[发明专利]一种用于骨修复的有机-无机复合凝胶材料及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于高分子材料领域，更具体涉及一种用于骨修复的有机无机复合凝胶材料及其制备方法。

背景技术

 骨骼是人体的支架，担负着支持、保护、承重、造血、贮钙、代谢等功能，是人体重要的组织器官。尽管骨组织具有一定的再生和自我修复能力，但临床上由于肿瘤、外伤、感染和先天性发育不良等造成的大面积骨缺损，以及由于人均寿命增加导致的骨质疏松，超过了骨组织的自我修复能力，需要采用外科手术进行骨移植治疗。目前临床上使用较多的骨移植替代物主要有自体骨、同种异体骨和异种异体骨。自体骨以其良好的骨诱导性、骨传导性、生物相容性成为治疗骨缺损的最佳手段，但其来源十分有限，且供体区会引发很多并发症，如供区的损伤、疼痛、感染和血肿。而对于同种异体和异种异体骨移植来说，又有免疫反应和携带疾病的风险。因此，大部分骨修复需要使用具有和自体骨同等功能的人工材料。

随着材料科学和组织工程学的迅速发展，采用人工合成骨替代材料修复骨缺损已经成为材料学和医学的研究重点。早期研究的典型材料有金属材料和无机材料，按照Hench LL的分类标准，分别归属于第一代生物惰性材料和第二代生物活性材料。尽管在早期的临床应用中，金属材料以其良好的机械强度和耐疲劳性能，成为首选的骨植入材料，但由于重金属离子具有毒性、材料易被腐蚀，且植入骨与自体骨之间存在着应力遮挡效应，易造成骨质疏松，不利于骨修复的实现。而第二代的的生物陶瓷和生物玻璃材料，包括羟基磷灰石、β-磷酸钙、氧化铝陶瓷和Bioglass                                               等，具有优良的生物活性和生物相容性，能够在材料界面与人体骨形成化学键合，从而诱导更迅速的骨修复与再生。但是这类材料的脆性大、弹性模量低、断裂韧性和机械强度较低，且降解速度与新生骨组织的生长速度不匹配，这些缺点在一定程度上限制了其应用范围。相比之下，高分子材料具有较高的拉伸强度、抗弯强度和弹性，在力学性能上能够弥补无机材料的缺陷。其中，合成高分子材料，如PLA、PGA、PEG、PCL等，具有很好的生物可降解性和组织相容性，天然高分子材料，如丝素蛋白、壳聚糖、胶原蛋白、海藻酸钠等，已被许多研究证明具有良好的细胞相容性和低的抗原性，且降解产物安全，可作为细胞外基质被人体吸收。但由于高分子材料缺乏无机材料所具备的优良的生物活性，在植入体内后无法与机体骨组织形成良好的化学键合，因此，将高分子材料与无机材料进行复合，制备一种兼具无机材料生物活性和高分子材料弹性及生物降解性的复合材料，使其应用于医疗修复领域，具有重要的研究价值和深远的社会经济意义。

Hench LL等采用熔融法制备的SiO₂-P₂O₅-Na₂O-CaO生物玻璃45S5以及后期采用溶胶-凝胶法制备的SiO₂-CaO-P₂O₅生物玻璃70S30C、58S等材料均具备很好的生物活性，在植入体内后能够迅速地与机体骨组织形成化学键合，这些材料已在齿科修复中得到了很好的应用。但由于材料在制备过程中需要升温到600℃或以上，材料的脆性较大，无法用于承重骨的修复。而高温又限制了其与有机高分子的复合，因此以前关于生物玻璃与有机高分子复合材料的研究报道多采用物理共混的方法，高分子材料无法与无机材料实现分子水平的均一共混，对材料的性能改善有限。

发明内容

 为了解决上述问题，本发明提供了一种用于骨修复的有机-无机复合凝胶材料及其制备方法，该复合材料将具有生物相容性和生物可降解性的高分子链穿插于SiO₂无机网络结构中，形成半互穿结构，不仅实现了两者在分子水平的良好共混，同时又改善了材料的力学性能，提高了材料的生物活性，在骨缺损修复领域具有重要的发展潜力。

本发明是通过如下技术方案实施的：

一种用于骨修复的有机-无机复合凝胶材料，该复合材料中有机材料的组成为合成高分子或天然高分子，无机材料的组成为SiO₂、CaO、P₂O₅，其中无机材料三者的摩尔分数分别为：50-80%、10-40%、1-10%；有机材料与无机材料的质量比为：0.1~1：1。

所述有机材料中的合成高分子可为聚丙交酯、聚谷氨酸、聚乙二醇、聚己丙酰胺中的任意一种或几种；所述的天然高分子可为壳聚糖、胶原蛋白、丝素蛋白、海藻酸钠中的任意一种或几种。