一种含双键硅氧烷包覆改性羟基磷灰石制备光固化骨修复材料的方法

摘要

本发明公开了一种含双键硅氧烷包覆改性羟基磷灰石制备光固化骨修复材料方法，属于生物复合医用材料研究领域。将纳米羟基磷灰石悬浮在溶剂中，在5℃～80℃的温度和惰性气氛下加入硅氧烷衍生物和催化剂进行反应，用溶剂洗涤、干燥获得改性后的羟基磷灰石；将改性后的羟基磷灰石与可光固化的含双键的烷氧基硅氧烷混合，加入反应剂、催化剂、溶剂以及光引发剂，利用溶胶-凝胶方法形成稳定均一的包覆HA-g-Si纳米颗粒的胶体，移入模具中置于UV灯下，经紫外光辐射进行固化反应光固化成型得到了固化材料。本发明方法制备的光固化骨修复材料具有很好的生物相容性和力学性能、亲水性，固化前呈流动的粘性溶胶状态。

权利要求

1.一种含双键硅氧烷包覆改性羟基磷灰石制备光固化骨修复材料方法，其特征在于，步骤如下：

1)将干燥后的纳米羟基磷灰石(HA)悬浮在溶剂中，在5℃～80℃的温度和惰性气氛下加入硅氧烷衍生物和催化剂进行反应，3～5小时后，用溶剂洗涤，最后干燥获得改性后的羟基磷灰石；

其中所述的溶剂为四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、甲酸烷酯、乙酸烷酯、丙酸烷酯、烷酸甲酯、烷酸丙酯或者四氯化碳中的一种或者几种的混合溶剂；惰性气体为氮气或者氩气中的一种；硅氧烷衍生物为含有异氰酸根基团、环氧基团、卤素基团的硅氧烷中的一种；催化剂为二月桂酸二丁基锡、三亚乙基二胺、二甲基咪唑、氢氧化钠或者有机铋类催化剂。

2)将步骤(1)得到的改性后的羟基磷灰石与可光固化的含双键的烷氧基硅氧烷混合，加入反应剂、催化剂、溶剂以及光引发剂，利用溶胶-凝胶方法形成稳定均一的包覆HA-g-Si纳米颗粒的胶体；

所述的反应剂是水，溶剂是甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇、正十二醇，催化剂是催化剂是盐酸、硝酸、硫酸、硼酸、草酸、甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、或者是氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种，引发剂为苯偶姻及其衍生物、苯偶酰及其衍生物、苯乙酮衍生物、α-羟基酮衍生物、α-胺基酮衍生物、酰基膦氧化物、二苯甲酮及其衍生物/叔胺、硫杂蒽酮及其衍生物/叔胺、蒽醌及其衍生物/叔胺中的一种或多种。

3)将步骤(2)得到的胶体移入模具中置于UV灯下，经紫外光辐射进行固化反应光固化成型得到了固化材料。

2.权利要求1的一种含双键硅氧烷包覆改性羟基磷灰石制备光固化骨修复材料方法，其特征在于，步骤(2)中所述的改性后羟基磷灰石、可光固化的含双键的烷氧基硅氧烷、反应剂、催化剂、溶剂以及光引发剂的用量关系为：改性后的羟基磷灰石质量/反应剂/溶剂/可光固化的含双键硅氧烷为0.01g～1.6g/1～10g/0.2～10Ml/3～20g。

3.权利要求1的一种含双键硅氧烷包覆改性羟基磷灰石制备光固化骨修复材料方法，其特征在于，步骤(3)中所述的紫外光源的照射时间为0.1～5min，波长为200～500nm，2

光强为10～200mW/cm。

说明书

一种含双键硅氧烷包覆改性羟基磷灰石制备光固化骨修复

材料的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种以含双键硅氧烷包覆改性羟基磷灰石制备光固化骨修复材料的方法，属于生物复合医用材料研究领域。

