[发明专利]一种锶掺纳米羟基磷灰石微球/壳聚糖水凝胶及制备方法

说明书

本发明公开了一种锶掺纳米羟基磷灰石微球/壳聚糖水凝胶及制备方法，采用微波辅助水热法合成羟基磷灰石微球备用。采用KOH/尿素水溶液与壳聚糖制成壳聚糖凝胶。将壳聚糖凝胶与羟基磷灰石微球以(0.05～0.2g)：10mL的固液比混合，磁力搅拌机搅拌1h，得到均匀乳白色的复合水凝胶，即得锶掺纳米羟基磷灰石微球/壳聚糖水凝胶复合材料。采用本发明及配方制得的水凝胶有效提高了传统掺锶材料的成骨效果，制备工艺及方法简单，可注射性好。利用MTT法评价锶掺纳米羟基磷灰石微球/壳聚糖水凝胶的细胞毒性，结果细胞在不同含锶量的纳米羟基磷灰石微球/壳聚糖水凝胶浸提液培养条件下，其细胞相对增殖率在92.6％～103.1％，细胞毒性评级为0级或1级，安全性明显提升。

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，公开了一种锶掺纳米羟基磷灰石微球/壳聚糖水凝胶的制备方法以及采用该制备方法制得的锶掺纳米羟基磷灰石微球/壳聚糖水凝胶。

背景技术

羟基磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH₂)作为人体骨骼中最常见的磷酸钙盐，是人体骨骼和牙齿的主要无机成分。羟基磷灰石与骨骼中矿物相的化学成分类似，具有优异的生物相容性、骨传导性和骨诱导性。羟基磷灰石的化学结构允许其掺杂一些离子以增强组织工程应用相关的物理化学及生物特性。骨骼中含有包括硅(Si)、锌(Zn)、铈(Ce)和锶(Sr)在内的多种微量元素，这些元素多骨细胞的代谢调控具有明显的生物学效应。将这些元素掺杂到羟基磷灰石晶格中可以促进植入材料的骨重建效果。

锶作为人体的一种必需微量元素，在元素周期表中与钙同族，与钙的元素性质相似，生理功能也与骨骼形成密切相关，且体内99％的锶(36～140mg/kg)均沉积在股骨、腰椎以及髂骨等部位。锶已经证明具有很强的亲和力来诱导成骨细胞活性，刺激成骨细胞增殖和分化，掺锶材料在骨表面能够吸附更多蛋白质并且增强细胞对材料的附着力，在细胞培养时添加锶，发现锶对于骨胶原的合成具有很好的作用。锶能够稳定羟基磷灰石的结构，抑制细菌酸对材料的降解作用。

壳聚糖又称脱乙酰甲壳素，是甲壳素脱乙酰化后得到的天然多糖，由随机分布的β-1，4-葡糖胺和N-乙酰-葡糖胺组成。甲壳素广泛存在于甲壳类动物(主要是虾蟹)、昆虫、真菌等生物中，是自然界储量仅次于纤维素的天然多糖；但由于结构复杂，不溶于水，萃取难度高，甲壳素的研究和应用受到严重限制。壳聚糖是甲壳素最主要的衍生物，目前主要由化学法或生物法(酶或发酵)脱乙酰化获得。除了具有良好的生物相容性和生物降解性之外，壳聚糖还具有抗菌、抗肿瘤和抗氧化等多种生物活性。其抗菌作用主要与分子量相关，低分子量壳聚糖可穿透细菌细胞膜与DNA结合，抑制DNA转录和mRNA合成；高分子量壳聚糖则可结合到细菌细胞膜负电物质上，改变膜通透性并阻断养分运输。壳聚糖还可增加白介素(interleukin，IL)1和2分泌，促进T淋巴细胞成熟和浸润，起到抗肿瘤作用，并可直接诱导肿瘤细胞凋亡。壳聚糖的抗氧化机制可能是其吡喃环上的氨基、羟基与不稳定自由基发生反应，进而形成稳定的自由基。

但通过大量的研究表明，锶单独使用在短期会达到一定良好效果，但随着锶浓度在修复部位到达极值，将失去效果，并产生一定的细胞毒性。将锶掺在骨修复材料中，减慢锶释放的速率，以防短时间内锶释放过多产生细胞毒性，同时可以提高材料的机械性能、增强细胞的增殖以及黏附性，从而达到更好的成骨效果。目前主流的掺锶骨修复材料主要有掺锶磷酸钙骨水泥、掺锶磷酸钙生物陶瓷纳米掺锶羟基磷灰石/聚乙烯醇/明胶复合水凝胶、掺锶TiO₂纳米管涂层种植体等。

掺锶磷酸钙骨水泥具有良好的生物相容性和骨传导性，与骨接触更密切，骨结合强度更高。但掺锶骨水泥为纯无机材料，其浆体在注射过程中容易发生固液分离现象，导致可注射性较差，抗压强度不够，不利于临床应用。且由于其注射性较差，对技术掌握要求较高，不能随意塑性。