用于人体牙槽骨重建的可吸收支架的制备与应用

本发明涉及生物医用材料，具体为用于人体牙槽骨重建的可吸收支架的制备与应用。

背景技术：

1、牙槽嵴发育不全、严重牙周病、肿瘤或创伤等原因，会造成的牙槽骨萎缩、牙槽骨缺损等问题，而种植成功的前提就是要保证有足够的牙槽骨量，并且在植骨术后种植体不会被感染，目前临床普遍使用的修复牙槽骨的方法有自体骨移植，异体骨移植和骨组织工程学材料，骨组织工程学材料如聚乳酸、聚d，l-乳酸被认为是具有良好生物相容性和可降解的聚合物，与三磷酸钙、羟基磷灰石混合，作为牙槽骨可吸收支架，为了提高它们的骨传导性，常制备成多孔结构，使得活骨经过一段时间的再生，且生物可吸收支架材料能够降解消失，留下再生的骨骼结构；

2、聚乳酸作为人体牙槽骨重建用可吸收支架基体，具有良好生物相容性和体内降解性，但聚乳酸韧性低、脆性大，限制了其在可吸收支架上的应用；羟基磷灰石是人体骨骼中主要的无机成分，在体内具有良好生物相容性，能够促进骨骼和牙齿的生长，从而加速牙槽骨的修复过程，但纯羟基磷灰石硬度低、脆性大，易发生塌陷，致使修复牙槽骨厚度和牙槽嵴高度方面效果不稳定。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供用于人体牙槽骨重建的可吸收支架的制备与应用：羟基磷灰石和生物活性玻璃混合烧结后，再与锌前驱体溶液和锌氨络合物溶液混合，加热反应，在多孔羟基磷灰石孔道中形成杂乱分布氧化锌纳米线，形成的氧化锌纳米线作为多孔羟基磷灰石的支撑骨架，提高多孔羟基磷灰石的机械强度，避免在咬合力作用下，易坍塌；改性羟基磷灰石、淫羊藿苷和壳聚糖混合，搅拌反应制得，壳聚糖在复合羟基磷灰石表面形成交联网络结构，且改性羟基磷灰具有优异的吸附性能，实现对淫羊藿苷的吸附，增加了淫羊藿苷的缓释时间，发挥淫羊藿苷的做大作用；鱼鳞胶原蛋白与绿原酸反应，绿原酸接枝在鱼鳞胶原蛋白上，增大绿原酸的分子量，避免绿原酸在聚乳酸可吸收支架中迁移析出；丙交酯通过丙烯酸羟乙酯与2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱共聚，再与复合抗菌材料混合，携带有磷酰胆碱基团的聚乳酸含有的酯基、羧基和羟基能够与复合抗菌材料中的羟基、氨基、羧基通过化学键结合，进行相互交联成多孔网状、海绵状结构，进而增强提高可吸收支架基体聚乳酸的机械强度。

2、本发明要解决的技术问题：聚乳酸韧性低、脆性大，限制了其在可吸收支架上的应用；羟基磷灰石是人体骨骼中主要的无机成分，在体内具有良好生物相容性，能够促进骨骼和牙齿的生长，从而加速牙槽骨的修复过程，但纯羟基磷灰石硬度低、脆性大，易发生塌陷，致使修复牙槽骨厚度和牙槽嵴高度方面效果不稳定。

3、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、用于人体牙槽骨重建的可吸收支架的制备方法，包括以下步骤：

5、s1.将α-磷酸三钙、改性聚乳酸、复合羟基磷灰石、纳米氧化镁混合，经球磨三次后，过筛网分离球磨和材料，得到球磨处理的混合料。

6、进一步的，α-磷酸三钙、改性聚乳酸、复合羟基磷灰石、纳米氧化镁质量比为(0.8-1.2):(0.6-0.8):(0.1-0.2):(0.02-0.04)。

7、进一步的，纳米氧化镁的粒径为40-60nm。

8、进一步优选的，纳米氧化镁的粒径为50nm。

9、进一步的，球磨条件：3mm和5mm氧化诰球磨的个数比为4:1，球磨转速为280-320r/min，球磨过程中正转25-35min，中间停止8-12min，反转25-35min。

10、进一步优选的，球磨条件：3mm和5mm氧化诰球磨的个数比为4:1，球磨转速为300r/min，球磨过程中正转30min，中间停止10min，反转30min。

