專利名稱：一種含環(huán)氧基的硅氧烷包覆改性羥基磷灰石制備光固化骨修復(fù)材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用含環(huán)氧基的硅氧烷包覆改性羥基磷灰石制備光固化骨修復(fù)材 料的方法，屬于生物復(fù)合醫(yī)用材料研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
羥基磷灰石是一種微溶于水的弱堿性磷酸的鈣鹽，也是人體骨組織的主要無(wú)機(jī)成 分，占人體骨組織的70%以上，植入體內(nèi)后在體液的作用下，鈣和磷會(huì)游離出材料表面被機(jī) 體組織所吸收，并生長(zhǎng)出新的組織。相對(duì)其他的無(wú)機(jī)材料來(lái)說(shuō)，羥基磷灰石有很高的化學(xué)穩(wěn) 定性和耐磨性，而且具有良好的生物活性和生物相容性，因而它是很有潛力的生物材料之 一。人工合成的納米級(jí)羥基磷灰石生物陶瓷由于其結(jié)構(gòu)和性能與天然羥基磷灰石的相似， 并具有良好的生物相容性和成骨活性，因此被廣泛應(yīng)用于骨損傷的修復(fù)。但是羥基磷灰石 其本身力學(xué)性能差、強(qiáng)度低、脆性大，限制了它在臨床醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。目前，提高羥基磷灰石 力學(xué)性能的主要方法是將羥基磷灰石和其他高分子材料復(fù)合，例如國(guó)內(nèi)專利CN101376038A 殼聚糖與羥基磷灰石復(fù)合，CN101491698A碳纖維增強(qiáng)羥基磷灰石。對(duì)于羥基磷灰石-聚合 物復(fù)合材料，無(wú)機(jī)粒子與聚合物基體界面相容性的問(wèn)題影響復(fù)合材料的力學(xué)性能的主要因 素之一。兩相之間缺少粘附力常會(huì)導(dǎo)致無(wú)機(jī)粒子/聚合物基界面的斷裂。無(wú)機(jī)納米粒子接 枝聚合物是一種提高無(wú)機(jī)納米粒子在有機(jī)溶劑和聚合物基體的分散性，增加聚合物基體和 納米粒子的粘結(jié)力的有效方法。由于光聚合具有聚合速度快，無(wú)污染，無(wú)溶劑，高效節(jié)能等特點(diǎn)，并且陽(yáng)離子光引 發(fā)不存在氧阻聚的問(wèn)題，體積收縮小，因而利用UV光聚合制備有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料現(xiàn)在得 到了廣泛的應(yīng)用。光聚合制備有機(jī)/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料與其他制備方法有相同之處，不同 之處在于聚合方式不同。在制備有機(jī)/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料時(shí)，溶膠凝膠法也是用來(lái)改善納 米填充粒子在聚合物基分散的技術(shù)之一。溶膠凝膠雜化材料在聚合過(guò)程中形成互穿網(wǎng)絡(luò)聚 合物網(wǎng)絡(luò)。這種技術(shù)形成的納米粒子具有三維結(jié)構(gòu)。并且具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)反應(yīng)條件 溫和，室溫或略高于室溫的制備條件；在溶膠階段各組分以分子形式分散，所獲得的雜化材 料的相分離尺寸可達(dá)到納米級(jí)；可采用多種途徑引人有機(jī)組分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用含環(huán)氧基的硅氧烷包覆改性羥基磷灰石制備光固化 骨修復(fù)材料的方法，進(jìn)一步提高硬組織修復(fù)材料的力學(xué)性能。一種含環(huán)氧基的硅氧烷包覆改性羥基磷灰石制備光固化骨修復(fù)材料方法，其特征 在于，包括羥基磷灰石的表面接枝改性；通過(guò)溶膠凝膠法把改性后的羥基磷灰石包覆在 硅氧烷中；UV光聚合。具體步驟如下1)將干燥后的納米羥基磷灰石(HA)懸浮在溶劑中，在5°C 80°C的溫度和惰性氣 氛下加入硅氧烷衍生物和催化劑進(jìn)行反應(yīng)，3 5小時(shí)后，用溶劑洗滌，最后干燥獲得改性后的羥基磷灰石。所述的溶劑為四氫呋喃、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種或者幾種的混合溶劑。所述的硅氧烷衍生物為含有 異氰酸根基團(tuán)、環(huán)氧基團(tuán)、鹵素基團(tuán)的硅氧烷中的一種。催化劑為二月桂酸二丁基錫、三亞 乙基二胺、二甲基咪唑、氫氧化鈉或者有機(jī)鉍類催化劑。2)將步驟(1)得到的改性后的羥基磷灰石(HA-g-Si)與可光固化的含環(huán)氧基的硅 氧烷混合，加入反應(yīng)劑、催化劑、溶劑以及光引發(fā)劑，利用溶膠-凝膠方法形成穩(wěn)定均一的 包覆HA-g-Si納米顆粒的膠體。