[发明专利]一种基于纳米羟基磷灰石的生物活性材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明的技术涉及羟基磷灰石纳米粒子的改性，具体来说就是一种提高聚合物在纳米羟基磷灰石表面的接枝率，改善其在聚合物基质中的分散性和稳定性的制备方法。

技术背景：

高分子聚合物材料由于比重小、比强度大、电绝缘性能好、易于加工成型等优良性能被广泛运用于工业、农业、交通运输、建筑、医疗卫生等方面。但是采用单一聚合物制备的材料由于自身性质缺陷往往难以满足某些特殊场合的使用要求。例如，聚己内酯(PCL)、聚丙交酯(PLA)和聚乙交酯(PGA)等脂肪族聚酯类是具有极好的生物相容性、生物可降解性、低细胞毒副作用的聚合物。在临床医疗中被广泛制作成各种生物可降解材料，如手术缝合线、骨损修复材料等。但采用其制备的聚合物材料具有亲水性低、机械强度差、细胞黏附性弱、降解后酸性产物易引起体内炎症反应，不利于骨细胞生长等缺点而大大限制了材料的使用范围。因此，人们通常采用的方法是制备成无机/有机复合材料，将无机物的刚性、硬度与聚合物的韧性和耐冲击性结合起来。使制备的无机/有机复合材料具有优良的机械性能和使用性能。

羟基磷灰石(HAP)的化学结构式为Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，与人体硬组织中的无机成分相似，是组成人和脊椎动物骨骼的主要无机成分。由于具有良好的生物相容性和骨传导性，能够与骨骼直接形成键性结合并且引导骨的生长，被作为一种极佳的生物材料广泛运用于临床骨修复手术中。但是，羟基磷灰石在生理环境下自身具有性质脆、机械强度低、抗疲劳性差、容易开裂等缺陷导致只能承载较低的负荷，限制了在较大负荷下骨修复或骨替代的应用。因此，将其制备成羟基磷灰石/有机物复合材料的方法被采用。采用该方法制备出的材料一方面可结合聚合物材料的韧性，满足骨植入替代材料的机械强度要求；另一方面能中和其酸性降解产物、延缓材料早期降解，提高材料骨结合能力和生物相容性。同时，羟基磷灰石的骨诱导性可提供良好的骨细胞生长环境，多孔结构则为细胞生长、组织再生及血管化提供条件，从而更加符合骨组织工程材料的生物学要求。

但是，作为一种无机刚性纳米粒子，纳米羟基磷灰石粒子具有很高的比表面能，粒子与粒子之间存在很强的相互作用力，且其表面羟基极易形成氢键导致纳米粒子凝并，团聚，形成二次粒子。因此，在制备纳米羟基磷灰石/有机物复合材料时，往往很难使其均匀分散在聚合物基体中，且纳米粒子与聚合物基体之间存在明显的相分离现象，这对制备的复合材料的机械性能有极大的影响，也是纳米复合材料制备中普遍存在并亟待解决的关键问题之一。

基于此目的，人们运用了许多方法来对羟基磷灰石粒子进行表面改性，如：硅烷偶联剂、聚酸、聚乙二醇、异氰酸酯、十二烷基醇和焦磷酸(H₄P₂O₇)等来处理其表面，通过在羟基磷灰石粒子表面接枝有机化合物分子来改变其的表面性质，从而达到提高纳米羟基磷灰石粒子与聚合物基体之间界面结合力的目的。但是，由于羟基磷灰石粒子表面的活性羟基数量很少，并且羟基的活性低，在上述的改性方法当中，接枝到纳米粒子表面的有机物的数量是很少的。换言之制备的纳米复合材料机械性能也不能被控制好而很难满足不同场合的使用要求。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于纳米羟基磷灰石的生物活性材料及其制备方法。

本发明的目的是通过如下方式实现的：

1.一种基于纳米羟基磷灰石的生物活性材料，结构通式如下：

式中HAP为纳米羟基磷灰石；

X代表卤素原子；

R_X1、R_X2为键接上的引发剂引发聚合后残留的基团；

R₁为烯类单体均聚或共聚合后的烯类单体的重复结构单元；

P₁为酯类环状单体、氨基酸-N-羰基环内酸酐类单体、吗啉二酮衍生物开环聚合而成的共聚或均聚物。

一种基于纳米羟基磷灰石的生物活性材料的制备方法，按如下步骤进行：

1)在纳米羟基磷灰石表面羟基上化学键接引发剂；

2)在接枝在纳米羟基磷灰石表面的引发剂上通过原子转移自由基聚合引发烯类单体聚合，做为纳米羟基磷灰石表面的官能团；

3)利用接枝在纳米羟基磷灰石表面的官能团能继续引发酯类环状单体、氨基酸-N-羰基环内酸酐类单体、吗啉二酮衍生物聚合，得到一种基于纳米羟基磷灰石的生物活性材料。