行混合，形成HA溶胶，使该HA 溶胶体系中钙磷摩尔比达1.67:1，按质量百分比计PVP含量为10%;步骤二 HA溶胶的陈化将上述羟基磷灰石溶胶移入加热蒸发回流装置，在90。C蒸发回流60小 时陈化，然后再用去离子水充分洗涤溶胶得到颗粒定向排列的HA溶胶； 步骤三HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的成型(1) 用质量百分比浓度为2%醋酸溶液配制10mg/ml的I型胶原溶液；(2) 按PVP:胶原溶质的质量比为1:1的比例将PVPK90加入到上述(1) 的胶原溶液中充分混合后得到胶原/PVP的共混液；(3) 将步骤二的HA与上述(2)的胶原/PVP的共混液混合并采用高速 分散机以5000转/分的速度分散得到HA/胶原/PVP的混合液，其中步骤三(2) 的胶原/PVP共混液的溶质:HA溶胶的质量比为4:1;(4) 在上述(3)的HA/胶原/PVP的混合液中加入聚丙三醇三縮水甘油 醚溶液在常温下搅拌交联24h，按质量百分比计聚丙三醇三縮水甘油醚交联 剂含量为0.5%;(5) 将上述(4)的HA/胶原/PVP的混合液减压除去气泡后注入模型后， 并置于-65。C的超低温冰箱中冷冻24小时，接着转入冷冻干燥机中冷冻干燥 48小时，即得到HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架；步骤四HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的后处理(1) 首先将HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架用1 mol/L的碳酸氢钠 溶液浸泡3小时，然后再用去离子水浸泡6小时，至少每半小时换一次水；(2) 将清洗后的支架材料放回模型，再次放入-65x:的超低温冰箱中冷冻24小时后，再转入冷冻干燥机中冷冻干燥48小时，最后得到HA/胶原/PVP 半互穿聚合物网络支架。实施例5一种HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方法的制备方法包括以 下步骤及其工艺条件步骤一HA溶胶的制备(1) 以PVP K90同时为模板剂、分散剂、改性剂；(2) 使用去离子水配制含氢氧化钙3mol/L，磷酸氢二钾1. 8mol/L的溶 液，然后将50g PVP K90加入到上述磷酸氢二钾中充分溶解；(3) 采用8000转/分的高速分散机，在氨水控制体系pH值为12条件下， 将上述(1) 、 (2)的物料充分进行混合，形成HA溶胶，使该HA溶胶体系 中钙磷摩尔比达1.7:1，按质量百分比计聚乙烯吡咯烷酮含量为50%;步骤二 HA溶胶的陈化上述HA溶胶在IO(TC的温度下放置，陈化48小时，然后再用去离子水 充分洗涤溶胶得到颗粒定向排列的HA溶胶；步骤三HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的成型(1) 用质量百分比浓度为2%醋酸溶液配制20mg/ml的I型胶原溶液；(2) 按PVP:胶原溶质的质量比为2.5:1的比例将PVP K90加入到上述 (1)的胶原溶液中充分混合后得到胶原/PVP的共混液；(3) 将步骤二的HA溶胶与上述(2)的胶原/PVP的共混液混合并采用 高速分散机以8000转/分的速度分散得到HA/胶原/PVP的混合液，其中步骤 三(2)的胶原/PVP共混液的溶质:HA溶胶的质量比为9:l;(4) 在上述(3)的HA/胶原/PVP的混合液中加入l一乙基一3— (3-二甲基氨丙基)碳二亚胺与N—羟基琥珀酰亚胺质量比为4:1的混合交联剂， 在常温下搅拌交联12h，按质量百分比计该混合交联剂含量为1%;(5)将上述(4)的HA/胶原/PVP的混合液减压除去气泡后注入模型后， 并置于-8(TC的超低温冰箱中冷冻24小时，接着转入冷冻干燥机中冷冻干燥 48小时，即得到HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架；步骤四HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的后处理(1) 首先将HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架用0. 05mol/L的磷酸氢 二钠溶液浸泡3小时，然后再用去离子水浸泡6小时，并每半小时换一次水；(2) 将清洗后的支架材料放回模型，再次放入-8(TC的超低温冰箱中冷 冻24小时后，再转入冷冻干燥机中冷冻干燥48小时，最后得到HA/胶原/PVP 半互穿聚合物网络支架。
权利要求
