阅读说明：本技术 一种高强度复合引导组织骨再生材料的制备方法 (A kind of preparation method of high-strength composite guidance Tissue bone regeneration material ) 是由 陈小强 于 2019-08-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高强度复合引导组织骨再生材料的制备方法,属于骨再生材料技术领域。本发明将聚乳酸和羟基乙酸聚合,采用静电纺丝技术制备基体纤维,将胶原涂覆于基体纤维上,并通过3D打印技术与胶原纤维束加工成骨再生材料,具有良好的机械强度,人动脉平滑肌细胞能够很好的粘附在该材料上,并沿着胶原纤维束方向生长；胶原蛋白是动物结缔组织重要的蛋白质,结缔组织除了含60～70%的水分外,胶原蛋白占了约20～30%,因为有高含量的胶原蛋白,结缔组织具有了一定的结构与机械力学性质,如张力强度、拉力、弹力等以达到支撑、保护的功能；胶原纤维束是胶原纤维在疏松结缔组织中排列成束,彼此交织吻合,纤维束常有分支,纤维具有韧性,抗牵引力强。(The present invention relates to a kind of preparation methods of high-strength composite guidance Tissue bone regeneration material, belong to bone-regeneration material technical field.Polylactic acid and hydroxyacetic acid polymerize by the present invention, matrix fiber is prepared using electrostatic spinning technique, collagen is coated on matrix fiber, and bone-regeneration material is processed by 3D printing technique and collagenous fiber bundle, with good mechanical strength, Human Arterial Smooth Muscle Cells can be good at adherency on the material, and grow along collagenous fiber bundle direction；Collagen is the important protein of animal connective tissue; connective tissue is other than containing 60~70% moisture; collagen accounts for about 20~30%; because there is the collagen of high-content; connective tissue is provided with certain structure and mechanical properties, such as tensile strength, pulling force, elastic force to reach the function of support, protection；Collagenous fiber bundle is that collagenous fibres arrange bunchy in loose connective tissue, is interlaced with one another identical, fibre bundle Chang You branch, and fiber has toughness, and anti-tractive force is strong.)

一种高强度复合引导组织骨再生材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高强度复合引导组织骨再生材料的制备方法，属于骨再生材料技术领域。

背景技术

在口腔医学领域，牙周病、根尖病变、创伤等原因造成牙周组织的缺损，拔牙后剩余牙槽嵴的吸收，以及在种植义齿修复时骨量不足等原因均会造成牙齿支撑组织缺损。目前这些问题主要通过能够在缺损部位增加骨量或改善骨质量的引导组织再生术（GTR）或引导骨组织再生术（GBR）来进行治疗。这一治疗技术中，GTR膜和GBR支架材料是关键因素，直接影响到最终的修复效果。在过去的几十年里，用于GTR/GBR的材料发生了很大的变化，已从生物稳定性、永久型替代物向生物可吸收性、暂时性替代物过渡，并逐步成为临床应用上的主要趋势。可吸收性GTR膜和GBR支架材料的应用，避免了二次手术取出问题，节省了手术的时间和花费，减少了因手术而引起的并发症，因此成为目前口腔骨缺损修复材料研究的重点。

GTR/GBR的生理学理论和临床应用是针对骨再生过程的特点而产生和完善的。当骨缺损发生时，由于不同组织细胞向缺损内生长、迁移的速度不一样，缺损部位将首先被来自周围的***所充填，形成软组织“夹垫”，而这种“夹垫”的存在将延迟骨组织的愈合过程。应用GTR/GBR技术，首先机械性地阻碍了上述软组织进入骨缺损部位，保持骨缺损部位有一相对稳定的再生环境。骨缺损处的新骨形成主要是由位于骨膜发生层的成骨细胞来承担，此时膜材料成为了骨端骨膜再生的支架，引导具有成骨性的细胞粘附并向缺损区域迁移。所填充在骨缺损处的支架材料不仅起到支持作用，能够保持原有组织的形状，而且还起到模板作用，为骨细胞提供赖以寄宿、生长、分化和增殖的场所，从而实现引导骨再生和控制再生组织的结构的目的。此外，支架材料在体内的降解过程中可不断溶解出钙、磷离子，促进矿化沉积过程，缩短骨折愈合时间。

