胶原改性的生物活性玻璃_聚己内酯多孔骨修复材料的制备

ＢＧ／ＰＣＬ 多 孔 复 合 材 料 是 通 过 溶 液 浇 铸－粒 子 沥滤法制 备 。 ［１４－１５］ 将 ＰＣＬ 溶 于 ＨＦＩＰ 中 搅 拌 ２４ｈ 至均匀，然后将设计量 的 ＢＧ 粉 体 倒 入 溶 液 中 超 声 处理 ２ｈ，待 搅 拌 至 均 匀，将 ９ 倍 于 溶 液 中 溶 质 （ＰＣＬ、ＢＧ、 胶 原 ）质 量 的 氯 化 钠 颗 粒 （３５５～ ６００μｍ）加入到 溶 液 中，搅 拌 １ 天 后，将 已 经 配 制 好的胶原溶液（ＨＦＩＰ 为 溶 剂）加 入 到 该 溶 液 中，进 一步搅拌至均匀。然后将浆料迅速倒入聚四氟乙烯 模具中成型 为 柱 状 体，并 置 于 －８０ ℃ 冰 箱 （Ｊｏｕａｎ ８５０，法国 ）中 存 放，将 其 置 于 冷 冻 干 燥 机 （ＬＧＪ０ ５－Ⅱ，北京）中冻干，再 置 于 蒸 馏 水 中 将 氯 化 钠 颗 粒 溶解完全，待 氯 化 钠 溶 解 后 将 多 孔 体 置 于 低 温 冰 箱中 经 二 次 冷 冻 干 燥 后 得ＰＣＬ／ＢＧ多 孔 材 料 成 品 。
ＰＣＬ 多 孔 复 合 支 架［５］ 等。 生 物 活 性 玻 璃 （ＢＧ）／ ＰＣＬ 复合材料 因 其 同 时 具 有 良 好 的 骨 修 复 特 性 及 优良的塑 性 加 工 性 能 而 在 骨 修 复 材 料 领 域 备 受 关 注［６－９］。ＰＣＬ 多孔复合支 架 的 制 备 已 经 得 到 广 泛 研 究，然而，ＢＧ／ＰＣＬ 复合支 架 材 料 在 应 用 于 骨 修 复 及骨组 织 工 程 支 架 时 也 表 现 出 明 显 的 不 足。Ｒｉｃｈ 等 的 ［６］ 研究表明，在 ＢＧ／ＰＣＬ 多孔支架的制备过程
３．Ｔｈｅ Ｆｉｒｓｔ Ａｆｆｉｌｉａｔｅｄ Ｈｏｓｐｉｔａｌ ｏｆ Ｗｅｎｚｈｏｕ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｗｅｎｚｈｏｕ ３２５０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂｉｏａｃｔｉｖｅ ｇｌａｓｓ（ＢＧ）／ｐｏｌｙ（ε －ｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）（ＰＣＬ）ｐｏｒｏｕｓ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｙ ｃｏｌｌａｇｅｎ ｆｏｒ ｂｏｎｅ ｒｅｐａｉｒｉｎｇ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓ－ｌｅａｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｓｏｌｖｅｎｔ－ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｒｏｕｓ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｐｏｒｅ－ｗａｌｌ，ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｃｔｉｖｉｔｙ，ｉｏｎｉｃ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｐＨ ｖａｌｕｅｓ ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ＳＥＭ，ＦＴＩＲ，ＸＲＤ，ｐｌａｓｍａ ａｔｏｍｉｃ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｅ ａｎｄ ｐＨ ｍｅｔｅｒ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｏｌｌｌａｇｅｎ ｏｎ ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｓｐｅｃｉｆｉｃ－ｇｒａｖｉｔｙ ａｎｄ ｗｅｉｇｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｃｏｌｌａｇｅｎ ｃａｎ ｂｅ ｓｕｃｃｅｓｆｕｌｌｙ ａｄｈｅｒｅｄ ｏｎｔｏ ｔｈｅ ｐｏｒｅ ｗａｌｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｄｅｇｒａｄａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＢＧ／ＰＣＬ ａｒｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｐｏｒｏｓｉｔｙ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒａｔｅ ａｒｅ ａｓ ｈｉｇｈ ａｓ ９６．４００％ ± ０．０１８％ ａｎｄ １３．６５±１．６５，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｃｏｌｌａｇｅｎ；ｂｉｏａｃｔｉｖｅ ｇｌａｓｓ；ｐｏｌｙ（ε－ｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）；ｍｏｄｉｆｉｅｄ；ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ；ｄｅｇｒａｄａｂｉｌｉｔｙ
本文作者根据 胶 原 和 ＰＣＬ 在 有 机 溶 液 中 的 黏 度 差 异 性 ，结 合 粒 子 沥 滤 －溶 液 浇 铸 法 制 备 了 胶 原 改 性的 ＢＧ／ＰＣＬ高孔隙率复合材料。讨论了胶原含量 对 多 孔 材 料 的 矿 化 活 性 、孔 隙 率 及 吸 水 倍 率 的 影 响 ， 以期克服传统的 ＰＣＬ 多孔材料亲水性差、矿化活性 差等缺点，这种新型的复合材料作为骨组 织 修 复 材 料和骨组织工程支架材料具有重要的应用前景。
Ｓａｍｐｌｅ
Ｇ（ａ）
Ｇ（ｂ）
Ｇ（ｃ）
Ｇ（ｄ）
Ｃｏｌｌａｇｅｎ∶ＰＣＬ
（ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ）
０∶１
０．１∶１ ０．３∶１ ０．５∶１
１．３ 体 外 模 拟 矿 化 实 验 模拟体 液 （ＳＢＦ）配 制：ＮａＣｌ、ＮａＨＣＯ３、ＫＣｌ、
Ｋ２ＨＰＯ４·３ＨＯ２、 ＭｇＣｌ２·６ＨＯ２、 无 水 ＣａＣｌ２、 Ｎａ２ＳＯ４、三羟基氨 基 甲 烷 （ＴＲＩＳ）等 溶 解 于 去 离 子 水中配制，在 ３７ ℃ 用 １ｍｏｌ／Ｌ 的 ＨＣｌ调 节 ｐＨ 值 到７．２５。 将 制 备 的 多 孔 材 料 在 酒 精 中 超 声 清 洗 ５ｍｉｎ，晾干后浸 泡 于 盛 有 ＳＢＦ 的 塑 料 瓶 中，材 料 质量与 ＳＢＦ 体 积 比 为 ３ｍｇ／２ｍＬ，分 别 浸 泡 １２ｈ、 １ 天 、３ 天 、５ 天 、１０ 天 ，取 出 后 用 去 离 子 水 反 复 清 洗材料再冷冻干燥。 １．４ 结 构 表 征 与 性 能 测 试
１ 实 验 部 分
１．１ 试 剂 Ι型胶原（１２ｇ／Ｌ），上 海 其 胜 生 物 技 术 有 限 公
司；聚己内酯（Ｍｒ＝８．０×１０４），济 南 岱 罡 生 物 科 技 有限 公 司；溶 胶－凝 胶 法 生 物 活 性 玻 璃 粉 体 ５８Ｓ （ＳｉＯ２ 质 量 分 数 ５８％，ＣａＯ 质 量 分 数 ３３％，Ｐ２Ｏ５ 质量 分 数 ９％）［１２］，平 均 粒 度 １０μｍ；模 拟 体 液 （ＳＢＦ），本 实 验 室 制 备 ［１３］；六 氟 异 丙 醇 （ＨＦＩＰ），杜 邦化工。 １．２ ＢＧ／ＰＣＬ 多孔支架材料的制备
在 过 去 几 十 年 中，无 机／有 机 复 合 材 料 在 生 物 医学领域得到了长足发展。由于其综合了无机相组 分 的 高 生 物 活 性 和 有 机 相 组 分 优 良 的 加 工 特 性 ，有
效克服了单纯无机相或有机相作为组织修复材料存 在的 缺 陷 。 ［１－２］ 如 壳 聚 糖 （ＣＳ）／聚 己 内 酯 （ＰＣＬ）－聚 乳酸 （ＰＬＡ）三 维 多 孔 复 合 支 架 、 ［３］ 羟 基 磷 灰 石 （ＨＡ）／ＰＣＬ－ＣＳ 复 合 材 料 、 ［４］ 经 ＣＳ 颗 粒 改 性 的
