[发明专利]一种改性聚乙烯醇水凝胶材料及专用模具、制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具备致密/多孔层状仿生结构的改性聚乙烯醇水凝胶软骨/骨修复材料及其制备方法，属于生物医用材料领域。

背景技术

聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，简称PVA)是一类由聚醋酸乙烯酯部分或者完全水解而成的水溶性聚合物。聚乙烯醇水凝胶的化学组成和独特的空间三维结构，使其具有独特的物理和生物性能，如很好的溶胀性、高含水率、良好的粘弹性、柔软以及良好的生物相容性等，使其和人体组织很接近，因此被广泛应用在生物医学材料领域，在伤口敷料、眼角接触镜、组织工程支架、人造皮肤、药物缓释、生物感应器、人工关节软骨和半月板置换等方面得到了广泛的应用。然而聚乙烯醇作为生物材料仍有一定缺点，如缺乏生物活性，细胞粘附性差，在特定应用领域无法达到所要求的机械强度、低摩擦性等，因而限制了聚乙烯醇应用范围的进步扩展。

生物活性钙磷粉体主要有磷酸三钙、羟基磷灰石和生物活性玻璃等。生物活性玻璃是表面活性材料，具有良好的生物相容性和骨修复特性，能与人体骨或软组织形成生理结合。生物活性玻璃一般含有CaO-SiO₂-P₂O₅，部分含有MgO、K₂O、Na₂O、Al₂O₃、B₂O₃、TiO₂等，玻璃网络由硅氧四面体或磷氧四面体构成。磷酸三钙(Ca₃(PO₄)₂,TCP)是众多磷酸盐中的一种生物陶瓷材料，具有优良的生物相容性、生物活性以及生物降解性，是一种非常理想，临床应用前景十分诱人的人体硬组织缺损修复和替代材料。当磷酸钙陶瓷材料被植入体内时，在生物环境下能发生不同程度的降解，被部分或者全部吸收。

工程塑料是一类具有高强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。当前应用在医用材料的工程塑料有聚甲醛、尼龙、聚苯醚、聚醚醚酮等。尼龙(聚酰胺)是分子主链上含有重复酰胺基团—[NHCO]—的热塑性树脂总称，包括脂肪族聚酰胺和芳香族聚酰胺。尼龙具有良好的力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，易于加工。聚醚醚酮(PEEK)是一种高强度的特种功能材料，半结晶热塑性工程塑料。具有良好的耐蠕变性能，这种性能有利于材料在长时间内受压力的情况下不会因此而发生非常明显的形变。其高力学强度主要来源于其结晶度和晶体结构。并且聚醚醚酮具有比聚四氟乙烯更好的耐磨减摩性能。

现有技术如常规共混致孔剂法、模板法、气体成孔法制备的材料存在孔洞结构不合适、孔洞连通率低、无机粉体的团聚现象及多层材料间界面问题等缺陷。

发明内容

本发明目的之一在于克服现有技术存在的孔洞结构不合适、孔洞连通率低及多层材料间界面问题等缺陷，提供一种具备致密/多孔层状仿生结构的改性聚乙烯醇水凝胶软骨/骨修复材料，同时提供该材料的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种制备改性聚乙烯醇水凝胶材料的专用模具，所述模具的腔体内设有过滤网，过滤网将腔体分为上下腔体，下腔体的底部设有出气口，上腔体内装有可溶性的致孔剂，致孔剂上部预留有储液空腔。

一种改性聚乙烯醇水凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备悬浮液Ⅰ和Ⅱ

悬浮液Ⅰ的制备：对微纳米级的生物活性钙磷粉体进行超声分散，然后加入聚乙烯醇溶液中，搅拌共混均匀并除去气泡，制得悬浮液Ⅰ；

悬浮液Ⅱ的制备：将工程塑料加入聚乙烯醇溶液中，搅拌共混均匀并除去气泡，制得悬浮液Ⅱ；

(2)将悬浮液Ⅰ注入权利要求1的专用模具中，在模具出气口处抽真空直到所有悬浮液Ⅰ刚好浸过致孔剂；再加入悬浮液Ⅱ，对模具加压，制得目的材料前体Ⅰ；

(3)将上述目的材料前体Ⅰ在-80～-20℃条件下进行冷冻处理10～16小时，然后取出在室温下解冻处理5～12小时，经冷冻-解冻循环5～11次，再利用γ射线辐射进一步成型，得到目的材料前体Ⅱ；

(4)将目的材料前体Ⅱ从模具中取出，在去离子水中进行多次的透析和洗涤，除去有机溶剂，即制得目的材料。

步骤(1)所述聚乙烯醇溶液的制备：将聚乙烯醇与80％DMSO或纯去离子水混合，于98～110℃条件下搅拌3h～8h，制得质量浓度为10～20％的聚乙烯醇溶液；