[發明專利]高強度多級微納結構硅基骨修復支架材料、其制備方法及應用

有效

• 申請號: 201310723815.8
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN104368047B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 劉昌勝;袁媛;唐為;林丹;牛浩一
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: A61L27/56
• 分類號: A61L27/56;A61L27/10;A61L27/02;A61L27/54;A61L27/50
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳靜

本發明涉及高強度多級微納結構硅基骨修復支架材料、其制備方法及應用。本發明以介孔硅基干凝膠為基質，加入介孔氧化硅微球增強劑，制備出具有優異力學性能的多級結構支架材料。本發明所制備的硅基骨修復支架材料兼具高度連通的200?500μm、微米級大孔和2?22nm納米介孔，孔隙率高達60～90%，且力學性能可達10MPa。本發明的多級微納結構硅基骨修復支架材料可以用作骨組織工程支架和藥物緩釋載體等。

技術領域

本發明屬于材料科學及醫學領域；更具體地，本發明涉及一種高力學強度、多級結構的硅基復合骨修復支架材料及其制備方法和應用。

背景技術

疾病、創傷、人口老齡化及自然災害等均可導致人體骨組織損傷，臨床上對骨修復材料需求巨大。而作為黃金法則的自體骨移植手術由于其來源受限和對患者二次手術痛苦使其遠遠無法滿足現狀。異體骨移植手術也存在生物安全隱患問題，可能對患者留下終生免疫排斥反應和帶來未知疾病。因此，人工制備骨修復材料在臨床上受到了越來越多的關注。

由于具有良好的生物活性、生物降解性和生物相容性，硅基材料，如生物活性玻璃等，被廣泛用作骨組織修復材料。特別是介孔生物玻璃體系，高的比表面積和孔體積使其表現出更佳的生物礦化、生物降解和藥物/蛋白的控釋能力，從而在體內外具有更好的成骨性能(Science,2002;295:1014-1017)。為了進一步滿足成骨過程營養物質、代謝物產物的交換以及血管、組織的長入的需要、促進成骨活性，研究者模擬天然骨的結構構建出具有大孔和微孔多級結構支架材料，有效地改善了材料的體內外成骨活性。然而，由于材料本身的特點，兼具微米大孔和介孔的多級結構支架材料在以下方面存在顯著缺陷：①脆性大，生物力學性能差，②成型難，可塑性差，③材料降解快、導致體系pH升高［Microporous.MesoporousMaterials143(2011)311–319,Acta Biomaterialia7(2011)2644–2650］。因此，在保持/改善微米-納米多級孔結構硅基骨修復支架材料優點的同時，提高支架材料的力學強度是該領域目前面臨的最大挑戰。

目前，制備多孔支架的常用方法主要有三類：①硬模板法：NaCl顆粒、PMMA/PS微球，無法得到理想連通大孔是限制其運用的關鍵問題，②3D打印技術，可精確控制大孔結構和形貌，但成型過程須復合一定比例高分子添加劑， 在一定程度上影響其介孔結構和生物學性能，③聚氨酯泡沫法，盡管過程經濟易操作并可得到高連通孔隙率的多孔結構，但采用目前多次浸漬-擠壓-熱處理制備的支架力學性能不佳、孔均勻性較差，這直接影響其使用效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高力學強度、多級結構的硅基復合骨修復支架材料及其制備方法和應用。

在本發明的第一方面，提供一種具有微米-納米多級孔結構的硅基骨修復支架材料，所述的支架材料中具有200-500μm微米級大孔和2-22nm納米介孔，所述的支架材料包括：

介孔硅基干凝膠材料100重量份；和

介孔氧化硅微球5-40重量份。

在一個優選例中，所述的硅基骨修復支架材料基本上由介孔硅基干凝膠材料100重量份和介孔氧化硅微球5-40重量份組成。

在另一優選例中，所述的支架材料如下制備：

(1)將介孔硅基干凝膠材料100重量份和介孔氧化硅微球5-40重量份(較佳地為5-30重量份，更佳地為5-20重量份)混合；

(2)將(1)的混合物以0.3-0.8g/1cm³(即1cm³海綿澆注0.3-0.8g；更佳地如0.7g/1cm³、0.6g/1cm³、0.5g/1cm³)的質量體積比澆注在聚氨酯海綿上，陳化、烘干、煅燒、得到所述支架材料。