11、进一步的，筛网孔径为6-7mm。

12、s2.将球磨处理的混合料熔融共混，再经压片处理后，冷却至室温，经cad/cam技术进行模型切削、打印，得到可吸收支架。

13、进一步的，压片压力为6-8吨，压片保载时间为0.5-1.5min。

14、进一步优选的，压片压力为7吨，压片保载时间为1min。

15、进一步的，熔融共混温度为150-160℃，熔融共混时间为2-7min，转速为60-70rpm。

16、进一步优选的，熔融共混温度为155℃，熔融共混时间为5min，转速为65rpm。

17、进一步的，cad/cam技术模型设计线径450-550um，孔径为200-300um。

18、进一步的，打印参数：层高0.1mm，填充率100％，打印速率30mm/s，打印温度185℃，平台温度45℃，打印喷头0.1mm。

19、进一步优选的，cad/cam技术模型设计线径500um，孔径为250um。

20、进一步的，复合羟基磷灰石由改性羟基磷灰石、淫羊藿苷和壳聚糖混合，搅拌反应制得，具体由以下步骤制得：

21、将淫羊藿苷加入到无水乙醇中，搅拌均匀，加入壳聚糖和质量分数为2％的乙酸溶液，搅拌均匀，加入改性羟基磷灰石，在搅拌反应30min，4℃下静置6h后，置于-10℃冷冻3h，得到复合羟基磷灰石。

22、其中，壳聚糖与改性羟基磷灰石发生反应，在复合羟基磷灰石表面形成交联网络结构，且改性羟基磷灰石多孔结构具有优异的吸附性能，其孔道中的氧化锌纳米线带正电荷，淫羊藿苷含有大量的羟基结构，显负电，通过吸附作用和静电结合，使得淫羊藿苷嵌入到羟基磷灰石表面的交联网络，实现对淫羊藿苷的吸附，增加了淫羊藿苷的缓释时间，发挥淫羊藿苷的做大作用，提高骨诱导活性和植入部位骨组织的再生速度，从而促进牙槽骨的修复效果。

23、进一步的，淫羊藿苷、无水乙醇、壳聚糖、乙酸溶液、改性羟基磷灰石用量比(2-3)g:(8-12)ml:(3-3.4)g:(15-25)ml:(5-6)g。

24、进一步的，改性羟基磷灰石由羟基磷灰石和生物活性玻璃混合烧结后，再与锌前驱体溶液和锌氨络合物溶液混合，加热反应制得。

25、进一步的，羟基磷灰石粒径为0.1-2μm。

26、进一步的，锌前驱体溶液由醋酸锌、聚乙二醇600和去离子水按照(3.5-4)g:(10-20)g:(40-50)ml用量比混合而成。

27、进一步的，锌氨络合物溶液由硝酸锌和氨水按照(1.6-2)g:(10-12)ml用量比混合而成。

28、进一步的，烧结温度为600-800℃，烧结时间为2-4h。

29、进一步的，改性羟基磷灰石具体由以下步骤制得：

30、a1.将羟基磷灰石和生物活性玻璃混合，置于乙醇中，搅拌24h以确保均匀化，升温至100℃，干燥2h后，置于烧结炉中，在700℃下烧结3h，冷却至至室温，得到多孔羟基磷灰石。

31、其中，羟基磷灰石和生物活性玻璃混合，在700℃下热处理3h，生物活性玻璃发生粘性流动覆盖在羟基磷灰石颗粒表面，增加羟基磷灰石的生物活性，且羟基磷灰石中的羟基和生物活性玻璃中的硅氧键通过化学键结合，生物活性玻璃中的有机成分分解，进而形成孔隙连通的多孔羟基磷灰石，其较大的孔隙率和比表面积，有利于对淫羊藿苷的吸附，促进成骨细胞的增殖。

32、进一步的，羟基磷灰石、生物活性玻璃质量比为(2-4)g:(0.5-1.5)。

33、进一步的，多孔羟基磷灰石孔径为1-2μm。

34、a2.将多孔羟基磷灰石加入到锌前驱体溶液中，搅拌3h，在100℃下干燥1h去除大部分水，置于马弗炉中以200℃的温度加热1h，升温至650℃并再保持20min，冷却至室温，加入锌氨络合物溶液，搅拌6h，在90℃下反应6h，升温至100℃，继续反应12h后，冷却至室温，用去离子水洗涤5次，在60℃烘箱中干燥20min，得到改性羟基磷灰石。