1、HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤及其工艺条件步骤一HA即纳米羟基磷灰石溶胶的制备(1)以PVP即聚乙烯吡咯烷酮同时为模板剂、分散剂和改性剂；(2)配制0.01～3mol/L的钙盐和0.006～1.8mol/L的磷酸盐溶液或配制0.01～3mol/L的钙盐溶液和0.006～1.8mol/L的磷酸；(3)采用高速分散机，在碱液控制体系中，将上述(1)、(2)的物料充分进行混合，形成HA溶胶；该溶胶体系中钙磷摩尔比达1.6～1.7∶1，按质量百分比计PVP含量为0.01～50％；步骤二HA溶胶的陈化上述溶胶在20～100℃的温度下陈化至少24小时，然后用去离子水充分洗涤溶胶得到颗粒定向排列的HA溶胶；步骤三HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的成型(1)用醋酸溶液配制3mg/ml～20mg/ml的胶原溶液；(2)按PVP∶胶原溶质的质量比为0.1～2.5∶1的比例，将PVP加入到上述(1)的胶原溶液中，充分混合后得到胶原/PVP的共混液；(3)将步骤二的HA溶胶与上述(2)的胶原/PVP的共混液混合并采用高速分散机分散得到HA/胶原/PVP的混合液，其中上述(2)的胶原/PVP共混液的溶质∶HA溶胶的质量比为0.1～9∶1；(4)在上述(3)的HA/胶原/PVP的混合液中加入胶原交联剂在常温下搅拌交联至少12h，按质量百分比计胶原交联剂含量为0.01～1％；(5)将上述(4)的HA/胶原/PVP的混合液减压除去气泡后注入模型，并置于超低温冰箱中冷冻至少24小时，接着转入冷冻干燥机中冷冻干燥至少24小时，即得到HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架；步骤四HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的后处理(1)首先将HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架用碱液或缓冲溶液浸泡1～3小时，然后再用去离子水浸泡至少6小时，并至少每半小时换一次水；(2)将清洗后的支架材料放回模型，再次放入超低温冰箱中冷冻至少24小时后，再转入冷冻干燥机中冷冻干燥至少24小时，最后得到HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架。
2、 根据权利要求1所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方 法，其特征在于步骤一 (3)所述的物料混合，PVP的加入有以下两种方式， 择一使用(1) 将PVP加入到钙盐溶液或磷酸盐溶液或磷酸中，或加入到钙盐和磷 酸盐或磷酸的混合溶液中；(2) 先配制PVP水溶液，再用PVP水溶液配制钙盐和磷酸盐或磷酸溶液。
3、 根据权利要求1或2所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制 备方法，其特征在于所述钙盐为硝酸钙或氢氧化钙；磷酸盐采用磷酸氢二 铵、磷酸氢二钠或磷酸氢二钾。
4、 根据权利要求1所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方 法，其特征在于步骤二所述陈化有以下两种方式，择一使用(1) 将纳米羟基磷灰石溶胶自然放置陈化；(2) 将纳米羟基磷灰石溶胶移入加热蒸发回流装置陈化。
5、 根据权利要求1所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方 法，其特征在于所述碱液控制体系pH值大于10.5;所述碱液为氨水、氢 氧化钠或氢氧化钾溶液。
6、 根据权利要求1所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方 法，其特征在于所述缓冲溶液为磷酸氢二钠或碳酸氢钠溶液。
7、 根据权利要求1所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方 法，其特征在于所述高速分散机的速度范围为100 8000转/分。
8、 根据权利要求1所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方 法，其特征在于所述所采用PVP的类型为K15、 K30、 K60或K90;所述胶 原为I型胶原。
9、 根据权利要求1所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方 法，其特征在于所述超低温冰箱中冷冻的温度范围为-5°C -80°C。
10、 根据权利要求1所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备 方法，其特征在于所述胶原交联剂为戊二醛或聚縮水甘油醚或聚乙二醇或 1 —乙基一3—(3 — 二甲基氨丙基)碳二亚胺和N—羟基琥珀酰亚胺的混合物，当使用l一乙基一3— (3 — 二甲基氨丙基)碳二亚胺和N—羟基琥珀酰亚胺的 混合交联剂时，l一乙基一3— (3 — 二甲基氨丙基)碳二亚胺与N—羟基琥珀 酰亚胺的质量比为4:1。
11、根据权利要求10所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备 方法，其特征在于所述聚縮水甘油醚是指聚乙二醇双縮水甘油醚或聚丙三 醇三縮水甘油醚。
全文摘要
