一种高强度生物基多孔支架及其制备方法

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体为一种高强度生物基多孔支架及其制备方法。

背景技术

聚乳酸支架作为常用于骨组织工程支架，其存在强度不足且降解酸性过强会影响周边细胞的生长，且不利于细胞粘附生长，达到的有益效果太过单一，所以对聚乳酸支架进行改性制备，本发明制备的高强度生物基多孔支架在促进细胞生长、增殖的基础上，还具备高韧性，高强度亲水润湿性，当支架降解后，周边骨组织细胞相容更加融洽，相互连接更为紧密，能够承受高强度的外力作用。因此，设计具有促进细胞、骨骼生长和高韧性、高强度亲水润湿性的一种高强度生物基多孔支架是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度生物基多孔支架及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高强度生物基多孔支架及其制备方法，包括以下重量份数的原料：

50～60份聚糖醛酸络合物聚乳酸支架和10～30份改性剂。

优选的，所述改性剂包括氨基丙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚醋酸乙烯酯聚合物。

优选的，所述聚糖醛酸络合物聚乳酸支架是由聚糖醛酸络合物、纤维蛋白纳米珍珠层聚合物和聚乳酸支架混合制备而成。

优选的，所述聚糖醛酸络合物是以果胶为原料，酶解法制备低聚半乳糖醛酸，再和钙离子进行络合，制得聚糖醛酸络合物。

优选的，所述果胶为高酯果胶。

本发明第二方面提供一种高强度生物基多孔支架及其制备方法，包括以下具体步骤：

(1)聚糖醛酸络合物的制备：以果胶为原料，酶解法制备低聚半乳糖醛酸，再和钙离子进行络合，制得聚糖醛酸络合物；

(2)聚糖醛酸络合物聚乳酸支架的制备：将聚糖醛酸络合物、纤维蛋白纳米珍珠层聚合物混合注入聚乳酸支架中，冷冻干燥后制得聚糖醛酸络合物聚乳酸支架；

(3)高强度生物基多孔支架的制备：用氨基丙二醇对聚合物聚糖醛酸络合物聚乳酸支架进行氨解反应，在支架表面将聚乙烯吡咯烷酮和聚醋酸乙烯酯活性自由基聚合，同时用高能粒子撞击后，制得高强度生物基多孔支架。

优选的，所述步骤(1)中：将高酯果胶和去离子水按质量比3:10～3:20在25～30℃下充分混合30～40分钟，加入高酯果胶质量0.1～0.2倍的果胶酶，在40～50℃下保温1.5～2小时，在90～100℃下水浴30～40分钟终止酶反应，冷却至室温，再加入高酯果胶质量0.1～0.2倍的果胶酶，在40～50℃下保温10～15小时，在90～100℃下水浴30～40分钟终止酶反应，冷却至室温，加入质量分数为5～20％氯化钙溶液，将所得混合液经过滤后，冷冻干燥，制得聚糖醛酸络合物。

优选的，所述步骤(2)中：将纤维蛋白层和纳米珍珠层按质量比1:1～1:2混合后，再加入纤维蛋白层质量6～12倍的聚糖醛酸络合物进行混合，得混合液，将混合液与聚乳酸支架按质量比2:3～2:5一起注入模具中，放置在零下10～15℃下进行粗化，再与零下15～20℃冷冻1～2小时，最后放置于冻干机中冻干20～24小时后取出，得聚糖醛酸络合物聚乳酸支架。

优选的，所述步骤(3)中：用氨基丙二醇对聚合物聚糖醛酸络合物聚乳酸支架进行氨解反应，将聚合物聚糖醛酸络合物聚乳酸支架放入浓度为1～2％的氨基丙二醇水溶液里浸渍24～48小时，取出后晾干，在零下4～5℃的冰箱里加水抽提3～4天，每天换水2～3次，取出后放入零下40～50℃冰箱冷冻4～5小时，再放入零下50～60℃的冷冻干燥机中冻干3～4天，取出后得高强度生物基多孔支架。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