35、其中，多孔羟基磷灰石含有孔径为1-2μm的孔隙结构和较大比表面积，能够将锌前驱体溶液吸附在多孔羟基磷灰石表面和孔道中，在650℃下高温处理20min，使得醋酸锌完全分解，形成氧化锌晶种并牢固地附着在多孔羟基磷灰石的孔壁上。

36、进一步的，再与锌氨络合物溶液混合，锌氨络合物溶液能够进入含有氧化锌晶种的多孔羟基磷灰石的孔道中，在90-100℃下进行水热处理，使得锌氨络合物溶液分解形成氢氧化锌沉积在多孔羟基磷灰石上，继续水热反应，氢氧化锌分解，形成的氧化锌能够与多孔羟基磷灰石氧化锌晶种结合生长，形成氧化锌纳米线，实现在多孔羟基磷灰石孔道中形成氧化锌纳米线，作为多孔羟基磷灰石的支撑骨架，提高多孔羟基磷灰石的机械强度，避免在咬合力作用下，易坍塌导致修复牙槽骨厚度和牙槽嵴高度方面效果不稳定。

37、进一步的，多孔羟基磷灰石、锌前驱体溶液、锌氨络合物溶液用量比为(3-4)g:(8-12)ml:(5-6)ml。

38、进一步的，改性聚乳酸由丙交酯通过丙烯酸羟乙酯与2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱共聚，再与复合抗菌材料混合制得。

39、进一步的，丙交酯选自l-丙交酯或d-丙交酯。

40、进一步的，改性聚乳酸具体由以下步骤制得：

41、b1.将丙交酯、赤丁四醇和丙烯酸羟乙酯混合，在150℃下搅拌反应10min，冷却至室温，用去离子水洗涤3次，在60℃烘箱中干燥10min，加入到乙醇中，搅拌均匀，加入偶氮二异丁腈和2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱，在60℃下反应30min，过滤，在85℃下搅拌至有机溶剂挥发，用去离子水洗涤3次，在60℃烘箱中干燥10min，得到复合物。

42、其中，在引发剂赤丁四醇作用下，丙烯酸羟乙酯的羟基与丙交酯发生开环反应，形成聚乳酸，使得丙烯酸羟乙酯接枝在聚乳酸分子量上，携带反应性双键。

43、进一步的，在60℃下，丙烯酸羟乙酯接枝的聚乳酸在引发剂偶氮二异丁腈的作用下，使得2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱与丙烯酸羟乙酯接枝的聚乳酸双键共聚，使得聚乳酸携带磷酰胆碱基团，增强抗蛋白吸附能力，生物相容性进一步提高，使得聚乳酸可吸收支架与牙槽骨处更好的结合，有益于牙槽骨的再生。

44、进一步的，丙交酯、丙烯酸羟乙酯、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱质量比(6-7):(3-4):(1-2)。

45、b2.将复合物和复合抗菌材料加入到去离子水中，搅拌均匀，加入氢氧化钠，在50℃水浴中搅拌3h，反应结束后，经过滤，去离子水洗涤3次，在-10℃下冻干，得到改性聚乳酸。

46、其中，携带有磷酰胆碱基团的复合物含有的酯基、羧基和羟基能够与复合抗菌材料中鱼鳞胶原蛋白的羟基、氨基、羧基通过化学键结合，进行相互交联成多孔网状、海绵状结构，进而增强提高可吸收支架基体聚乳酸的机械强度，其多孔结构为骨生长和血管组织生长提供了空间。

47、进一步的，复合物、复合抗菌材料、去离子水、氢氧化钠用量比(4-6)g:(1-2)g:(15-25)ml:(0.1-0.3)g。

48、进一步的，复合抗菌材料由鱼鳞胶原蛋白与绿原酸反应制得；具体由以下步骤制得：

49、将鱼鳞胶原蛋白和绿原酸反应加入到去离子水中，搅拌均匀，加入质量分数为85％的磷酸，在55℃下搅拌反应30min后，经过滤，去离子水洗涤3次，在-10℃下冻干，得到复合抗菌材料。