本发明公开了一种HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方法。该法首先在碱液控制体系中充分混合，形成PVP含量为0.01～50％(质量)的溶胶体系；经陈化洗涤得HA溶胶，再与PVP∶胶原溶质的质量比为0.1～2.5∶1的共混液混合，所得共混液的溶质∶HA溶胶质量比为0.1～9∶1的混合液投入高速分散机混合交联；注入模具经后处理得到支架。本法制备的HA在胶原/PVP的半互穿聚合物网络基体中均匀分散并与基体形成有效键合且呈现定向排列，从而在结构和功能上实现纳米羟基磷灰石与基体的有效复合，也有效地解决了胶原材料本身存在的问题。本法工艺简单，操作简捷，易于推广应用。
文档编号A61L27/00GK101612419SQ20091014626
公开日2009年12月30日 申请日期2009年6月19日 优先权日2008年7月31日
发明者宁成云, 尹兆益, 王迎军, 谭帼馨 申请人:华南理工大学;广州南枫生物科技有限公司
技术领域：
本发明涉及人工骨修复材料技术领域，具体一种HA(纳米羟基磷灰石)/ 胶原/PVP(聚乙烯吡咯垸酮)半互穿聚合物网络支架的制备方法。
背景技术：
随着国内外临床医学中骨缺损修复需求的日益增长，传统人工骨修复材 料由于和自然骨高度精密的矿化结构差异较大，所以骨缺损的修复问题仍未 得到有效的解决。因此，作为人工骨修复材料，从成分和结构方面进行仿生 是目前和今后发展的主要方向。而人体骨组织是一种纳米羟基磷灰石和胶原 组装复合的，高度精密的自然矿化生物结构材料。因此从模拟自然骨的组成 和结构出发，将纳米羟基磷灰石与胶原复合是当前骨修复材料研究的热点。目前大多数羟基磷灰石/胶原复合物实际上是羟基磷灰石粉体和胶原的 机械混合物，通常是将烧结的羟基磷灰石研磨后与胶原溶液混合复合而成。 马宁，曾毅，张莉，等.多孔纳米羟基磷灰石/胶原复合材料的制备及性能. 吉林大学学报(医学版)，2006， 32 (1) : 90-93，该文以氢氧化钙和磷酸为 原料合成纳米羟基磷灰石，真空烘干后再分别在30(TC、 60(TC和80(TC的温度 下烧结，并与从牛肌腱中提取可溶性I型胶原混合，应用戊二醛交联冻干法使 二者复合制备呈三维网孔状结构生物多孔膜，孔径10 40"m，由纳米尺度的 羟基磷灰石和胶原纤维组成。这种复合方法虽然制备了满足一定性能要求的 纳米羟基磷灰石/胶原复合材料，但是羟基磷灰石粉末实际上很难均匀分散并 且和胶原基体之间无法形成有效键合，羟基磷灰石颗粒只能松散的分布于胶 原框架内，并不能有效地实现纳米羟基磷灰石与胶原的仿生构建。此外，骨 组织中的天然胶原具有很高的湿拉伸强度和抗蛋白水解能力，而制备骨修复 材料所提取的胶原并不具有所要求的拉伸强度和耐蛋白水解能力，且其力学 强度较差，降解速度过快。但是，胶原生物材料的拉伸强度和生物降解速度 可通过离子键、共价键和氢键的形成来改变,通过交联也可以提高胶原的某些强度。研究发现，聚乙烯吡咯烷酮是一种水溶性高分子聚合物，具有表面活性、 络合性、化学稳定性以及优异的生理相容性，它是一种较成熟的多用途的医 药辅料和杀菌消毒剂。近几年来聚乙烯吡咯烷酮与胶原的复合材料有一些报道。S.Alina.胶原与PVP共混物及其相互间的作用.欧洲聚合物杂志(Interaction of collagen and poly(vinyl pyxrolidone) in blends, European Polymer Journal) ， 2003， 39 (11) : 2135-2140，该文通过粘度 测定法、差示扫描量热仪和傅立叶变换红外光谱研究了胶原与PVP共混物及 其相互间的作用，结果表明，胶原和PVP间的相互作用的存在是由于聚合物 和生物成分间的强相互作用，这种作用主要是氢键，这些相互作用使得胶原 和PVP在分子水平上易于混合。S.Alina， K.Halina， W. Marc in,等..UV— 照射胶原/PVP共混膜的表面特性.表面科学(Surface characteristics of UV-irradiated collagen/PVP blended films, Surface Science) ， 2004， 566-568 (1-3 PART 1) : 608-612，该文通过原子力显微镜(AFM)和接触角 测量来研究胶原/PVP共混膜在UV照射前后的表面性质，结果发现UV照射改 变了胶原和PVP膜的接触角和表面自由能，且共混膜比纯组分的抗光能力强。 上述的胶原/ PVP共混材料在机械性质和稳定性方面都比胶原有所改进，但 是，有关胶原/PVP共混材料在骨组织工程支架材料方面的实际应用尚无任何 报道。此外，半互穿聚合物网络材料由于具有独特的性能而幵始应用于生物材 料领域，半互穿聚合物网络是指构成互穿网络的两种聚合物中，仅有一种聚 合物是交联的，另一种聚合物是线型非交联的，在网络与链段之间存在物理 贯穿，而几乎无化学结合。它可以同时具有一般物理共混、接枝、嵌段聚合 物的优异性能。然而这一技术并未用于胶原/PVP半互穿聚合物网络骨组织工 程支架的制备。