目前研究和临床应用的GTR/GBR膜的种类很多，按生物降解性能分为可吸收膜和不可吸收膜两大类。不可吸收膜首先被用于引导组织再生，这类材料具有很强的生物惰性，性质稳定，不与组织发生反应，但因其不能被组织吸收，需要在植入人体后4~6周后进行二次手术取出，增加了创伤的机会，因而难以被患者接受，临床治疗效果也不理想，因此逐渐被可吸收膜所取代。可吸收性膜材料具有生物相容性好、无抗原干扰、无需第二次手术取出、降解时间可以调控、可直接参与组织修复以及固有的网状结构可引导细胞生长等特点，成为较为理想的骨引导再生膜材料。理想的GTR/GBR膜应当具备以下特点：

（1）良好的生物相容性和与组织再生匹配的降解速率；

（2）良好的通透性，发挥阻隔作用的同时还能保证营养物质的供应和组织新陈代谢的进行；（3）适宜的力学强度和临床可操作性；

（4）能够缓慢释放活性物质促进新骨形成。从材料学角度上讲，单一的材料和单一的结构是无法同时满足上述各项要求的，因此临床现有的引导组织再生膜材料均采用了多层复合结构。

目前临床所用的主要是以胶原或人工高分子为主要材料的可吸收膜。胶原膜具有以下优点：

（1）它是***的主要成分，参与组织代谢；

（2）对成纤维细胞有较高的诱导性；

（3）有抑制上皮细胞移动的特性；

（4）弱抗原性；

（5）有止血作用。目前应用较多的是猪皮胶原膜，由于胶原多经纯化处理，一般不易引起排斥反应。此外，胶原膜一般在植入体内8周后逐渐被机体吸收，免去二次手术之苦。实验证实，将胶原膜用于鼠上颔骨缺损的引导骨再生修复，不仅可以起到阻隔纤维组织的作用，还能够促进骨的再生并参与诱导成骨分化。

骨组织有很强的再生能力，当骨组织发生断裂或缺损时，首先在受损区形成血肿，进而转变为肉芽，纤维组织机化，形成纤维软骨，随着矿物质沉积的进行和血管的长入，成骨细胞也随之长入，合成胶原纤维并重整新生的骨组织，最终完成整个再生过程。能否完全愈合与受损区的间隙大小有关，如果间隙过大，成骨细胞难以爬过间隙而不能发生正常的愈合过程，仅由纤维组织充填，这种情况下骨折或骨缺损将难以愈合，需要使用支架材料进行充填以协助骨愈合的完成。

根据材料来源的不同，可以将骨再生支架材料分为自体骨、同种异体骨、异种骨、脱钙骨基质和人工合成骨等。异体骨在体内有可能引发排异反应；自体骨符合骨组织修复的要求，但是有限的来源使其不能广泛应用于临床；而人工合成骨，如磷酸三钙等，由于材料本身的特性，很难满足承载细胞所需要的结构，这些材料难以满足临床修复的需要。随着组织工程学的快速发展，应用组织工程学原理进行骨修复，已成为目前研究的热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有骨再生材料机械强度差的问题，提供了一种高强度复合引导组织骨再生材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）将乳酸和羟基乙酸混合均匀，进行抽真空处理，即得混合物，将混合物进行搅拌并降温处理，即得反应物A，在反应物A中加入氯化亚锡，继续搅拌30～40min，即得混合物A，将混合物A进行抽真空反应处理，冷却至室温，即得前驱体物料；

（2）按体积比7∶3将四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺混合均匀，即得混合溶液，按质量比1∶5将前驱体物料和混合溶液混合均匀后，过滤即得纺丝液，将纺丝液进行静电纺丝处理，即得基体纤维；

（3）将基体纤维浸泡在质量分数为2%高碘酸钠溶液中，避光搅拌处理，过滤即得沉淀，用去离子水洗涤沉淀3～5次，即得洗涤沉淀，将洗涤沉淀浸泡在质量分数为1%丙三醇溶液中1～2h后，取出并浸泡在去离子水中20～24h，脱水，即得预处理基体纤维；将预处理基体纤维浸泡在质量分数为80%胶原蛋白溶液中，浸泡处理，过滤即得滤渣，将滤渣置于温度为80～90℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温即得半成品，将半成品置于去离子水中浸泡1天，脱水，即得改性基体纤维；

（4）取改性基体纤维、聚丙烯酰胺、去离子水、胶原纤维束，将改性基体纤维、聚丙烯酰胺、去离子水混合，在搅拌速度为200～300r/min下搅拌10～20min，即得混合浆料，在混合浆料中加入胶原纤维束，继续搅拌20～25min，即得基体浆料，将基体浆料进行打印处理，即得高强度复合引导组织骨再生材料。