背景技术

[0002] 羟基磷灰石是一种微溶于水的弱碱性磷酸的钙盐，也是人体骨组织的主要无机成分，占人体骨组织的70％以上，植入体内后在体液的作用下，钙和磷会游离出材料表面被机体组织所吸收，并生长出新的组织。相对其他的无机材料来说，羟基磷灰石有很高的化学稳定性和耐磨性，而且具有良好的生物活性和生物相容性，因而它是很有潜力的生物材料之一。人工合成的纳米级羟基磷灰石生物陶瓷由于其结构和性能与天然羟基磷灰石的相似，并具有良好的生物相容性和成骨活性，因此被广泛应用于骨损伤的修复。但是羟基磷灰石其本身力学性能差、强度低、脆性大，限制了它在临床医学上的应用。目前，提高羟基磷灰石力学性能的主要方法是将羟基磷灰石和其他高分子材料复合，例如国内专利CN101376038A壳聚糖与羟基磷灰石复合，CN101491698A碳纤维增强羟基磷灰石。对于羟基磷灰石-聚合物复合材料，无机粒子与聚合物基体界面相容性的问题影响复合材料的力学性能的主要因素之一。两相之间缺少粘附力常会导致无机粒子/聚合物基界面的断裂。无机纳米粒子接枝聚合物是一种提高无机纳米粒子在有机溶剂和聚合物基体的分散性，增加聚合物基体和纳米粒子的粘结力的有效方法。

[0003] 由于光聚合具有聚合速度快，无污染，无溶剂，高效节能等特点，利用UV光聚合制备有机/无机复合材料现在得到了广泛的应用。光聚合制备有机/无机纳米复合材料与其他制备方法有相同之处，不同之处在于聚合方式不同。在制备有机/无机纳米复合材料时，溶胶凝胶法也是用来改善纳米填充粒子在聚合物基分散的技术之一。溶胶凝胶杂化材料在聚合过程中形成互穿网络聚合物网络。这种技术形成的纳米粒子具有三维结构。并且具有许多独特的优点：反应条件温和，室温或略高于室温的制备条件；在溶胶阶段各组分以分子形式分散，所获得的杂化材料的相分离尺寸可达到纳米级；可采用多种途径引人有机组分。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种以含双键硅氧烷包覆改性羟基磷灰石制备光固化骨修复材料的方法，进一步提高硬组织修复材料的力学性能。

[0005] 以含双键硅氧烷包覆改性羟基磷灰石制备光固化骨修复材料方法包括：羟基磷灰石的表面接枝改性；通过溶胶凝胶法把改性后的羟基磷灰石包覆在硅氧烷中；UV光聚合。具体步骤如下：

[0006] 1)将干燥后的纳米羟基磷灰石(HA)悬浮在溶剂中，在5℃～80℃的温度和惰性气氛下加入硅氧烷衍生物和催化剂进行反应，3～5小时后，用溶剂洗涤，最后干燥获得改性后的羟基磷灰石；其中所述的溶剂为四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、甲酸烷酯、乙酸烷酯、丙酸烷酯、烷酸甲酯、烷酸丙酯或者四氯化碳中的一种或者几种的混合溶剂；惰性气体为氮气或者氩气中的一种；硅氧烷衍生物为含有异氰酸根基团、环氧基团、卤素基团的硅氧烷中的一种；催化剂为二月桂酸二丁基锡、三亚乙基二胺、二甲基咪唑、氢氧化钠或者有机铋类催化剂。

[0007] 2)将步骤(1)得到的改性后的羟基磷灰石(HA-g-Si)与可光固化的含双键的烷氧基硅氧烷混合，加入反应剂、催化剂、溶剂以及光引发剂，利用溶胶-凝胶方法形成稳定均一的包覆HA-g-Si纳米颗粒的胶体。

[0008] 所述的反应剂是水，溶剂是甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇、正十二醇，催化剂是盐酸、硝酸、硫酸、硼酸、草酸、甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、或者是氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种。步骤(2)中所述的引发剂为苯偶姻及其衍生物、苯偶酰及其衍生物、苯乙酮衍生物、α-羟基酮衍生物、α-胺基酮衍生物、酰基膦氧化物、二苯甲酮及其衍生物/叔胺、硫杂蒽酮及其衍生物/叔胺、蒽醌及其衍生物/叔胺中的一种或多种。

[0009] 3)将步骤(2)得到的胶体移入模具中置于UV灯下，经紫外光辐射进行固化反应光固化成型得到了固化材料。

[0010] 步骤(2)中所述的改性后的羟基磷灰石质量为0.01g～1.6g，反应剂质量为1～10g，溶剂体积为0.2～10mL，可光固化的含双键硅氧烷质量为3～20g。

