[发明专利]取向多孔的天然高分子/磷酸钙盐复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种取向多孔的天然高分子/磷酸钙盐复合材料的制备方法，属于医学材料技术领域。

背景技术

理想的骨替代材料应该是在组成上接近真实骨的有机/无机复合材料，还必须具备多孔结构，包括必要的孔隙率（大于75%）和孔径尺寸（100微米到500微米，在这个范围内越大越好），并且尽量模拟真实骨的孔洞结构和力学性能。天然骨是一种各向异性的复合材料，具有优异的力学性能，其成分为胶原和羟基磷灰石的复合材料。以小梁骨为例，其径向的抗压强度大约在10MPa左右，纵向的抗压强度在5MPa左右；径向的抗压模量在100MPa左右，纵向的抗压模量在50MPa左右。天然高分子有着无毒，生物相容性好，且体内可以生物降解的特性；磷酸钙盐和天然骨中羟基磷灰石的成分类似，并且有可以转化为羟基磷灰石的性质，所以天然高分子/磷酸钙盐复合材料与天然骨的成分十分类似。目前，已经发展出了很多种制备多孔复合材料的方法，这些方法通常有如下不足：1、步骤比较复杂，往往是先制备好复合材料，然后运用一些制孔技术在复合材料上制造孔洞；2、孔洞结构通常没有特定的取向，得到的多孔复合材料的力学性能一般难以满足真实骨的力学性能，不能用在承重部位的骨移植。

因此，发展一种取向多孔的复合材料的制备方法在骨组织工程领域有着非常重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种取向多孔的天然高分子/磷酸钙盐复合材料的制备方法。该方法过程简单，容易操作。

为解决上述技术问题，本发明制备方法包括以下步骤：

在pH≤7的水溶液中溶解天然高分子、可溶性钙盐、交联剂、可溶性磷酸盐或磷酸，然后放置，得到水凝胶；

在水凝胶表面倾倒碱性水溶液，保持温度在-4～4℃，让碱性水溶液向下渗透，得到取向多孔的天然高分子/磷酸钙盐复合材料；

将得到的天然高分子/磷酸钙盐复合材料用纯净水反复清洗至淋洗液pH=7，然后干燥脱水。

由于存在水洗阶段，加入的原材料中，没有反应掉的组分可以在水洗阶段洗掉，所以对四种原材料的比例没有严格的要求。当所用的四种原材料比例使得产物中磷酸钙盐占天然高分子/磷酸钙盐的总质量的30%～70%时，基本可以满足骨替代材料所需的力学强度；

进一步地，当所用的四种原材料比例使得产物中磷酸钙盐占天然高分子/磷酸钙盐的总质量的50%～60%时，此多孔复合材料的力学性能最为优异，成分上有机/无机的比例也最接近天然骨成分的有机/无机比例。

所述天然高分子可为胶原、明胶、壳聚糖、甲壳素、丝胶、丝素和琼脂糖中的一种或其任意组合。

所述可溶性钙盐可为钙金属的硝酸盐、硫酸盐、碳酸氢盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、氯化物中的一种或其任意组合。

所述可溶性磷酸盐可为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸铵、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸钠、聚磷酸钠、焦磷酸钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸钾、聚磷酸钾、焦磷酸钾、磷酸二氢钙和磷酸氢钙中的一种或其任意组合。

所述交联剂可为戊二醛、京尼平或其混合物。

所述碱性水溶液可为氨水、氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液中的一种或其任意组合。

所述干燥脱水的方法可以如下：室温下自然干燥或者在低于300℃的烘箱中常压干燥。

本发明方法是通过碱性溶液向天然高分子凝胶扩散，造成碱性环境，促使钙磷盐前驱离子在天然高分子凝胶中原位沉淀，同时天然高分子随着碱性溶液的扩散，自发收缩，形成取向性孔洞结构，这种制备方法中复合材料制备和孔洞形成一步完成，因而具有简单经济、能耗低、操作方便和便于实现规模化生产的优点。

本发明方法制备的取向性孔洞结构的天然高分子/磷酸钙盐多孔复合材料中磷酸钙盐和天然高分子的质量分数可调。

本发明方法制备的天然高分子/磷酸钙盐多孔复合材料，在无机/有机成分组成上与天然骨的组成相似，其孔隙率高达85%，孔径尺寸在200微米到500微米之间，力学性能佳，满足理想骨替代材料的各项要求。其中材料的取向性孔洞结构，赋予材料各项异性的特性，与天然小梁骨极其类似。

与现有技术比较，本发明方法具有以下有益效果：

1、工艺简单，工艺参数较易控制，有工业生产的前景；

2、制备的天然高分子/磷酸钙盐多孔复合材料的孔隙率和孔洞尺寸均满足理想骨替代材料的各项要求；

3、制备的天然高分子/磷酸钙盐多孔复合材料的力学性能大大优于其他制孔方法，优于天然小梁骨的力学参数。

附图说明

图1为实施例1中制得的壳聚糖/羟基磷灰石多孔复合材料的扫描电镜图。