步骤（1）所述的抽真空处理步骤为：按质量比9∶1将乳酸和羟基乙酸混合均匀，在压力为4000～4500Pa下抽真空5～10min。

步骤（1）所述的搅拌并降温处理步骤为：将混合物在温度为60～65℃，搅拌速度为500～600r/min下搅拌1～2h，即得反应物，将反应物降温至25～27℃，通入氮气5～10min。

步骤（1）所述的氯化亚锡和反应物A的质量比为1∶5。

步骤（1）所述的抽真空反应步骤为：将混合物A抽真空至400～450Pa，温度为65～70℃下反应8～10h。

步骤（2）所述的静电纺丝处理：将纺丝液在电压为18～20kV，矩形钢板作为接收装置，针头与钢板的接收距离为20～25cm的条件下进行静电纺丝。

步骤（3）所述的避光搅拌处理步骤为：按质量比1∶3将基体纤维浸泡在质量分数为2%高碘酸钠溶液中，在温度为40～50℃，搅拌速度为200～300r/min下避光搅拌30～50min。

步骤（3）所述的浸泡处理步骤为：将预处理基体纤维浸泡在质量分数为80%胶原蛋白溶液中，在温度为50～60℃下搅拌浸泡1～2h。

步骤（4）所述的改性基体纤维、聚丙烯酰胺、去离子水、胶原纤维束之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取30～40份改性基体纤维、50～60份聚丙烯酰胺、80～100份去离子水、20～30份胶原纤维束。

步骤（4）所述的打印处理步骤为：将基体浆料在温度为20～25℃，平台温度为37～39℃气压为0.11～0.14MPa，速度为8～10mm/s，打印填充间距为0.8～0.9mm，打印层厚为0.28～0.30mm下打印。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明将聚乳酸和羟基乙酸聚合，采用静电纺丝技术制备基体纤维，将胶原涂覆于基体纤维上，并通过3D打印技术与胶原纤维束加工成骨再生材料，具有良好的机械强度，人动脉平滑肌细胞能够很好的粘附在该材料上，并沿着胶原纤维束方向生长；胶原蛋白是动物***重要的蛋白质，***除了含60～70%的水分外，胶原蛋白占了约20～30%，因为有高含量的胶原蛋白，***具有了一定的结构与机械力学性质，如张力强度、拉力、弹力等以达到支撑、保护的功能；胶原纤维束是胶原纤维在疏松***中排列成束，彼此交织吻合，纤维束常有分支，纤维具有韧性，抗牵引力强；

（2）本发明中聚乳酸和羟基乙酸聚合得到的共聚物是一种可以生物降解的高分子材料，具有优良的机械性能、生物相容性和生物降解性能且降解速度可控，共聚物在人体内被降解为乳酸和轻乙酸，然后通过新陈代谢产生二氧化碳和水，从而排出体外，对人体无毒副作用；

（3）本发明中胶原具有很好的生物相容性和可生物降解性，生物相容性是指胶原与宿主细胞及组织之间或者与细胞周围的基质间具有良好的相互作用，具有相互影响的协调性，并且胶原能成为细胞与组织的一部分，共同发挥正常的生理功能；将胶原蛋白采用3D打印技术涂覆至基体纤维上，使基体纤维具有良好的生物相容性；

（4）本发明中3D打印技术作为一种新型数字化成型技术，与临床计算机断层扫描、磁共振成像等结合，利用计算机辅助设计个性化植入物，实现对孔隙结构的精准控制，设计出与患者骨缺损区域几乎完全相同的骨再生材料，有利于提高植入材料的生物相容性；经过胶原涂覆的基体树脂具有良好的机械强度，基体树脂和胶原纤维束混合，胶原纤维素分布在基体纤维上，在负载作用下，跨越裂纹的胶原纤维网络可能阻止裂纹扩大及传播，使受力部位裂隙发生偏斜产生大量基质裂纹，裂纹越多产生的基质碎片及断裂面也就越多，能吸收更多的能量，为骨再生材料提供一定强度。