所述的反應(yīng)劑是水，溶劑是甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、異丁醇、乙二醇、正十二醇， 催化劑是鹽酸、硝酸、硫酸、硼酸、草酸、甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、或者是氨水、氫氧化鈉、 氫氧化鉀中的一種。引發(fā)劑為陽(yáng)離子引發(fā)劑重氮鹽、二芳基碘鐺鹽、三芳基硫鐺鹽、烷基硫 鐺鹽、鐵芳烴鹽、磺酰氧基酮及三芳基硅氧醚中的一種或多種或者陽(yáng)離子引發(fā)劑與自由基 光引發(fā)劑α “胺基酮衍生物、苯偶酰及其衍生物的混和。3)將步驟(2)得到的膠體移入模具中置于UV燈下，經(jīng)紫外光輻射進(jìn)行固化反應(yīng)光 固化成型得到了固化材料。步驟(2)中所述改性后的羥基磷灰石、可光固化的含環(huán)氧基的硅氧烷、反應(yīng)劑、溶 劑的用量為改性后的羥基磷灰石質(zhì)量/反應(yīng)劑/溶劑/可光固化的含環(huán)氧基的硅氧烷為 0. 01 1. 6g/l 10g/0. 2 10M1/3 20g。步驟(2)中所述的可光固化的含環(huán)氧基的硅氧烷為可光固化的含環(huán)氧基的甲氧
基硅氧烷和乙氧基硅氧烷。步驟(3)中所述的紫外光源的照射時(shí)間為5 30min，波長(zhǎng)為200 500nm，光強(qiáng) 為 10 200mW/cm2。本發(fā)明的光固化骨修復(fù)材料具有很好的生物相容性和力學(xué)性能，具有親水性，且 固化前呈流動(dòng)的粘性溶膠狀態(tài)，不僅有利于與組織結(jié)合在一起，還可以注射成型，用于修復(fù) 體內(nèi)組織的不規(guī)則缺陷。固化后力學(xué)性能顯著提高，可以作為承受負(fù)荷的部位的骨替代物 的材料?？梢宰鳛槌惺茇?fù)荷的部位的骨替代物的材料。反應(yīng)條件溫和，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，可以 實(shí)驗(yàn)室制備和工業(yè)生產(chǎn)。HA-g-Si顆粒以納米尺寸均勻分散在含硅的凝膠體系中，具有類似 于核殼的包覆結(jié)構(gòu)，材料的生物相容性和力學(xué)性能都有十分顯著的提高，是極具應(yīng)用前景 的生物醫(yī)用復(fù)合材料。


圖1實(shí)施例1中所制備的被硅氧烷包裹的改性羥基磷灰石(HA-g-Si)固化前的透 射電子顯微鏡(TEM)圖片。圖2實(shí)施例1中所制備的用于力學(xué)性能測(cè)試的圓柱狀樣品的圖片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮于40. OmL的乙酸乙酯中，電磁攪拌，溫度控制在 5°C，氮?dú)獗Ｗo(hù)。逐滴加入溶有10. Og異氰酸丙基三乙氧基硅烷、催化劑二月桂酸二丁基錫的乙酸乙酯溶液，反應(yīng)3小時(shí)后，洗滌、離心，真空干燥。取干燥后的樣品0. 2g，水1.0g，3-縮 水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷3. Og,光引發(fā)劑重氮鹽含量為體系的1.0%，加入0. ImL鹽 酸和乙醇0. 2mL,讓溶液體系緩慢形成白色凝膠，在光強(qiáng)為lOmW/cm2，波長(zhǎng)為200 500nm的 UV燈下聚合5min得到產(chǎn)品。實(shí)施例2稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮于40. OmL的四氫呋喃中，電磁攪拌，溫度控制在 20°C，氮?dú)獗Ｗo(hù)。逐滴加入溶有10. Og異氰酸丙基三甲氧基硅烷、催化劑三亞乙基二胺的 四氫呋喃溶液，反應(yīng)3小時(shí)后，洗滌、離心，真空干燥。取干燥后的樣品0.8g，水1.0g，3-縮 水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷3. Og，光引發(fā)劑二芳基碘鐺鹽/651含量為體系的 1.0%，加入0. ImL氨水和甲醇l.OmL，讓溶液體系緩慢形成白色凝膠，在光強(qiáng)為50mW/cm2， 波長(zhǎng)為200 500nm的UV燈下聚合IOmin得到產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)力學(xué)性能測(cè)試，樣品的壓縮強(qiáng)度 為 650MPa。實(shí)施例3稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮于40. OmL的N，N- 二甲基甲酰胺中，電磁攪拌，溫 度控制在100°C，氬氣保護(hù)。