本发明制备高强度生物基多孔支架中加入聚糖醛酸络合物，再和聚乳酸支架合成后得聚糖醛酸络合物聚乳酸支架，根据聚糖醛酸络合物不断降解产生碱性物质能够中和聚乳酸降解物的酸性，形成适合细胞生长的中性或偏碱性环境，且降解速度不会受影响，经过钙离子络合的聚糖醛酸由柔性线性大分子改变为刚性棒状大分子，增强了支架的坚挺性，且支架后期降解，钙离子脱落，进入骨组织中，能够促进骨骼生成；将纤维蛋白层和纳米珍珠层混合，冷冻干燥后制成聚合物，将其聚合物再与聚糖醛酸络合物聚乳酸支架合成，纤维蛋白层具有良好的生物相容性，与纳米珍珠层混合制成聚合物后能促进骨折区域细胞的增殖和分化，当其与聚糖醛酸络合物聚乳酸支架合成后还能够吸附周边细胞在支架表面粘附、增殖和分化，更快的促进骨骼生长，后期支架降解掉，骨组织细胞相容更加融洽，相互连接更为紧密，能够承受高强度的外力作用，当聚糖醛酸络合物聚乳酸支架内部酸性分子的浓度增加时，酸催化作用能够加速支架的降解，同时会导致其抗压强度减小，由于聚合物与聚糖醛酸络合物聚乳酸支架合成后，纤维蛋白能够和支架上吸附到的细胞形成纤维网状复合物，这种复合物可以通过纤维蛋白与其他外在细胞直接连接或附着，形成更为大范围密集的网状复合物，增强支架的高韧性。

用氨基丙二醇对聚合物聚糖醛酸络合物聚乳酸支架进行氨解反应，在聚乳酸分子链中引入氨基丙二醇里的氨基和羟基，随着反应的进行，氨解程度增大，分子链的长度逐渐变均一，增强了支架的亲水性，且形成具有三维空间网状结构，能够和聚合物聚糖醛酸络合物聚乳酸支架中的纤维蛋白相互缠绕，增强支架的韧性，提高其抗击打性能，在聚合物聚糖醛酸络合物聚乳酸支架表面将聚乙烯吡咯烷酮和聚醋酸乙烯酯活性自由基聚合，将其聚合物接枝到聚合物聚糖醛酸络合物聚乳酸支架表面，同时用高能粒子撞击，支架里化学键会被打断从而具有很高的反应活性，能够促进周围细胞的生长，且撞击后支架表面的粗糙程度增加，提高了表面张力，有利于其润湿性的提高。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供技术方案：一种高强度生物基多孔支架及其制备方法，包括以下重量份数的原料：

50～60份聚糖醛酸络合物聚乳酸支架和10～30份改性剂。

优选的，所述改性剂由氨基丙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚醋酸乙烯酯聚合物。

优选的，所述聚糖醛酸络合物聚乳酸支架是由聚糖醛酸络合物、纤维蛋白纳米珍珠层聚合物和聚乳酸支架混合制备而成。

优选的，所述聚糖醛酸络合物是以果胶为原料，酶解法制备低聚半乳糖醛酸，再和钙离子进行络合，制得聚糖醛酸络合物。

优选的，所述果胶为高酯果胶。

本发明第二方面提供一种高强度生物基多孔支架及其制备方法，包括以下具体步骤：

(1)聚糖醛酸络合物的制备：以果胶为原料，酶解法制备低聚半乳糖醛酸，再和钙离子进行络合，制得聚糖醛酸络合物；

(2)聚糖醛酸络合物聚乳酸支架的制备：将聚糖醛酸络合物、纤维蛋白纳米珍珠层聚合物混合注入聚乳酸支架中，冷冻干燥后制得聚糖醛酸络合物聚乳酸支架；

(3)高强度生物基多孔支架的制备：用氨基丙二醇对聚合物聚糖醛酸络合物聚乳酸支架进行氨解反应，在支架表面将聚乙烯吡咯烷酮和聚醋酸乙烯酯活性自由基聚合，同时用高能粒子撞击后，制得高强度生物基多孔支架。

优选的，所述步骤(1)中：将高酯果胶和去离子水按质量比3:10～3:20在25～30℃下充分混合30～40分钟，加入高酯果胶质量0.1～0.2倍的果胶酶，在40～50℃下保温1.5～2小时，在90～100℃下水浴30～40分钟终止酶反应，冷却至室温，再加入高酯果胶质量0.1～0.2倍的果胶酶，在40～50℃下保温10～15小时，在90～100℃下水浴30～40分钟终止酶反应，冷却至室温，加入质量分数为5～20％氯化钙溶液，将所得混合液经过滤后，冷冻干燥，制得聚糖醛酸络合物。