50、其中，在55℃下，磷酸作为催化剂，使得鱼鳞胶原蛋白中携带氨基和羧基能够与绿原酸中的酚羟基和羧基通过化学键结合，使得绿原酸接枝在鱼鳞胶原蛋白上，增大绿原酸的分子量，避免绿原酸在聚乳酸可吸收支架中易迁移析出，导致抗菌性能降低，影响牙槽骨的修复。

51、进一步的，鱼鳞胶原蛋白、绿原酸、磷酸质量比为(2-3):(2-4):(0.1-0.3)。

52、进一步的，鱼鳞胶原蛋白具体由以下步骤制得：将鱼鳞用去离子水洗涤5次，置于研磨机中研磨，得到鱼鳞粉末，将鱼鳞粉末加入到质量分数为6％的柠檬酸溶液，浸泡4h进行脱钙后，过滤，用去离子水洗涤至洗涤液为中性，加入到浓度为0.5mol/l醋酸中，搅拌，加入胃蛋白酶，酶解48h后，经过滤收集上清液，向上述上清液中加入氯化钠，搅拌，在4℃下盐析过夜后，在10000r/min速率下离心30min，用0.1mol/l醋酸透析24h，得到鱼鳞胶原蛋白。

53、进一步的，鱼鳞粉末、柠檬酸溶液、醋酸、胃蛋白酶、氯化钠用量量比为(0.5-1.5)g:(10-20)ml:(10-20)ml:(0.01-0.03)g:(0.1-0.3)g。

54、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

55、(1)本发明技术方案中，生物活性玻璃具有良好的生物活性、骨传导和骨刺激，且含有的β-磷酸三钙与人体骨骼的无机成分相似，能够极好地吸附骨形态发生蛋白、表皮生长因子等骨诱导因子，从而促进骨骼的生长和再生，有利于牙槽骨的形成；羟基磷灰石和生物活性玻璃形成孔隙连通的多孔羟基磷灰石，其较大的孔隙率和比表面积，有利于对淫羊藿苷的吸附，促进成骨细胞的增殖。

56、(2)本发明技术方案中，在多孔羟基磷灰石孔道中形成杂乱分布氧化锌纳米线，形成的氧化锌纳米线作为多孔羟基磷灰石的支撑骨架，提高多孔羟基磷灰石的机械强度，避免在咬合力作用下，易坍塌导致修复牙槽骨厚度和牙槽嵴高度方面效果不稳定，且氧化锌纳米线细化多孔羟基磷灰石的孔径，提高孔隙率，增加对淫羊藿苷的负载量和吸附力，提高缓释时间，此外，较高的孔隙结构为骨生长和血管组织生长提供了空间，促进成骨细胞的增殖，且形成的氧化锌纳米线具有较好的抗菌性能，也能能够够刺激血管内皮细胞的增殖和迁移，促进血管网络的形成，为牙槽骨修复提供充足的营养和氧气供应。

57、(3)本发明技术方案中，淫羊藿苷是植物黄酮苷类化合物，作为一种骨诱导活性因子，能够促进成骨细胞的增殖，并促进成骨细胞的代谢和分化；壳聚糖与改性羟基磷灰石发生反应，在改性羟基磷灰石表面形成交联网络结构，且改性羟基磷灰石多孔结构具有优异的吸附性能，其孔道中的氧化锌纳米线带正电荷，淫羊藿苷含有大量的羟基结构，显负电，通过吸附作用和静电结合，使得淫羊藿苷嵌入到羟基磷灰石表面的交联网络，实现对淫羊藿苷的吸附，增加了淫羊藿苷的缓释时间，发挥淫羊藿苷的最大作用，提高骨诱导活性和植入部位骨组织的再生速度，从而促进牙槽骨的修复效果；羟基磷灰石植入体内后，会游离出钙和磷元素，被身体组织吸收，促进骨骼和牙齿的生长，加速牙槽骨的修复过程。

58、(4)本发明技术方案中，绿原酸能够有效抑制氧化自由基，具有较高的消炎抗菌活性，因此，对牙槽骨具有消炎抗菌活性，绿原酸接枝在鱼鳞胶原蛋白上，增大绿原酸的分子量，避免绿原酸在聚乳酸可吸收支架中易迁移析出，导致抗菌性能降低，影响牙槽骨的修复，且鱼鳞胶原蛋白含有大量的含氧官能团，具有优异的细胞贴附性与生物相容性，能够与可吸收支架基体聚乳酸结合，使得抗菌活性材料更好的与聚乳酸结合，此外，鱼鳞胶原蛋白对骨细胞具有促增殖及促分化作用，有良好的成骨性能，进而促进骨骼和牙齿的生长，加速牙槽骨的修复过程。