因此，如果能将羟基磷灰石均匀分散在胶原/PVP的半互穿聚 合物网络基体中，并在此基体中呈现羟基磷灰石颗粒的定向排列以及与基体 形成有效键合，则可望在解决现有胶原/羟基磷灰石支架存在的问题的基础上 实现支架材料的稳定性、力学性能的改善，也有望从结构和功能上实现纳米 羟基磷灰石与胶原的仿生构建。发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，通过研发一种结晶程度可 控、分散性好，能与高分子材料具有稳定键合的颗粒定向排列的纳米羟基磷灰石溶胶，并将上述溶胶均匀分散于胶原/PVP的半互穿聚合物网络基体中， 且与基体形成有效键合，从而提供一种HA(纳米羟基磷灰石)/胶原/PVP(聚乙 烯吡咯烷酮)半互穿聚合物网络支架的制备方法。 实现本发明目的是通过如下措施来实现的。一种HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方法包括以下步骤及其 工艺条件-步骤一HA即纳米羟基磷灰石溶胶的制备(1) 以PVP即聚乙烯吡咯垸酮同时为模板剂、分散剂和改性剂；(2) 配制0. 01 3mol/L的钙盐和0. 006 1. 8mol/L的磷酸盐溶液或配 制0. 01 3mol/L的转盐溶液和0. 006 1. 8mol/L的磷酸；(3) 采用高速分散机，在碱液控制体系中，将上述(1) 、 (2)的物料 充分进行混合，形成纳米羟基磷灰石溶胶；该纳米羟基磷灰石溶胶体系中钙 磷摩尔比达1.6 1.7:1，按质量百分比计聚乙烯吡咯烷酮含量为0.01 50 %;步骤二 HA溶胶的陈化上述溶胶在20 10(TC的温度下陈化至少24小时，然后用去离子水充分 洗涤溶胶得到颗粒定向排列的HA溶胶；步骤三HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的成型(1) 用醋酸溶液配制3mg/ml 20mg/ml的胶原溶液；(2) 按PVP:胶原溶质的质量比为0. 1 2. 5:1的比例将PVP加入到上述 (1)的胶原溶液中充分混合后得到胶原/PVP的共混液；(3) 将步骤二的HA溶胶与上述(2)的胶原/PVP的共混液混合并采用 高速分散机分散得到HA/胶原/PVP的混合液，其中上述(2)的胶原/PVP共 混液的溶质:HA溶胶的质量比为0. 1 9:1;(4) 在上述(3)的HA/胶原/PVP的混合液中加入胶原交联剂在常温下 搅拌交联至少12h，按质量百分比计胶原交联剂含量为0. 01 1%;(5) 将上述(4)的HA/胶原/PVP的混合液减压除去气泡后注入模型，冻至少24小时，接着转入冷冻干燥机中冷冻干燥至少 24小时，即得到HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架；步骤四HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的后处理(1) 首先将HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架用碱液或缓冲溶液浸泡 1 3小时，然后再用去离子水浸泡至少6小时，并至少每半小时换一次水；(2) 将清洗后的支架材料放回模型，再次放入超低温冰箱中冷冻至少 24小时后，再转入冷冻干燥机中冷冻干燥至少24小时，最后得到HA/胶原/PVP 半互穿聚合物网络支架。为了更好地实现本发明，步骤一 (3)所述聚乙烯吡咯烷酮的加入有以下 两种方式，择一使用(1) 将PVP加入到钙盐溶液或磷酸盐溶液或磷酸中，或加入到钙盐和磷 酸盐或钙盐和磷酸的混合溶液中；(2) 先配制聚乙烯吡咯垸酮水溶液，再用聚乙烯吡咯烷酮水溶液配制钙 盐和磷酸盐或磷酸溶液。所述钙盐为硝酸钙或氢氧化钙；磷酸盐采用磷酸氢二铵、磷酸氢二钠或 磷酸氢二钾。步骤二所述陈化有以下两种方式，择一使用(1) 将纳米羟基磷灰石溶胶自然放置陈化；(2) 将纳米羟基磷灰石溶胶移入加热蒸发回流装置陈化。 所述碱液控制体系pH值大于10.5;所述碱液为氨水、氢氧化钠或氢氧化钾溶液。所述缓冲溶液为磷酸氢二钠或碳酸氢钠溶液。所述高速分散机的速度范围为100 8000转/分。所述PVP的类型为K15、 K30、 K60或K90;所述胶原为I型胶原。所述超低温冰箱中冷冻的温度范围为-5" -8(TC。所述胶原交联剂为戊二醛、聚縮水甘油醚、聚乙二醇或1一乙基一3— (3 一二甲基氨丙基)碳二亚胺和N—羟基琥珀酰亚胺的混合物，当使用l一乙基 —3— (3 — 二甲基氨丙基)碳二亚胺和N—羟基琥珀酰亚胺时，它们的质量 比为4:1。所述聚縮水甘油醚是指聚乙二醇双縮水甘油醚或聚丙三醇三縮水甘油醚。本发明与现有技术相比较有如下突出的优点-1、 本发明首次将半互穿聚合物网络支架的制备技术成功应用到HA/胶原 /PVP半互穿聚合物网络支架的制备中，通过PVP的桥梁作用，使得羟基磷灰石颗粒在胶原/PVP半互穿聚合物网络基体中分散良好，并与基体之间形成有 效、稳定的键合，且羟基磷灰石在胶原基体中颗粒呈现定向排列，从而在结 构和功能上实现纳米羟基磷灰石与胶原/PVP基体的有效复合。2、 本发明采用以羟基磷灰石溶胶的形式与胶原基体复合，解决了现有技 术中以羟基磷灰石粉末形式，采用普通机械搅拌混合制备的纳米羟基磷灰石/ 胶原支架中存在着羟基磷灰石与胶原基体之间无法形成有效键合，以及羟基 磷灰石颗粒只能松散的分布于胶原框架内，并不能有效地实现纳米羟基磷灰 石与胶原的有效复合的问题。