优选的，所述步骤(2)中：将纤维蛋白层和纳米珍珠层按质量比1:1～1:2混合后，再加入纤维蛋白层质量6～12倍的聚糖醛酸络合物进行混合，得混合液，将混合液与聚乳酸支架按质量比2:3～2:5一起注入模具中，放置在零下10～15℃下进行粗化，再与零下15～20℃冷冻1～2小时，最后放置于冻干机中冻干20～24小时后取出，得聚糖醛酸络合物聚乳酸支架。

优选的，所述步骤(3)中：用氨基丙二醇对聚合物聚糖醛酸络合物聚乳酸支架进行氨解反应，将聚合物聚糖醛酸络合物聚乳酸支架放入浓度为1～2％的氨基丙二醇水溶液里浸渍24～48小时，取出后晾干，在零下4～5℃的冰箱里加水抽提3～4天，每天换水2～3次，取出后放入零下40～50℃冰箱冷冻4～5小时，再放入零下50～60℃的冷冻干燥机中冻干3～4天，取出后得高强度生物基多孔支架。

实施例1：一种高强度生物基多孔支架一

一种高强度生物基多孔支架，包括以下重量份数的原料：

60份聚糖醛酸络合物聚乳酸支架和30份改性剂。

一种高强度生物基多孔支架及其制备方法，包括以下具体步骤：

(1)聚糖醛酸络合物的制备：以果胶为原料，酶解法制备低聚半乳糖醛酸，再和钙离子进行络合，制得聚糖醛酸络合物；

(2)聚糖醛酸络合物聚乳酸支架的制备：将聚糖醛酸络合物、纤维蛋白纳米珍珠层聚合物混合注入聚乳酸支架中，冷冻干燥后制得聚糖醛酸络合物聚乳酸支架；

(3)高强度生物基多孔支架的制备：用氨基丙二醇对聚合物聚糖醛酸络合物聚乳酸支架进行氨解反应，在支架表面将聚乙烯吡咯烷酮和聚醋酸乙烯酯活性自由基聚合，同时用高能粒子撞击后，制得高强度生物基多孔支架。

优选的，所述步骤(1)中：将高酯果胶和去离子水按质量比3:10在25℃下充分混合30～40分钟，加入高酯果胶质量0.1倍的果胶酶，在40℃下保温1.5小时，在90℃下水浴30分钟终止酶反应，冷却至室温，再加入高酯果胶质量0.1倍的果胶酶，在50℃下保温10小时，在90℃下水浴30分钟终止酶反应，冷却至室温，加入质量分数为20％氯化钙溶液，将所得混合液经过滤后，冷冻干燥，制得聚糖醛酸络合物。

优选的，所述步骤(2)中：将纤维蛋白层和纳米珍珠层按质量比1:2混合后，再加入纤维蛋白层质量12倍的聚糖醛酸络合物进行混合，得混合液，将混合液与聚乳酸支架按质量比2:5一起注入模具中，放置在零下15℃下进行粗化，再与零下20℃冷冻2小时，最后放置于冻干机中冻干24小时后取出，得聚糖醛酸络合物聚乳酸支架。

优选的，所述步骤(3)中：所述步骤(3)中：用氨基丙二醇对聚合物聚糖醛酸络合物聚乳酸支架进行氨解反应，将聚合物聚糖醛酸络合物聚乳酸支架放入浓度为2％的氨基丙二醇水溶液里浸渍48小时，取出后晾干，在零下5℃的冰箱里加水抽提4天，每天换水3次，取出后放入零下50℃冰箱冷冻5小时，再放入零下60℃的冷冻干燥机中冻干4天，取出后得高强度生物基多孔支架。