[0011] 步骤(3)中所述的紫外光源的照射时间为0.1～5min，波长为200～500nm，光强2
为10～200mW/cm。

[0012] 本发明方法制备的光固化骨修复材料具有很好的生物相容性和力学性能，具有亲水性，且固化前呈流动的粘性溶胶状态，不仅有利于与组织结合在一起，还可以注射成型，用于修复体内组织的不规则缺陷。固化后力学性能显著提高，可以作为承受负荷的部位的骨替代物的材料。反应条件温和，制备过程简单，可以实验室制备和工业生产。

附图说明

[0013] 图1实施例1制备的被硅氧烷包裹的改性羟基磷灰石(HA-g-Si)固化前的透射电子显微镜(TEM)图片。

[0014] 图2实施例1制备的用于力学性能测试的圆柱状样品的图片。

具体实施方式

[0015] 实施例1

[0016] 称量5.0g纳米羟基磷灰石，悬浮于40.0mL的四氢呋喃中，电磁搅拌，温度控制在20℃，氮气保护。逐滴加入溶有10.0g异氰酸丙基三甲氧基硅烷、催化剂三亚乙基二胺的四氢呋喃溶液，反应3小时后，洗涤、离心，真空干燥。取干燥后的样品0.8g，水1.0g，3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷3.0g，光引发剂651含量为体系的1.0％，加入0.1mL氨水和甲
2
醇1.0mL，让溶液体系缓慢形成白色凝胶，在光强为50mW/cm，波长为200～500nm的UV灯下聚合4min得到产品，经过力学性能测试，样品的压缩强度为564.85MPa。

[0017] 实施例2

[0018] 称量5.0g纳米羟基磷灰石，悬浮于40.0mL的N，N-二甲基甲酰胺中，电磁搅拌，温度控制在100℃，氩气保护。逐滴加入溶有10.0g 3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、催化剂二甲基咪唑的氮，氮-二甲基甲酰胺溶液，反应3小时后，洗涤、离心，真空干燥。取干燥后的样品1.6g，水1.0g，三乙烯基三甲氧基硅烷3.0g，光引发剂DEAB含量为体系的1.0％，2
加入0.1mL氢氧化钠和丙醇1.0mL，让溶液体系缓慢形成白色凝胶，在光强为200mW/cm，波长为200～500nm的UV灯下聚合0.5min得到产品，经过力学性能测试，样品的压缩强度为
876.75MPa。

[0019] 实施例3

[0020] 称量5.0g纳米羟基磷灰石，悬浮于40.0mL的四氯化碳中，电磁搅拌，温度控制在80℃，氮气保护。逐滴加入溶有10.0g三氯丙基三乙氧基硅烷、催化剂氢氧化钠的乙酸乙酯溶液，反应3小时后，洗涤、离心，真空干燥。取干燥后的样品1.0g，水9.0g，3-(N-烯丙基氨基)丙基三甲氧基硅烷12.0g，光引发剂369含量为体系的1.0％，加入0.1mL硝酸和丁醇
2
1.0mL，让溶液体系缓慢形成白色凝胶，在光强为160mW/cm，波长为200～500nm的UV灯下聚合1min得到产品，经过力学性能测试，样品的压缩强度为827.98MPa。

[0021] 实施例4

[0022] 称量5.0g纳米羟基磷灰石，悬浮于40.0mL的甲酸乙酯中，电磁搅拌，温度控制在20℃，氩气保护。逐滴加入溶有10.0g异氰酸丙基三乙氧基硅烷、催化剂BiCAT8108的四氯化碳溶液，反应3小时后，洗涤、离心，真空干燥。取干燥后的样品0.8g，水1.0g，甲基丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷20.0g，光引发剂TPO含量为体系的1.0％，加入0.1mL草酸和正
2
丁醇1.0mL，让溶液体系缓慢形成白色凝胶，在光强为160mW/cm，波长为200～500nm的UV灯下聚合1min得到产品，经过力学性能测试，样品的压缩强度为497.33MPa。