3、 由于半互穿聚合物网络可以同时具有一般物理共混、接枝、嵌段聚合 物的优异性能，因而本发明制备的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络骨组织工 程支架解决了胶原力学强度较差，降解速度过快，耐蛋白水解能力差的问题。4、 本发明采用具有优良的分散稳定性，良好的生物相容性和生理安全性 的聚乙烯吡咯烷酮作为模板剂、分散剂和改性剂，同时与胶原形成半互穿聚 合物网络作为基体，在改善材料性能的同时不至于引起生理毒性的问题。5、 本发明制备工艺简单，操作简捷，易于推广应用。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但实施方式并不仅限 于此。实施例1一种HA (纳米羟基磷灰石)/胶原/PVP (聚乙烯吡咯垸酮)半互穿聚合 物网络支架的制备方法包括以下步骤及其工艺条件 步骤一HA溶胶的制备(1) 以PVP K15同时为模板剂、分散剂、改性剂；(2) 使用去离子水配制含硝酸钙0.01mol/L，磷酸氢二铵0,006mol/L的溶液，然后将O. lg PVP K15加入到上述硝酸钙溶液中充分溶解；(3)采用100转/分的高速分散机，在氨水控制体系pH值为10. 6条件 下，将上述(1) 、 (2)的物料充分进行混合，形成HA溶胶，使该HA溶胶 体系中韩磷摩尔比达1. 6:1，按质量百分比计PVP含量为0. 01%; 步骤二 HA溶胶的陈化上述HA溶胶在常温(20°C)下，自然放置陈化24小时，然后再用去离 子水充分洗涤溶胶得到颗粒定向排列的HA溶胶；步骤三HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的成型(1) 用质量百分比浓度为2%醋酸溶液配制3mg/ml的I型胶原溶液；(2) 按PVP:胶原溶质的质量比为0. 1:1的比例将PVP K15加入到上述 (1)的胶原溶液中，充分混合后得到胶原/PVP的共混液；(3) 将步骤二的HA与上述(2)的胶原/PVP的共混液混合并采用高速 分散机以100转/分的速度分散得到HA/胶原/PVP的混合液，其中步骤三(2) 的胶原/PVP共混液的溶质:HA溶胶的质量比为0。 1:1;(4) 在上述(3)的HA/胶原/PVP的混合液中加入戊二醛溶液在常温下 搅拌交联12h，按质量百分比计戊二醛交联剂含量为0. 01%;(5) 将上述(4)的HA/胶原/PVP的混合液减压除去气泡后注入模型， 并置于-5'C的超低温冰箱中冷冻24小时，接着转入冷冻干燥机中冷冻干燥 24小时，即得到HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架；步骤四HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的后处理(1) 首先将HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架用质量百分比浓度为 0. 5%的氨水浸泡1小时，然后再用去离子水浸泡6小时，至少每半小时换一 次水；(2) 将清洗后的支架材料放回模型，再次放入-5T:的超低温冰箱中冷冻 24小时后，再转入冷冻干燥机中冷冻干燥24小时，最后得到HA/胶原/PVP 半互穿聚合物网络支架。实施例2一种HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方法的制备方法包括以 下步骤及其工艺条件步骤一HA溶胶的制备(1) 以PVP K30同时为模板剂、分散剂、改性剂；(2) 使用质量百分比0.5X的PVP K30水溶液配制含硝酸钙0. lmol/L、 磷酸氢二钠0. 06mol/L的溶液；(3) 采用1000转/分的高速分散机，在氢氧化钠控制体系pH值为11的 条件下，将上述(1) 、 (2)的物料充分进行混合，形成纳米羟基磷灰石溶 胶，使该纳米羟基磷灰石溶胶体系中钙磷摩尔比达1.65:1，按质量百分比计 PVP含量为0. 5%;步骤二 HA溶胶的陈化将上述HA溶胶移入加热蒸发回流装置，在5(TC蒸发回流36小时陈化； 然后再用去离子水充分洗涤溶胶得到颗粒定向排列的HA溶胶； 步骤三HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的成型(1) 用质量百分比浓度为2%醋酸溶液配制5mg/ml的I型胶原溶液；(2) 按PVP:胶原溶质的质量比为0. 25:1的比例将PVP K30加入到上述 (1)的胶原溶液中充分混合后得到胶原/PVP的共混液；(3) 将步骤二的HA与上述(2)的胶原/PVP的共混液混合并采用高速 分散机以1000转/分的速度分散得到HA/胶原/PVP的混合液，其中步骤三(2) 的胶原/PVP共混液的溶质:HA溶胶的质量比为0. 25:1;(4) 在上述(3)的HA/胶原/PVP的混合液中加入聚乙二醇溶液在常温 下搅拌交联12h，按质量百分比计聚乙二醇交联剂含量为0. 