逐滴加入溶有10. Og 3-縮水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、催 化劑二甲基咪唑的氮，氮-二甲基甲酰胺溶液，反應(yīng)3小時(shí)后，洗滌、離心，真空干燥。取干 燥后的樣品1. 6g，水1. 0g，3-縮水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷3. 0g，光引發(fā)劑三芳基硫 鐺鹽含量為體系的1.0%，加入0. ImL氫氧化鈉和丙醇l.OmL，讓溶液體系緩慢形成白色凝 膠，在光強(qiáng)為200mW/cm2，波長(zhǎng)為200 500nm的UV燈下聚合20min得到產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)力學(xué)性 能測(cè)試，樣品的壓縮強(qiáng)度為650MPa。實(shí)施例4稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮于40. OmL的四氯化碳中，電磁攪拌，溫度控制在 80°C，氮?dú)獗Ｗo(hù)。逐滴加入溶有10. Og三氯丙基三乙氧基硅烷、催化劑氫氧化鈉的乙酸乙酯 溶液，反應(yīng)3小時(shí)后，洗滌、離心，真空干燥。取干燥后的樣品1.(^，水9.(^，3-縮水甘油醚 氧基丙基三乙氧基硅烷12. 0g，光引發(fā)劑烷基硫鐺鹽含量為體系的1.0%，加入0. ImL硝酸 和丁醇1. OmL，讓溶液體系緩慢形成白色凝膠，在光強(qiáng)為160mW/cm2，波長(zhǎng)為200 500nm的 UV燈下聚合30min得到產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)力學(xué)性能測(cè)試，樣品的壓縮強(qiáng)度為560MPa。實(shí)施例5稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮于40. OmL的甲酸乙酯中，電磁攪拌，溫度控制在 20°C，氬氣保護(hù)。逐滴加入溶有10. Og異氰酸丙基三乙氧基硅烷、催化劑BiCATSlOS的四氯 化碳溶液，反應(yīng)3小時(shí)后，洗滌、離心，真空干燥。取干燥后的樣品0. 88，水1.(^，3-(2，3-環(huán) 氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷20. 0g，光引發(fā)劑鐵芳烴鹽含量為體系的1.0%，加入0. ImL 草酸和正丁醇1. OmL,讓溶液體系緩慢形成白色凝膠，在光強(qiáng)為160mW/cm2，波長(zhǎng)為200 500nm的UV燈下聚合15min得到產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)力學(xué)性能測(cè)試，樣品的壓縮強(qiáng)度為680MPa。實(shí)施例6稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮于40. OmL的丙酸乙酯中，電磁攪拌，溫度控制在 60°C，氮?dú)獗Ｗo(hù)。逐滴加入溶有10. Og異氰酸丙基三乙氧基硅烷、催化劑二月桂酸二丁基錫 的乙酸乙酯溶液，反應(yīng)3小時(shí)后，洗滌、離心，真空干燥。取干燥后的樣品1.6g，水10. 0g， 3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷20. 0g，光引發(fā)劑磺酰氧基酮含量為體系的1. 0%，加入0. ImL甲酸和乙二醇l.OmL，讓溶液體系緩慢形成白色凝膠，在光強(qiáng)為160mW/cm2，波 長(zhǎng)為200 500nm的UV燈下聚合15min得到產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)力學(xué)性能測(cè)試，樣品的壓縮強(qiáng)度為 620MPa。實(shí)施例7稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮于40. OmL的丁酸乙酯中，電磁攪拌，溫度控制在 20°C，氮?dú)獗Ｗo(hù)。逐滴加入溶有10. Og異氰酸丙基三乙氧基硅烷、催化劑二月桂酸二丁基錫 的乙酸乙酯溶液，反應(yīng)3小時(shí)后，洗滌、離心，真空干燥。取干燥后的樣品0. SgdK 10. Og，