[0023] 实施例5

[0024] 称量5.0g纳米羟基磷灰石，悬浮于40.0mL的丙酸乙酯中，电磁搅拌，温度控制在60℃，氮气保护。逐滴加入溶有10.0g异氰酸丙基三乙氧基硅烷、催化剂二月桂酸二丁基锡的乙酸乙酯溶液，反应3小时后，洗涤、离心，真空干燥。取干燥后的样品1.6g，水10.0g，
3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷20.0g，光引发剂BP/CDMAB含量为体系的1.0％，加
2
入0.1mL甲酸和乙二醇1.0mL，让溶液体系缓慢形成白色凝胶，在光强为160mW/cm，波长为
200～500nm的UV灯下聚合1min得到产品，经过力学性能测试，样品的压缩强度为830MPa。

[0025] 实施例6

[0026] 称量5.0g纳米羟基磷灰石，悬浮于40.0mL的丁酸乙酯中，电磁搅拌，温度控制在20℃，氮气保护。逐滴加入溶有10.0g异氰酸丙基三乙氧基硅烷、催化剂二月桂酸二丁基锡的乙酸乙酯溶液，反应3小时后，洗涤、离心，真空干燥。取干燥后的样品0.8g，水10.0g，
3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷20.0g，光引发剂ITX/EDMAB含量为体系的1.0％，加
2
入0.1mL乙酸和乙醇1.0mL，让溶液体系缓慢形成白色凝胶，在光强为160mW/cm，波长为
200～500nm的UV灯下聚合1min得到产品，经过力学性能测试，样品的压缩强度为600MPa。

[0027] 实施例7

[0028] 称量5.0g纳米羟基磷灰石，悬浮于40.0mL的乙酸甲酯中，电磁搅拌，温度控制在20℃，氩气保护。逐滴加入溶有10.0g异氰酸丙基三乙氧基硅烷、催化剂二月桂酸二丁基锡的乙酸乙酯溶液，反应3小时后，洗涤、离心，真空干燥。取干燥后的样品0.8g，水10.0g，甲基乙烯基二甲氧基硅烷20.0g，光引发剂Z-EA/EDMAB含量为体系的1.0％，加入0.1mL乙二
2
酸和正十二醇10.0mL，让溶液体系缓慢形成白色凝胶，在光强为160mW/cm，波长为200～
500nm的UV灯下聚合1min得到产品，经过力学性能测试，样品的压缩强度为740MPa。

[0029] 实施例8

[0030] 称量5.0g纳米羟基磷灰石，悬浮于40.0mL的乙酸丙酯中，电磁搅拌，温度控制在5℃，氮气保护。逐滴加入溶有10.0g异氰酸丙基三乙氧基硅烷、催化剂二月桂酸二丁基锡的乙酸乙酯溶液，反应3小时后，洗涤、离心，真空干燥。取干燥后的样品0.01g，水1.0g乙烯基苄基氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷盐酸盐3.0g，光引发剂2959含量为体系的1.0％，加入
2
0.1mL硼酸和乙醇0.2mL，让溶液体系缓慢形成白色凝胶，在光强为10mW/cm，波长为200～
500nm的UV灯下聚合5min得到产品，经过力学性能测试，样品的压缩强度为800MPa。

[0031] 对比例1

[0032] 称量0.8g纳米羟基磷灰石，水10.0g，3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷20.0g，光引发剂苯偶姻含量为体系的1.0％，加入0.1mL酒石酸和乙醇10.0mL，让溶液体系缓慢形2
成白色凝胶，在光强为160mW/cm，波长为200～500nm的UV灯下聚合1min得到产品，经过力学性能测试，样品的压缩强度为370.13MPa。

[0033] 对比例2

[0034] 称量5.0g纳米羟基磷灰石，悬浮于40.0mL的乙酸乙酯中，电磁搅拌，温度控制在5℃，氮气保护。逐滴加入溶有10.0g异氰酸丙基三乙氧基硅烷、催化剂二月桂酸二丁基锡的乙酸乙酯溶液，反应3小时后，洗涤、离心，真空干燥。取干燥后的样品0.0g，水1.0g，3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷3.0g，光引发剂2959含量为体系的1.0％，加入0.1mL
2
盐酸和乙醇0.2mL，让溶液体系缓慢形成白色凝胶，在光强为10mW/cm，波长为200～500nm的UV灯下聚合5min得到产品，经过力学性能测试，样品的压缩强度为416.63MPa。