具体实施方式

按质量比9∶1将乳酸和羟基乙酸混合均匀，在压力为4000～4500Pa下抽真空5～10min，即得混合物，将混合物在温度为60～65℃，搅拌速度为500～600r/min下搅拌1～2h，即得反应物，将反应物降温至25～27℃，通入氮气5～10min，即得反应物A，按质量比1∶5在反应物A中加入氯化亚锡，继续搅拌30～40min，即得混合物A，将混合物A抽真空至400～450Pa，温度为65～70℃下反应8～10h，冷却至室温，即得前驱体物料；按体积比7∶3将四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺混合均匀，即得混合溶液，按质量比1∶5将前驱体物料和混合溶液混合均匀后，过滤即得纺丝液，将纺丝液在电压为18～20kV，矩形钢板作为接收装置，针头与钢板的接收距离为20～25cm的条件下进行静电纺丝，即得基体纤维；按质量比1∶3将基体纤维浸泡在质量分数为2%高碘酸钠溶液中，在温度为40～50℃，搅拌速度为200～300r/min下避光搅拌30～50min，过滤即得沉淀，用去离子水洗涤沉淀3～5次，即得洗涤沉淀，将洗涤沉淀浸泡在质量分数为1%丙三醇溶液中1～2h后，取出并浸泡在去离子水中20～24h，脱水，即得预处理基体纤维；将预处理基体纤维浸泡在质量分数为80%胶原蛋白溶液中，在温度为50～60℃下搅拌浸泡1～2h，过滤即得滤渣，将滤渣置于温度为80～90℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温即得半成品，将半成品置于去离子水中浸泡1天，脱水，即得改性基体纤维；按重量份数计，分别称取30～40份改性基体纤维、50～60份聚丙烯酰胺、80～100份去离子水、20～30份胶原纤维束，将改性基体纤维、聚丙烯酰胺、去离子水混合，在搅拌速度为200～300r/min下搅拌10～20min，即得混合浆料，在混合浆料中加入胶原纤维束，继续搅拌20～25min，即得基体浆料，将基体浆料在温度为20～25℃，平台温度为37～39℃气压为0.11～0.14MPa，速度为8～10mm/s，打印填充间距为0.8～0.9mm，打印层厚为0.28～0.30mm下打印，即得高强度复合引导组织骨再生材料。

实施例1

按质量比9∶1将乳酸和羟基乙酸混合均匀，在压力为4000Pa下抽真空5min，即得混合物，将混合物在温度为60℃，搅拌速度为500r/min下搅拌1h，即得反应物，将反应物降温至25℃，通入氮气5min，即得反应物A，按质量比1∶5在反应物A中加入氯化亚锡，继续搅拌30min，即得混合物A，将混合物A抽真空至400Pa，温度为65℃下反应8h，冷却至室温，即得前驱体物料；按体积比7∶3将四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺混合均匀，即得混合溶液，按质量比1∶5将前驱体物料和混合溶液混合均匀后，过滤即得纺丝液，将纺丝液在电压为18kV，矩形钢板作为接收装置，针头与钢板的接收距离为20cm的条件下进行静电纺丝，即得基体纤维；按质量比1∶3将基体纤维浸泡在质量分数为2%高碘酸钠溶液中，在温度为40℃，搅拌速度为200r/min下避光搅拌30min，过滤即得沉淀，用去离子水洗涤沉淀3次，即得洗涤沉淀，将洗涤沉淀浸泡在质量分数为1%丙三醇溶液中1h后，取出并浸泡在去离子水中20h，脱水，即得预处理基体纤维；将预处理基体纤维浸泡在质量分数为80%胶原蛋白溶液中，在温度为50℃下搅拌浸泡1h，过滤即得滤渣，将滤渣置于温度为80℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温即得半成品，将半成品置于去离子水中浸泡1天，脱水，即得改性基体纤维；按重量份数计，分别称取30份改性基体纤维、50份聚丙烯酰胺、80份去离子水、20份胶原纤维束，将改性基体纤维、聚丙烯酰胺、去离子水混合，在搅拌速度为200r/min下搅拌10min，即得混合浆料，在混合浆料中加入胶原纤维束，继续搅拌20min，即得基体浆料，将基体浆料在温度为20℃，平台温度为37℃气压为0.11MPa，速度为8mm/s，打印填充间距为0.8mm，打印层厚为0.28mm下打印，即得高强度复合引导组织骨再生材料。