05%;(5) 将上述(4)的HA/胶原/PVP的混合液减压除去气泡后注入模型后 置于-l(TC的超低温冰箱中冷冻24小时，接着转入冷冻干燥机中冷冻干燥36 小时，即得到HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架；步骤四HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的后处理(1) 首先将HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架用质量百分比浓度为 0.005mol/L的氢氧化钠溶液浸泡2小时，然后再用去离子水浸泡6小时，每 半小时换一次水；(2) 将清洗后的支架材料放回模型，再次放入-IO'C的超低温冰箱中冷 冻24小时后再转入冷冻干燥机中冷冻干燥36小时，最后得到HA/胶原/PVP 半互穿聚合物网络支架。实施例3一种HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方法的制备方法包括以 下步骤及其工艺条件步骤一HA溶胶的制备(1) 以PVP K60同时为模板剂、分散剂、改性剂；(2) 使用质量百分比5X的PVPK60水溶液配制含硝酸钙0.5mol/L，磷 酸氢二钾0. 3mol/L的溶液；(3) 采用2000转/分的高速分散机，在氢氧化钾控制体系pH值为11. 5 条件下，将上述(1) 、 (2)的物料充分进行混合，形成HA溶胶，使该HA 溶胶体系中钙磷摩尔比达1. 67:1 ，按质量百分比计PVP含量为5 %;步骤二 HA溶胶的陈化将上述HA溶胶移入加热蒸发回流装置，在7(TC蒸发回流48小时陈化， 然后再用去离子水充分洗涤溶胶得到颗粒定向排列的纳米羟基磷灰石溶胶； 步骤三HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的成型(1) 用质量百分比浓度为2%醋酸溶液配制7mg/ml的I型胶原溶液；(2) 按PVP:胶原溶质的质量比为0. 65:1的比例将PVP K60加入到上述 (1)的胶原溶液中充分混合后得到胶原/PVP的共混液；(3) 将步骤二的HA与上述(2)的胶原/PVP的共混液混合并采用高速 分散机以2000转/分的速度分散得到HA/胶原/PVP的混合液，其中步骤三(2) 的胶原/PVP共混液的溶质:HA溶胶的质量比为1:1;(4) 在上述(3)的HA/胶原/PVP的混合液中加入聚乙二醇双縮水甘油 醚溶液在常温下搅拌交联24h，按质量百分比计聚乙二醇双縮水甘油醚交联 剂含量为0.1%;(5) 将上述(4)的HA/胶原/PVP的混合液减压除去气泡后注入模型后， 并置于-2(TC的超低温冰箱中冷冻24小时，接着转入冷冻干燥机中冷冻干燥 48小时，即得到HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架；步骤四HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的后处理 (1)首先将HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架用0. 5mol/L的氢氧化 钾溶液浸泡3小时，然后再用去离子水浸泡6小时，至少每半小时换一次水；(2)将清洗后的支架材料放回模型，再次放入-2(TC的超低温冰箱中冷 冻24小时后，再转入冷冻干燥机中冷冻干燥48小时，最后得到HA/胶原/PVP 半互穿聚合物网络支架。实施例4一种HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方法的制备方法包括以 下步骤及其工艺条件步骤一HA溶胶的制备(1) 以PVP K90同时为模板剂、分散剂、改性剂；(2) 使用去离子水配制含氢氧化钙lmol/L，磷酸0.6mol/L的溶液，然 后分别将5g PVP K90加入到上述硝酸钙和磷酸中充分溶解；(3) 采用5000转/分的高速分散机，在氢氧化钾控制体系pH值为12的 条件下，将上述(1) 、 (2)的物料充分进行混合，形成HA溶胶，使该HA 溶胶体系中钙磷摩尔比达1.67:1，按质量百分比计PVP含量为10%;步骤二 HA溶胶的陈化将上述羟基磷灰石溶胶移入加热蒸发回流装置，在90。C蒸发回流60小 时陈化，然后再用去离子水充分洗涤溶胶得到颗粒定向排列的HA溶胶； 步骤三HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的成型(1) 用质量百分比浓度为2%醋酸溶液配制10mg/ml的I型胶原溶液；(2) 按PVP:胶原溶质的质量比为1:1的比例将PVPK90加入到上述(1) 的胶原溶液中充分混合后得到胶原/PVP的共混液；(3) 将步骤二的HA与上述(2)的胶原/PVP的共混液混合并采用高速 分散机以5000转/分的速度分散得到HA/胶原/PVP的混合液，其中步骤三(2) 的胶原/PVP共混液的溶质:HA溶胶的质量比为4:1;(4) 在上述(3)的HA/胶原/PVP的混合液中加入聚丙三醇三縮水甘油 醚溶液在常温下搅拌交联24h，按质量百分比计聚丙三醇三縮水甘油醚交联 剂含量为0.5%;(5) 将上述(4)的HA/胶原/PVP的混合液减压除去气泡后注入模型后， 并置于-65。