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一种 生物玻璃/氨基酸聚合物的 复合材料及其应用

阅读：815发布：2023-02-23

专利汇可以提供一种生物玻璃/氨基酸聚合物的复合材料及其应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种生物玻璃 / 氨基酸聚合物的复合材料，它是由生物玻璃和氨基酸聚合物混合而成；其中，生物玻璃的重量百分比为17％～55％。本发明复合材料，既可以在初期提供足够的力学强度，又可以在后期快速降解，可以同时满足力学强度和降解性能两方面的要求，适合作为骨组织修复材料，用于脊柱、四肢、头部等因病变或者外伤所造成的骨缺损修复，具有良好的产业应用前景。，下面是一种生物玻璃/氨基酸聚合物的复合材料及其应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种生物玻璃/氨基酸聚合物的复合材料，其特征在于：它是由生物玻璃和氨基酸聚合物制备而成；其中，所述生物玻璃的重量百分比为17%～55%；所述生物玻璃的粒径为10微米～30微米；所述的复合材料是由以下方法制备而成：取ε-氨基己酸与其它α-氨基酸，加入水，氮气保护下，于150℃～160℃下脱水后，升温至200℃～220℃反应2小时～3小时，再升温至230℃～235℃反应1小时～2小时后，加入生物玻璃，混匀，冷却，即得生物玻璃/氨基酸聚合物的复合材料；ε-氨基己酸与其它α-氨基酸的摩尔配比为：ε-氨基己酸75%～95%、其它α-氨基酸5%～25%。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述生物玻璃的重量百分比为34%～
55%。
3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于：所述生物玻璃的粒径为25微米～30微米。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的氨基酸聚合物是由以下摩尔配比的原料聚合而成：ε-氨基己酸90%～95%、其它α-氨基酸5%～10%。
5.根据权利要求1或4所述的复合材料，其特征在于：所述的其它α-氨基酸选自丙氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、赖氨酸、甘氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸、色氨酸、蛋氨酸、精氨酸、组氨酸中的任意一种或两种以上。
6.根据权利要求5所述的复合材料，其特征在于：所述的其它α-氨基酸是由丙氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸与赖氨酸组成。
7.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的复合材料在模拟体液中浸泡4周时，复合材料的抗压强度为70MPa以上。
8.权利要求1～7任意一项所述的复合材料在制备骨组织修复材料的应用。

说明书全文

一种生物玻璃/氨基酸聚合物的 复合材料及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种生物玻璃/氨基酸聚合物的复合材料及其应用。

背景技术

[0002] 骨组织修复材料，应用于脊柱、四肢、头部等因病变或者外伤所造成的骨缺损修复时，一方面要求在植入的初期提供足够高的力学强度，同时，另一方面又要求在骨组织愈合后期能够快速降解，以避免材料性能变化所带来的不可预知的风险。

[0003] 然而，对于骨组织修复材料而言，保持较高的力学强度与快速降解是一对相互制约的矛盾，例如，中国专利CN 101716380 A的骨修复复合材料，可以快速降解，但力学强度很低，抗压强度在17MPa以下；而中国专利CN 104324415 A的骨修复材料，可以提供足够高的力学强度，却难以降解；可见，现有的骨修复材料通常难以同时满足上述两方面的要求，导致其应用于骨缺损修复时的效果也差。

[0004] 为了克服现有技术的缺陷，需要发明一种新的材料，可以同时满足力学强度和降解性能两方面的要求。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种生物玻璃/氨基酸聚合物的复合材料。

[0006] 本发明提供的一种生物玻璃/氨基酸聚合物的复合材料，它是由生物玻璃和氨基酸聚合物混合而成；其中，所述生物玻璃的重量百分比为17％～55％。

[0007] 进一步的，所述生物玻璃的重量百分比为34％～55％。

[0008] 进一步的，所述生物玻璃的粒径为10微米～30微米。

[0009] 进一步的，所述生物玻璃的粒径为25微米～30微米。

[0010] 进一步的，所述的氨基酸聚合物是由以下摩尔配比的原料聚合而成：ε-氨基己酸75％～95％、其它α-氨基酸5％～25％；优选的，所述的氨基酸聚合物是由以下摩尔配比的原料聚合而成：ε-氨基己酸90％～95％、其它α-氨基酸5％～10％。

[0011] 进一步的，所述的复合材料是由以下方法制备而成：取ε-氨基己酸与其它α-氨基酸，加入水，氮气保护下，于150℃～160℃下脱水后，升温至200℃～220℃反应2小时～3小时，再升温至230℃～235℃反应1小时～2小时后，加入生物玻璃，混匀，冷却，即得生物玻璃/氨基酸聚合物的复合材料；