罗 小 刚 ，等 ：胶 原 改 性 的 生 物 活 性 玻 璃／聚 己 内 酯 多 孔 骨 修 复 材 料 的 制 备
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中，基体中的 ＢＧ 颗 粒 被 高 疏 水 性、低 降 解 速 度 的 ＰＣＬ 包裹（包括材料孔壁表面的 ＢＧ 颗粒），厚度达 １μｍ。此包 裹 层 严 重 限 制 了 复 合 材 料 中 具 有 高 生 物活性和矿化特性的 ＢＧ 颗 粒 在 模 拟 体 液 （ＳＢＦ）中 或生物体内钙、硅等 生 物 活 性 离 子 的 释 放，削 弱 了 该 复 合 材 料 的 成 骨 活 性 。 同 时 ，孔 隙 率 和 吸 水 倍 率 作为组织修复材料或组织工程支架材料的两项重要 参 数 ，对 材 料 在 生 物 体 内 的 生 物 学 和 力 学 性 能 有 重 要影响 。 ［１０－１１］ 因此，改善 ＢＧ／ＰＣＬ 多孔材料孔壁的 亲水性，削 弱 ＢＧ 颗 粒 表 面 的 ＰＣＬ 层 厚 度 或 加 速 ＰＣＬ 基 相 的 降 解 速 度，将 有 望 提 高 ＢＧ／ＰＣＬ 复 合 材料的成骨活性。
复合材料学报 犃犮狋犪犕犪狋犲狉犻犪犲犆狅犿狆狅狊犻狋犪犲犛犻狀犻犮犪
文 章 编 号 ：１０００－３８５１（２０１１）０６－００９８－０６
第２８卷 第６期 １２月 ２０１１年 Ｖｏｌ．２８ Ｎｏ．６ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０１１
胶原改性的生物活性玻璃／聚己内酯 多孔骨修复材料的制备
罗 小 刚１，２，陈 晓 峰 ＊１，２，李 玉 莉１，２，沈 德 勇１，２，胡 庆１，２，林 才１，２，３
（１．国家人体组织功能重建工程技术研究中心，广州 ５１０６０６４０； ３．温州医学院附属第一医院，温州 ３２５０００）
摘 要： 结合粒子沥滤－溶剂挥发法，制备以胶原作为孔壁修饰 体 的 生 物 活 性 玻 璃 （ＢＧ）／聚 己 内 酯 （ＰＣＬ）多 孔 骨 修复复合材料。用 ＳＥＭ、ＦＴＩＲ、ＸＲＤ、等离子 体 原 子 发 射 光 谱 仪 和 ｐＨ 计 等 对 材 料 的 多 孔 及 孔 壁 形 貌、矿 化 活 性、矿化溶液中离子浓度、ｐＨ 值变化等进行了分析，采用比 重 法 和 称 重 法 研 究 了 胶 原 对 多 孔 材 料 的 孔 隙 率 和 吸 水倍率的影响。结果表明：胶原蛋白成功的黏附到了 多 孔 材 料 的 孔 壁 ，有 效 改 善 了 ＢＧ／ＰＣＬ 复 合 材 料 的 亲 水 性、 矿 化 活 性 和 降 解 性 能 ，其 孔 隙 率 和 吸 水 倍 率 分 别 高 达 ９６．４００％ ±０．０１８％ 和 １３．６５±１．６５。 关 键 词 ： 胶 原 ；生 物 活 性 玻 璃 ；聚 己 内 酯 ；修 饰 ；矿 化 ；降 解 中 图 分 类 号 ： ＴＢ３３２ 文 献 标 志 码 ： Ａ
收 到 初 稿 日 期 ：２０１０－１１－２４；收 到 修 改 稿 日 期 ：２０１１－０３－０１；网 络 出 版 时 间 ：２０１１－０７－２０ １４：２３：００ 网 络 出 版 地 址 ：ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．１８０１．ＴＢ．２０１１０７２０．１４２３．０３１．ｈｔｍｌ ＤＯＩ：ＣＮＫＩ：１１－１８０１／ＴＢ．２０１１０７２０．１４２３．０３１ 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 （５１０７２０５５；５０８３０１０１；５０７３２００３）；浙 江 省 自 然 科 学 基 金 （Ｙ４０７２４１） 通讯作者：陈晓峰，教授，主要从事骨修复用生物医学材料的结构设计和开发方面的研究 Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｘｆ＠ｓｃｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