C的超低温冰箱中冷冻24小时，接着转入冷冻干燥机中冷冻干燥 48小时，即得到HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架；步骤四HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的后处理(1) 首先将HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架用1 mol/L的碳酸氢钠 溶液浸泡3小时，然后再用去离子水浸泡6小时，至少每半小时换一次水；(2) 将清洗后的支架材料放回模型，再次放入-65x:的超低温冰箱中冷冻24小时后，再转入冷冻干燥机中冷冻干燥48小时，最后得到HA/胶原/PVP 半互穿聚合物网络支架。实施例5一种HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方法的制备方法包括以 下步骤及其工艺条件步骤一HA溶胶的制备(1) 以PVP K90同时为模板剂、分散剂、改性剂；(2) 使用去离子水配制含氢氧化钙3mol/L，磷酸氢二钾1. 8mol/L的溶 液，然后将50g PVP K90加入到上述磷酸氢二钾中充分溶解；(3) 采用8000转/分的高速分散机，在氨水控制体系pH值为12条件下， 将上述(1) 、 (2)的物料充分进行混合，形成HA溶胶，使该HA溶胶体系 中钙磷摩尔比达1.7:1，按质量百分比计聚乙烯吡咯烷酮含量为50%;步骤二 HA溶胶的陈化上述HA溶胶在IO(TC的温度下放置，陈化48小时，然后再用去离子水 充分洗涤溶胶得到颗粒定向排列的HA溶胶；步骤三HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的成型(1) 用质量百分比浓度为2%醋酸溶液配制20mg/ml的I型胶原溶液；(2) 按PVP:胶原溶质的质量比为2.5:1的比例将PVP K90加入到上述 (1)的胶原溶液中充分混合后得到胶原/PVP的共混液；(3) 将步骤二的HA溶胶与上述(2)的胶原/PVP的共混液混合并采用 高速分散机以8000转/分的速度分散得到HA/胶原/PVP的混合液，其中步骤 三(2)的胶原/PVP共混液的溶质:HA溶胶的质量比为9:l;(4) 在上述(3)的HA/胶原/PVP的混合液中加入l一乙基一3— (3-二甲基氨丙基)碳二亚胺与N—羟基琥珀酰亚胺质量比为4:1的混合交联剂， 在常温下搅拌交联12h，按质量百分比计该混合交联剂含量为1%;(5)将上述(4)的HA/胶原/PVP的混合液减压除去气泡后注入模型后， 并置于-8(TC的超低温冰箱中冷冻24小时，接着转入冷冻干燥机中冷冻干燥 48小时，即得到HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架；步骤四HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的后处理(1) 首先将HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架用0. 05mol/L的磷酸氢 二钠溶液浸泡3小时，然后再用去离子水浸泡6小时，并每半小时换一次水；(2) 将清洗后的支架材料放回模型，再次放入-8(TC的超低温冰箱中冷 冻24小时后，再转入冷冻干燥机中冷冻干燥48小时，最后得到HA/胶原/PVP 半互穿聚合物网络支架。
权利要求
1、HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤及其工艺条件步骤一HA即纳米羟基磷灰石溶胶的制备(1)以PVP即聚乙烯吡咯烷酮同时为模板剂、分散剂和改性剂；(2)配制0.01～3mol/L的钙盐和0.006～1.8mol/L的磷酸盐溶液或配制0.01～3mol/L的钙盐溶液和0.006～1.8mol/L的磷酸；(3)采用高速分散机，在碱液控制体系中，将上述(1)、(2)的物料充分进行混合，形成HA溶胶；该溶胶体系中钙磷摩尔比达1.6～1.7∶1，按质量百分比计PVP含量为0.01～50％；步骤二HA溶胶的陈化上述溶胶在20～100℃的温度下陈化至少24小时，然后用去离子水充分洗涤溶胶得到颗粒定向排列的HA溶胶；步骤三HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的成型(1)用醋酸溶液配制3mg/ml～20mg/ml的胶原溶液；(2)按PVP∶胶原溶质的质量比为0.1～2.5∶1的比例，将PVP加入到上述(1)的胶原溶液中，充分混合后得到胶原/PVP的共混液；(3)将步骤二的HA溶胶与上述(2)的胶原/PVP的共混液混合并采用高速分散机分散得到HA/胶原/PVP的混合液，其中上述(2)的胶原/PVP共混液的溶质∶HA溶胶的质量比为0.1～9∶1；(4)在上述(3)的HA/胶原/PVP的混合液中加入胶原交联剂在常温下搅拌交联至少12h，按质量百分比计胶原交联剂含量