[0012] ε-氨基己酸与其它α-氨基酸的摩尔配比为：ε-氨基己酸75％～95％、其它α-氨基酸5％～25％。

[0013] 进一步的，ε-氨基己酸与其它α-氨基酸的摩尔配比为：ε-氨基己酸90％～95％、其它α-氨基酸5％～10％。

[0014] 进一步的，所述的其它α-氨基酸选自丙氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、赖氨酸、甘氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸、色氨酸、蛋氨酸、精氨酸、组氨酸中的任意一种或两种以上；优选的，所述的其它α-氨基酸是由丙氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸与赖氨酸组成。

[0015] 进一步的，所述的复合材料在模拟体液中浸泡4周时，复合材料的抗压强度为70MPa以上。

[0016] 本发明还提供了上述的复合材料作为骨组织修复材料的应用。

[0017] 通常，骨组织的愈合时间为12周～24周，如果修复材料在该时间内不能大部分降解(降解85％以上)，修复材料会被包裹住，更加难以降解，影响骨组织的愈合。本发明的复合材料在模拟体液中浸泡12周～24周，复合材料降解85％以上；优选的，本发明的复合材料在模拟体液中浸泡12周～16周，复合材料降解完全。

[0018] 本发明使用的ε-氨基己酸、丙氨酸等氨基酸原料，具有良好的生物活性和生物相容性，有利于组织和细胞与材料之间的相互作用，其降解产物为接近中性的寡肽或氨基酸小分子，或进一步降解为二氧化碳和水排出，安全性非常高。

[0019] 本发明复合材料，既可以在初期提供足够的力学强度，又可以在后期快速降解，可以同时满足力学强度和降解性能两方面的要求，适合作为骨组织修复材料，用于脊柱、四肢、头部等因病变或者外伤所造成的骨缺损修复，具有良好的产业应用前景。

[0020] 显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

[0021] 以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

具体实施方式

[0022] 本发明具体实施方式中使用的原料、设备均为已知产品，通过购买市售产品获得；例如，生物玻璃购买自上海高岸生物科技有限公司。

[0023] 模拟体液按照以下文献中的方法进行配制：T.Kokubo,H.Takadama.How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity？Biomaterials，2006；27(15)：2907-15。

[0024] 实施例1、制备本发明生物玻璃/氨基酸聚合物的复合材料

[0025] 分别取ε-氨基己酸、丙氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、赖氨酸各122.5g、0.9g、0.8g、1.2g、4g、1.5g，加入250ml三颈瓶中，加入70ml蒸馏水，通氮气保护，搅拌逐步升温至
150℃～160℃进行缓慢脱水，当反应器内均为固体时，升温至200℃～220℃使其熔融后反应2小时，然后升温至230℃～235℃条件下反应1小时，生成氨基酸聚合物107g，再加入生物玻璃56g(粒径30微米)，继续搅拌半小时，混匀，氮气保护下冷却至室温，得到生物玻璃/氨基酸聚合物复合材料。

[0026] 将该生物玻璃/氨基酸聚合物复合材料样条在模拟体液中进行降解和力学损失试验，以相同比例多元氨基酸聚合物为对照。

[0027] 本发明复合材料，浸泡4周，失重26％，测得试验样样条的抗压强度残余值为81MPa，浸泡16周，材料完全降解；本发明复合材料，既可以在初期提供足够的力学强度，又可以在后期快速降解，可以同时满足力学强度和降解性能两方面的要求。

[0028] 对照样，浸泡4周，降解11％，抗压强度残余值92Mpa，浸泡16周，降解19％，不能满足骨修复材料对降解性能的要求。

[0029] 实施例2、制备本发明生物玻璃/氨基酸聚合物的复合材料

[0030] 分别取ε-氨基己酸、丙氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、赖氨酸各122.5g、0.9g、0.8g、1.2g、4g、1.5g，加入250ml三颈瓶中，加入70ml蒸馏水，通氮气保护，搅拌逐步升温至
150℃～160℃进行缓慢脱水，当反应器内均为固体时，升温至200℃～220℃使其熔融后反应2小时，然后升温至230℃～235℃条件下反应1小时，生成氨基酸聚合物107g，再加入生物玻璃23.1g(粒径30微米)，继续搅拌半小时，混匀，氮气保护下冷却至室温，得到生物玻璃/氨基酸聚合物复合材料。

[0031] 将该生物玻璃/氨基酸聚合物复合材料样条在模拟体液中进行降解和力学损失试验。

[0032] 本发明复合材料，浸泡4周，失重17％，测得试验样样条的抗压强度残余值为90MPa，浸泡24周，材料降解85％；本发明复合材料，既可以在初期提供足够的力学强度，又可以在后期快速降解，可以同时满足力学强度和降解性能两方面的要求。