实施例2

按质量比9∶1将乳酸和羟基乙酸混合均匀，在压力为4250Pa下抽真空8min，即得混合物，将混合物在温度为62℃，搅拌速度为550r/min下搅拌1h，即得反应物，将反应物降温至26℃，通入氮气8min，即得反应物A，按质量比1∶5在反应物A中加入氯化亚锡，继续搅拌35min，即得混合物A，将混合物A抽真空至425Pa，温度为68℃下反应9h，冷却至室温，即得前驱体物料；按体积比7∶3将四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺混合均匀，即得混合溶液，按质量比1∶5将前驱体物料和混合溶液混合均匀后，过滤即得纺丝液，将纺丝液在电压为19kV，矩形钢板作为接收装置，针头与钢板的接收距离为22cm的条件下进行静电纺丝，即得基体纤维；按质量比1∶3将基体纤维浸泡在质量分数为2%高碘酸钠溶液中，在温度为45℃，搅拌速度为250r/min下避光搅拌40min，过滤即得沉淀，用去离子水洗涤沉淀4次，即得洗涤沉淀，将洗涤沉淀浸泡在质量分数为1%丙三醇溶液中1h后，取出并浸泡在去离子水中22h，脱水，即得预处理基体纤维；将预处理基体纤维浸泡在质量分数为80%胶原蛋白溶液中，在温度为55℃下搅拌浸泡1h，过滤即得滤渣，将滤渣置于温度为85℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温即得半成品，将半成品置于去离子水中浸泡1天，脱水，即得改性基体纤维；按重量份数计，分别称取35份改性基体纤维、55份聚丙烯酰胺、90份去离子水、25份胶原纤维束，将改性基体纤维、聚丙烯酰胺、去离子水混合，在搅拌速度为250r/min下搅拌15min，即得混合浆料，在混合浆料中加入胶原纤维束，继续搅拌22min，即得基体浆料，将基体浆料在温度为22℃，平台温度为38℃气压为0.12MPa，速度为9mm/s，打印填充间距为0.8mm，打印层厚为0.29mm下打印，即得高强度复合引导组织骨再生材料。

实施例3

按质量比9∶1将乳酸和羟基乙酸混合均匀，在压力为4500Pa下抽真空10min，即得混合物，将混合物在温度为65℃，搅拌速度为600r/min下搅拌2h，即得反应物，将反应物降温至27℃，通入氮气10min，即得反应物A，按质量比1∶5在反应物A中加入氯化亚锡，继续搅拌40min，即得混合物A，将混合物A抽真空至450Pa，温度为70℃下反应10h，冷却至室温，即得前驱体物料；按体积比7∶3将四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺混合均匀，即得混合溶液，按质量比1∶5将前驱体物料和混合溶液混合均匀后，过滤即得纺丝液，将纺丝液在电压为20kV，矩形钢板作为接收装置，针头与钢板的接收距离为25cm的条件下进行静电纺丝，即得基体纤维；按质量比1∶3将基体纤维浸泡在质量分数为2%高碘酸钠溶液中，在温度为50℃，搅拌速度为300r/min下避光搅拌50min，过滤即得沉淀，用去离子水洗涤沉淀5次，即得洗涤沉淀，将洗涤沉淀浸泡在质量分数为1%丙三醇溶液中2h后，取出并浸泡在去离子水中24h，脱水，即得预处理基体纤维；将预处理基体纤维浸泡在质量分数为80%胶原蛋白溶液中，在温度为60℃下搅拌浸泡2h，过滤即得滤渣，将滤渣置于温度为90℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温即得半成品，将半成品置于去离子水中浸泡1天，脱水，即得改性基体纤维；按重量份数计，分别称取40份改性基体纤维、60份聚丙烯酰胺、100份去离子水、30份胶原纤维束，将改性基体纤维、聚丙烯酰胺、去离子水混合，在搅拌速度为300r/min下搅拌20min，即得混合浆料，在混合浆料中加入胶原纤维束，继续搅拌25min，即得基体浆料，将基体浆料在温度为25℃，平台温度为39℃气压为0.14MPa，速度为10mm/s，打印填充间距为0.9mm，打印层厚为0.30mm下打印，即得高强度复合引导组织骨再生材料。

对照例：东莞某公司生产的复合引导组织骨再生材料。

将实施例及对照例制备得到的复合引导组织骨再生材料进行检测，具体检测如下：

孔隙率：将每组4个圆柱形支架切割成直径为6.0mm、髙度为2.5mm的圆柱状样品，按ISO15901-1：2005标准，测试中设置的接触角为130°，平衡时间为30s，利用压汞仪测试材料的孔隙率。

力学性能：采用台式电子万能试验机测试烧结后材料的抗压强度，测试速度为0.5mm/min，每种材料均选取3个样品进行测试。

具体测试结果如表1。

表1性能表征对比表

检测项目	实施例1	实施例2	实施例3	对照例
					孔隙率/%	75.1	75.0	76.5	50.8
抗压强度/MPa	15.6	17.9	16.0	3.3

由表1可知，本发明制备的复合引导组织骨再生材料具有良好的机械强度和孔隙率。