实施例2：一种高强度生物基多孔支架二

一种高强度生物基多孔支架，包括以下重量份数的原料：

50份聚糖醛酸络合物聚乳酸支架和10份改性剂。

一种高强度生物基多孔支架及其制备方法，包括以下具体步骤：

(1)聚糖醛酸络合物的制备：以果胶为原料，酶解法制备低聚半乳糖醛酸，再和钙离子进行络合，制得聚糖醛酸络合物；

(2)聚糖醛酸络合物聚乳酸支架的制备：将聚糖醛酸络合物、纤维蛋白纳米珍珠层聚合物混合注入聚乳酸支架中，冷冻干燥后制得聚糖醛酸络合物聚乳酸支架；

(3)高强度生物基多孔支架的制备：用氨基丙二醇对聚合物聚糖醛酸络合物聚乳酸支架进行氨解反应，在支架表面将聚乙烯吡咯烷酮和聚醋酸乙烯酯活性自由基聚合，同时用高能粒子撞击后，制得高强度生物基多孔支架。

优选的，所述步骤(1)中：将高酯果胶和去离子水按质量比3:20在30℃下充分混合40分钟，加入高酯果胶质量0.2倍的果胶酶，在50℃下保温2小时，在100℃下水浴40分钟终止酶反应，冷却至室温，再加入高酯果胶质量0.2倍的果胶酶，在50℃下保温15小时，在100℃下水浴40分钟终止酶反应，冷却至室温，加入质量分数为5％氯化钙溶液，将所得混合液经过滤后，冷冻干燥，制得聚糖醛酸络合物。

优选的，所述步骤(2)中：将纤维蛋白层和纳米珍珠层按质量比1:1混合后，再加入纤维蛋白层质量6倍的聚糖醛酸络合物进行混合，得混合液，将混合液与聚乳酸支架按质量比2:3一起注入模具中，放置在零下10℃下进行粗化，再与零下15℃冷冻1小时，最后放置于冻干机中冻干20小时后取出，得聚糖醛酸络合物聚乳酸支架。

优选的，所述步骤(3)中：用氨基丙二醇对聚合物聚糖醛酸络合物聚乳酸支架进行氨解反应，将聚合物聚糖醛酸络合物聚乳酸支架放入浓度为1％的氨基丙二醇水溶液里浸渍24小时，取出后晾干，在零下4℃的冰箱里加水抽提3天，每天换水2次，取出后放入零下40℃冰箱冷冻4小时，再放入零下50℃的冷冻干燥机中冻干3天，取出后得高强度生物基多孔支架。

对比例1：

普通支架的制备：将聚乳酸溶解于一定比例的二氧六环水溶液里，待溶液完全透明后，将其浇注玻璃模具中，于-20℃下冷冻1小时，最后于冻干机中冻干24小时后制得普通支架。

对比例2：

对比例2的处方组成同实施例1。该高强度生物基多孔支架的制备方法与实施例1的区别仅在于不进行步骤(1)的制备，其余制备步骤同实施例1。

对比例3：

比例3的处方组成同实施例1。该高强度生物基多孔支架的制备方法与实施例1的区别仅在于不进行步骤(2)的制备，其余制备步骤同实施例1。

试验例1

选取30只相同体态健康的幼崽白鼠，分为组分1、组分2、组分3，分别将实施例1、对比例1、对比例2制备的支架注入各组分白鼠体中，正常喂养20天，观察其骨组织细胞的生长，记录数据如下：

由上述数据可以看出，实施例1制备的支架细胞生长率普遍最高，这是由于纤维蛋白纳米珍珠层聚合物与聚糖醛酸络合物聚乳酸支架合成后，纤维蛋白层具有良好的生物相容性，与纳米珍珠层混合制成聚合物后能促进骨折区域细胞的增殖和分化，当其与聚糖醛酸络合物聚乳酸支架合成后还能够吸附周边细胞在支架表面粘附、增殖和分化，更快的促进骨骼生长。

试验例2

选取实施例1、对比例1、对比例3制备的支架，分别对其进行耐击打测试，常温常压下对各支架做相同的力度敲打，其破损程度如下：

由上述数据可以看出实施例1的破损程度最低，这是在聚乳酸分子链中引入氨基丙二醇里的氨基和羟基，随着反应的进行，氨解程度增大，分子链的长度逐渐变均一，增强了支架的亲水性，且形成具有三维空间网状结构，能够和聚合物聚糖醛酸络合物聚乳酸支架中的纤维蛋白相互缠绕，增强支架的韧性，提高其抗击打性能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。