[0033] 实施例3、制备本发明生物玻璃/氨基酸聚合物的复合材料

[0034] 分别取ε-氨基己酸、丙氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、赖氨酸各122.5g、0.9g、0.8g、1.2g、4g、1.5g，加入250ml三颈瓶中，加入70ml蒸馏水，通氮气保护，搅拌逐步升温至
150℃～160℃进行缓慢脱水，当反应器内均为固体时，升温至200℃～220℃使其熔融后反应2小时，然后升温至230℃～235℃条件下反应1小时，生成氨基酸聚合物107g，再加入生物玻璃130.9g(粒径30微米)，继续搅拌半小时，混匀，氮气保护下冷却至室温，得到生物玻璃/氨基酸聚合物复合材料。

[0035] 将该生物玻璃/氨基酸聚合物复合材料样条在模拟体液中进行降解和力学损失试验。

[0036] 本发明复合材料，浸泡4周，失重32％，测得试验样样条的抗压强度残余值为71MPa，浸泡12周，材料完全降解；本发明复合材料，既可以在初期提供足够的力学强度，又可以在后期快速降解，可以同时满足力学强度和降解性能两方面的要求。

[0037] 对比例1、粒径大于30微米的生物玻璃导致复合材料在4周内崩塌

[0038] 分别取ε-氨基己酸、丙氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、赖氨酸各122.5g、0.9g、0.8g、1.2g、4g、1.5g，加入250ml三颈瓶中，加入70ml蒸馏水，通氮气保护，搅拌逐步升温至
150℃～160℃进行缓慢脱水，当反应器内均为固体时，升温，并保持温度在200℃-220℃使其熔融后反应2小时，然后升温，并保持温度在230℃-235℃条件下反应1小时，生成氨基酸聚合物107g，再加入生物玻璃130.9g(粒径50微米)，继续搅拌半小时，混匀，氮气保护下冷却至室温，得到对比例1的材料。

[0039] 将该对比例1的材料样条在模拟体液中进行降解和力学损失试验，浸泡4周，失重44％，浸泡样品开裂，不能满足作为骨修复材料应用的要求。

[0040] 对比例2、粒径小于10微米的生物玻璃导致材料降解速度减慢

[0041] 分别取ε-氨基己酸、丙氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、赖氨酸各122.5g、0.9g、0.8g、1.2g、4g、1.5g，加入250ml三颈瓶中，加入70ml蒸馏水，通氮气保护，搅拌逐步升温至
150℃-160℃进行缓慢脱水，当反应器内均为固体时，升温，并保持温度在200℃-220℃使其熔融后反应2小时，然后升温，并保持温度在230℃-235℃条件下反应1小时，生成氨基酸聚合物107g，再加入生物玻璃130.9g(粒径1-5微米)，继续反应半小时。氮气保护下冷却至室温，得到对比例2的材料。

[0042] 将该对比例2的材料样条在模拟体液中进行降解和力学损失试验，浸泡4周后，失重21％，浸泡24周后，失重67％，降解不完全，不能满足骨修复材料后期快速降解的要求。

[0043] 对比例3、与中国专利CN 104324415 A进行对比

[0044] 按照中国专利CN 104324415实施例中的方法，制备得到改性磷灰石/氨基酸聚合物复合材料，作为对照样品。

[0045] 将该对照样品样条在模拟体液中进行降解和力学损失试验，浸泡4周后，失重仅4％，12周后，失重6％，难以降解，不能满足骨修复材料后期快速降解的要求。

[0046] 对比例4、生物玻璃含量小于15％

[0047] 分别取ε-氨基己酸、丙氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、赖氨酸各122.5g、0.9g、0.8g、1.2g、4g、1.5g，加入250ml三颈瓶中，加入70ml蒸馏水，通氮气保护，搅拌逐步升温至
150℃-160℃进行缓慢脱水，当反应器内均为固体时，升温，并保持温度在200℃-220℃使其熔融后反应2小时，然后升温，并保持温度在230℃-235℃条件下反应1小时，生成氨基酸聚合物107g，再加入生物玻璃15g(粒径30微米)，继续反应半小时。氮气保护下冷却至室温，得到对比例4的材料。

[0048] 将该对比例4的材料样条在模拟体液中进行降解和力学损失试验，浸泡4周后，失重8％，测得试验样样条的抗压强度残余值为88MPa，浸泡24周后，材料失重为36％，降解不完全，不能满足骨修复材料后期快速降解的要求。

[0049] 综上所述，本发明复合材料，既可以在初期提供足够的力学强度，又可以在后期快速降解，可以同时满足力学强度和降解性能两方面的要求，适合作为骨组织修复材料，用于脊柱、四肢、头部等因病变或者外伤所造成的骨缺损修复，具有良好的产业应用前景。

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