59、(5)本发明技术方案中，丙交酯通过丙烯酸羟乙酯与2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱共聚，使得聚乳酸分子量携带磷酰胆碱基团，增强抗蛋白吸附能力，生物相容性进一步提高，使得聚乳酸可吸收支架与牙槽骨处更好的结合，有益于牙槽骨的再生；携带有磷酰胆碱基团的聚乳酸与复合抗菌材料混合，携带有磷酰胆碱基团的聚乳酸含有的酯基、羧基和羟基能够与复合抗菌材料中的羟基、氨基、羧基通过化学键结合，进行相互交联成多孔网状、海绵状结构，进而增强可吸收支架基体聚乳酸的机械强度，其多孔结构为骨生长和血管组织生长提供了空间，此外，改性聚乳酸中鱼鳞胶原蛋白能够与复合羟基磷灰石中的钙离子络合，增强多孔可吸收支架的空间结构，增强可吸收支架的机械强度。

技术特征：

1.用于人体牙槽骨重建的可吸收支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于人体牙槽骨重建的可吸收支架的制备方法，其特征在于，所述改性聚乳酸、复合羟基磷灰石质量比为

3.根据权利要求1所述的用于人体牙槽骨重建的可吸收支架的制备方法，其特征在于，所述锌前驱体溶液由醋酸锌、聚乙二醇600和去离子水按照(3.5-4)g:(10-20)g:(40-50)ml用量比混合而成；所述锌氨络合物溶液由硝酸锌和氨水按照(1.6-2)g:(10-12)ml用量比混合而成。

4.根据权利要求1所述的用于人体牙槽骨重建的可吸收支架的制备方法，其特征在于，所述羟基磷灰石和生物活性玻璃质量比为(2-4):(0.5-1.5)。

5.根据权利要求1所述的用于人体牙槽骨重建的可吸收支架的制备方法，其特征在于，所述丙交酯选自l-丙交酯或d-丙交酯。

6.根据权利要求1所述的用于人体牙槽骨重建的可吸收支架的制备方法，其特征在于，所述纳米氧化镁的粒径为40-60nm；所述球磨条件：3mm和5mm氧化诰球磨的个数比为4:1，球磨转速为280-320r/min，球磨过程中正转25-35min，中间停止8-12min，反转25-35min。

7.根据权利要求1所述的用于人体牙槽骨重建的可吸收支架的制备方法，其特征在于，所述打印参数：层高0.1mm，填充率100％，打印速率30mm/s，打印温度185℃，平台温度45℃，打印喷头0.1mm。

8.根据权利要求1所述的用于人体牙槽骨重建的可吸收支架的制备方法，其特征在于，所述cad/cam技术模型设计线径450-550um，孔径为200-300um。

9.根据权利要求1所述的用于人体牙槽骨重建的可吸收支架的制备方法，其特征在于，所述压片压力为6-8吨，压片保载时间为0.5-1.5min；所述熔融共混温度为150-160℃，熔融共混时间为2-7min，转速为60-70rpm。

10.根据权利要求1-9任一项所述的制备方法制得可吸收支架在人体牙槽骨重建中的应用。

技术总结
本发明公开了用于人体牙槽骨重建的可吸收支架的制备与应用，属于生物医用材料技术领域，包括如下步骤：将α‑磷酸三钙、改性聚乳酸、复合羟基磷灰石、纳米氧化镁混合，经球磨三次后，过筛网分离球磨和材料，得到球磨处理的混合料；将球磨处理的混合料熔融共混，再经压片处理后，冷却至室温，经CAD/CAM技术进行模型切削、打印，得到可吸收支架。氧化锌纳米线作为多孔羟基磷灰石的支撑骨架，提高多孔羟基磷灰石机械强度，避免在咬合力下易坍塌；绿原酸接枝在鱼鳞胶原蛋白上，增大绿原酸的分子量，避免绿原酸易迁移析出；改性聚乳酸与复合抗菌材料通过化学键结合形成多孔网状、海绵状结构，增强可吸收支架的机械强度。

技术研发人员：苏汉福,王丽萍,葛林虎,杜文博,郭亚东
受保护的技术使用者：广州医科大学附属口腔医院（广州医科大学羊城医院）
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5