为0.01～1％；(5)将上述(4)的HA/胶原/PVP的混合液减压除去气泡后注入模型，并置于超低温冰箱中冷冻至少24小时，接着转入冷冻干燥机中冷冻干燥至少24小时，即得到HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架；步骤四HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的后处理(1)首先将HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架用碱液或缓冲溶液浸泡1～3小时，然后再用去离子水浸泡至少6小时，并至少每半小时换一次水；(2)将清洗后的支架材料放回模型，再次放入超低温冰箱中冷冻至少24小时后，再转入冷冻干燥机中冷冻干燥至少24小时，最后得到HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架。
2、 根据权利要求1所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方 法，其特征在于步骤一 (3)所述的物料混合，PVP的加入有以下两种方式， 择一使用(1) 将PVP加入到钙盐溶液或磷酸盐溶液或磷酸中，或加入到钙盐和磷 酸盐或磷酸的混合溶液中；(2) 先配制PVP水溶液，再用PVP水溶液配制钙盐和磷酸盐或磷酸溶液。
3、 根据权利要求1或2所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制 备方法，其特征在于所述钙盐为硝酸钙或氢氧化钙；磷酸盐采用磷酸氢二 铵、磷酸氢二钠或磷酸氢二钾。
4、 根据权利要求1所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方 法，其特征在于步骤二所述陈化有以下两种方式，择一使用(1) 将纳米羟基磷灰石溶胶自然放置陈化；(2) 将纳米羟基磷灰石溶胶移入加热蒸发回流装置陈化。
5、 根据权利要求1所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方 法，其特征在于所述碱液控制体系pH值大于10.5;所述碱液为氨水、氢 氧化钠或氢氧化钾溶液。
6、 根据权利要求1所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方 法，其特征在于所述缓冲溶液为磷酸氢二钠或碳酸氢钠溶液。
7、 根据权利要求1所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方 法，其特征在于所述高速分散机的速度范围为100 8000转/分。
8、 根据权利要求1所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方 法，其特征在于所述所采用PVP的类型为K15、 K30、 K60或K90;所述胶 原为I型胶原。
9、 根据权利要求1所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方 法，其特征在于所述超低温冰箱中冷冻的温度范围为-5°C -80°C。
10、 根据权利要求1所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备 方法，其特征在于所述胶原交联剂为戊二醛或聚縮水甘油醚或聚乙二醇或 1 —乙基一3—(3 — 二甲基氨丙基)碳二亚胺和N—羟基琥珀酰亚胺的混合物，当使用l一乙基一3— (3 — 二甲基氨丙基)碳二亚胺和N—羟基琥珀酰亚胺的 混合交联剂时，l一乙基一3— (3 — 二甲基氨丙基)碳二亚胺与N—羟基琥珀 酰亚胺的质量比为4:1。
11、根据权利要求10所述的HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备 方法，其特征在于所述聚縮水甘油醚是指聚乙二醇双縮水甘油醚或聚丙三 醇三縮水甘油醚。
全文摘要
本发明公开了一种HA/胶原/PVP半互穿聚合物网络支架的制备方法。该法首先在碱液控制体系中充分混合，形成PVP含量为0.01～50％(质量)的溶胶体系；经陈化洗涤得HA溶胶，再与PVP∶胶原溶质的质量比为0.1～2.5∶1的共混液混合，所得共混液的溶质∶HA溶胶质量比为0.1～9∶1的混合液投入高速分散机混合交联；注入模具经后处理得到支架。本法制备的HA在胶原/PVP的半互穿聚合物网络基体中均匀分散并与基体形成有效键合且呈现定向排列，从而在结构和功能上实现纳米羟基磷灰石与基体的有效复合，也有效地解决了胶原材料本身存在的问题。本法工艺简单，操作简捷，易于推广应用。
文档编号A61L27/00GK101612419SQ20091014626
公开日2009年12月30日 申请日期2009年6月19日 优先权日2008年7月31日
发明者宁成云, 尹兆益, 王迎军, 谭帼馨 申请人:华南理工大学;广州南枫生物科技有限公司
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