一种高活性热塑性聚氨酯骨修复膜及其制备方法、应用

本发明属于生物材料，具体涉及了一种高活性热塑性聚氨酯骨修复膜及其制备方法、应用。

背景技术：

1、目前，硬组织损伤仍是一种在不同年龄段人群皆可能患有的疾病之一，使得市场每年对于能够引导骨快速恢复的骨修复及骨替代材料具有巨大需求。在第三代人工骨修复及替代材料中，生物活性玻璃由于其结构、形态及组分的高度可控性引起了人们的广泛关注。并且，向生物活性玻璃中加入治疗性离子可以达到调整材料性能、共同促进组织修复的效果。但生物活性玻璃的脆性及较快的降解速率限制了其在骨修复材料方面的应用。为了弥补力学性能及降解速率方面不理想的缺陷，将生物活性玻璃与聚合物相复合制备人工骨修复材料是较为可行的方法。

2、目前，临床上应用较多的骨组织工程材料存在一定的缺陷，主要为用于骨修复的材料在植入人体后因不足的生物活性很难达到理想的骨联合，机械性能及生物相容性较差等问题。此外，部分骨修复膜材料以人工合成的高分子聚乳酸等材料合成，其在降解过程中会产生酸性物质以致对周围组织细胞产生毒性，且也有降解速率难以调控的问题。再者，由于材料缺乏一定的抗菌性能，使得材料植入后造成的细菌感染及炎症也是一个较为严峻的问题。

3、因此，现有技术中至少存在生物活性、力学性能、及生物相容性较差，降解速率及组织酸碱环境难以控制，缺乏一定的抗菌性能，以致不利于植入或植入后不能与骨缺损面更好贴合并诱导新骨生成等技术问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种高活性热塑性聚氨酯骨修复膜及其制备方法、应用。

2、本发明的技术方案是：

3、一、一种高活性热塑性聚氨酯骨修复膜

4、所述修复膜主要由作为有机组分的热塑性聚氨酯和作为硒掺杂无机组分的硼硅酸盐基的生物活性玻璃微球混合制得。

5、所述的热塑性聚氨酯的分子量为80000～100000，质量百分数浓度为10～20wt％；

6、所述的生物活性玻璃微球的直径为160～320nm，所述生物活性玻璃微球的组分包括二氧化硅、氧化钙、五氧化二磷、三氧化二硼和二氧化硒，组分摩尔比为(0～50)：(30～36)：(4～5)：(10～60)：(0～5)。

7、通常情况下，所述的生物活性玻璃微球的组分可以为以下情况的其中一种：

8、第一种，组分包括二氧化硅、氧化钙、五氧化二磷、三氧化二硼和二氧化硒，组分摩尔比为(0.01～50)：(30～36)：(4～5)：(10～60)：(0.01～5)；

9、第二种，组分包括氧化钙、五氧化二磷、三氧化二硼，组分摩尔比为(30～36)：(4～5)：(10～60)；

10、第三种，组分包括二氧化硅、氧化钙、五氧化二磷、三氧化二硼，组分摩尔比为(0.01～50)：(30～36)：(4～5)：(10～60)；

11、第四种，组分包括氧化钙、五氧化二磷、三氧化二硼和二氧化硒，组分摩尔比为(30～36)：(4～5)：(10～60)：(0.01～5)。

12、所述的生物活性玻璃微球和热塑性聚氨酯颗粒的质量比为(1～7):100。

13、二、一种高活性热塑性聚氨酯骨修复膜的制备方法

14、所述制备方法包括以下步骤：

15、1)将模板剂溶液和催化剂溶液混合，然后每隔一段时间向其中加入一种前驱体物质，每次加入不同种的前驱体物质，依次经过搅拌、陈化、离心分离、清洗、干燥和煅烧得到生物活性玻璃微球；

16、2)将步骤1)制得的生物活性玻璃微球分散加入到n,n-二甲基甲酰胺溶液中，再加入热塑性聚氨酯颗粒进行搅拌，通过静电纺丝制得热塑性聚氨酯骨修复膜。

17、所述步骤1)具体为：

18、1.1)将模板剂溶液和催化剂溶液混合，然后每隔一段时间向其中加入一种前驱体物质，每次加入不同种的前驱体物质，得到混合溶液；

19、1.2)将步骤1.1)得到的混合溶液进行搅拌并陈化，得到白色溶胶；

20、1.3)将步骤1.2)得到的白色溶胶离心分离，用无水乙醇和去离子水依次进行离心清洗并干燥，得到白色粉末；

21、1.4)将步骤1.3)得到的白色粉末放入马弗炉中煅烧得到生物活性玻璃微球。

22、所述的步骤1.1)中，模板剂溶液为质量浓度4～4.6mg/ml的十六烷基三甲基溴化铵溶液，催化剂溶液为质量浓度为25％～28％的氨水，模板剂溶液和催化剂溶液体积比为(100～120)：(1～2)；

23、所述的步骤1.2)中，搅拌时间为5～8小时，陈化温度为室温，陈化时间为24～40小时；

24、所述的步骤1.3)中，煅烧温度为600～700℃，煅烧时间为5～8小时。

25、所述的步骤1.1)中，分五次每间隔1～2小时时间加入前驱体物质，搅拌一段时间为1～2小时，五次前驱体物质依次分别为正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硼酸三丁酯、硝酸钙四水合物和亚硒酸钠五水合物，正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硼酸三丁酯、硝酸钙四水合物和亚硒酸钠五水合物的摩尔配比关系为(0～50)：(2～2.5)：(5～30)：(30～36)：(0～5)。

26、所述步骤2)具体为：

27、2.1)将步骤1)制得的生物活性玻璃微球分散加入到n,n-二甲基甲酰胺溶液中，再加入热塑性聚氨酯颗粒并搅拌，然后超声至生物活性玻璃微球均匀分散在溶液中，得到热塑性聚氨酯生物活性玻璃溶液；

28、2.2)将步骤2.1)得到的热塑性聚氨酯生物活性玻璃溶液进行静电纺丝得到热塑性聚氨酯生物活性玻璃纤维膜，即热塑性聚氨酯骨修复膜。

29、所述的步骤2.1)中，生物活性玻璃微球的质量百分数浓度和热塑性聚氨酯颗粒质量的比为(1～7):100；

30、所述的步骤2.2)中，静电纺丝的推进速度为0.5～1ml/h，施加电压为10～20kv，接收距离为10～20cm，静电纺丝成膜的纤维直径为400～4000nm。

31、三、一种高活性热塑性聚氨酯骨修复膜的应用

32、在临床骨组织工程中的应用，具体为用于人工骨修复的材料的应用。

33、本发明制备方法简单，且制备的骨修复膜具有优异且可调的生物活性，良好的力学性能，有序可控的降解性能及一定的抗菌及生物相容性，且具有高孔隙率，可提高成骨细胞活性，在骨修复材料领域具有广阔应用前景。

34、本发明提供了一种高活性热塑性聚氨酯骨修复膜，有机组分采用热塑性聚氨酯，无机组分采用硒掺杂的硼硅酸盐基生物活性玻璃，将所述有机组分和无机组分混合后制得骨修复膜材料。

35、本发明具有以下有益效果：

36、本发明中硼硅酸盐生物活性玻璃纳米微球的平均粒径在纳米尺度，制备的修复膜材料具有高比表面积及孔隙率，有利于细胞的黏附及增殖，促进成骨细胞的生长。

37、本发明将热塑性聚氨酯颗粒与生物活性玻璃微球混合静电纺丝，不仅弥补了生物活性玻璃脆性较大，单独不可纺丝的缺陷，还解决了纯热塑性聚氨酯生物活性不足的问题，恰巧弥补了两种材料的不足之处。

38、另本发明将硒元素掺杂的硼硅酸盐的生物活性玻璃掺入热塑性聚氨酯颗粒进行纺丝，不仅可以改善修复膜的疏水性，达到更加利于细胞生长的效果，同时还可以释放出ca2+及se4+等治疗性离子进一步诱导骨组织修复及再生。