2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己烷)乙基三甲氧基硅烷20.0g，光引發(fā)劑三芳基硅氧醚含量為體系的 1. 0%，加入0. ImL乙酸和乙醇1. OmL，讓溶液體系緩慢形成白色凝膠，在光強(qiáng)為160mW/cm2， 波長(zhǎng)為200 500nm的UV燈下聚合15min得到產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)力學(xué)性能測(cè)試，樣品的壓縮強(qiáng)度 為 760MPa。實(shí)施例8稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮于40. OmL的乙酸甲酯中，電磁攪拌，溫度控制在 20°C，氬氣保護(hù)。逐滴加入溶有10. Og異氰酸丙基三乙氧基硅烷、催化劑二月桂酸二丁基錫 的乙酸乙酯溶液，反應(yīng)3小時(shí)后，洗滌、離心，真空干燥。取干燥后的樣品0. SgdK 10. 0g，
3-[(2，3)_環(huán)氧丙氧]丙基甲基二甲氧基硅烷20.0g，光引發(fā)劑Z-EA/EDMAB含量為體系 的1. 0%，加入0. ImL乙二酸和正十二醇10. OmL，讓溶液體系緩慢形成白色凝膠，在光強(qiáng)為 160mff/cm2,波長(zhǎng)為200 500nm的UV燈下聚合15min得到產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)力學(xué)性能測(cè)試，樣品 的壓縮強(qiáng)度為530MPa。實(shí)施例9稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮于40. OmL的乙酸丙酯中，電磁攪拌，溫度控制 在5°C，氮?dú)獗Ｗo(hù)。逐滴加入溶有10. Og異氰酸丙基三乙氧基硅烷、催化劑二月桂酸二丁 基錫的乙酸乙酯溶液，反應(yīng)3小時(shí)后，洗滌、離心，真空干燥。取干燥后的樣品0. OlgdK 1.0g，3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅3. 0g，光引發(fā)劑三芳基硫鐺鹽/907含量為體系的 1.0%,加入0. ImL硼酸和乙醇0. 2mL,讓溶液體系緩慢形成白色凝膠，在光強(qiáng)為lOmW/cm2， 波長(zhǎng)為200 500nm的UV燈下聚合15min得到產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)力學(xué)性能測(cè)試，樣品的壓縮強(qiáng)度 為 900MPa。對(duì)比例1稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮于40. OmL的乙酸乙酯中，電磁攪拌，溫度控制在 5°C，氮?dú)獗Ｗo(hù)。逐滴加入溶有10. Og異氰酸丙基三乙氧基硅烷、催化劑二月桂酸二丁基錫 的乙酸乙酯溶液，反應(yīng)3小時(shí)后，洗滌、離心，真空干燥。取干燥后的樣品0. 0g，水1.0g，3-縮 水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷3. Og,光引發(fā)劑重氮鹽含量為體系的1.0%，加入0. ImL鹽 酸和乙醇0. 2mL,讓溶液體系緩慢形成白色凝膠，在光強(qiáng)為lOmW/cm2，波長(zhǎng)為200 500nm的 UV燈下聚合5min得到產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)力學(xué)性能測(cè)試，樣品的壓縮強(qiáng)度為310MPa。對(duì)比例2稱量0. 8g納米羥基磷灰石，水10. Og, 3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅20. Og, 光引發(fā)劑苯偶姻含量為體系的1. 0%，加入0. ImL酒石酸和乙醇10. OmL，讓溶液體系緩慢形 成白色凝膠，在光強(qiáng)為160mW/cm2，波長(zhǎng)為200 500nm的UV燈下聚合15min得到產(chǎn)品，經(jīng) 過(guò)力學(xué)性能測(cè)試，樣品的壓縮強(qiáng)度為400MPa。
權(quán)利要求
一種含環(huán)氧基的硅氧烷包覆改性羥基磷灰石制備光固化骨修復(fù)材料方法，其特征在于，包括羥基磷灰石的表面接枝改性；通過(guò)溶膠凝膠法把改性后的羥基磷灰石包覆在硅氧烷中；UV光聚合；具體步驟如下1)將干燥后的納米羥基磷灰石(HA)懸浮在溶劑中，在5℃～80℃的溫度和惰性氣氛下加入硅氧烷衍生物和催化劑進(jìn)行反應(yīng)，3～5小時(shí)后，用溶劑洗滌，最后干燥獲得改性后的羥基磷灰石；所述的溶劑為四氫呋喃、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種或者幾種的混合溶劑；所述的硅氧烷衍生物為含有異氰酸根基團(tuán)、環(huán)氧基團(tuán)、鹵素基團(tuán)的硅氧烷中的一種；催化劑為二月桂酸二丁基錫、三亞乙基二胺、二甲基咪唑、氫氧化鈉或者有機(jī)鉍類催化劑；2)將步驟(1)得到的改性后的羥基磷灰石與可光固化的含環(huán)氧基的硅氧烷混合，加入反應(yīng)劑、催化劑、溶劑以及光引發(fā)劑，利用溶膠 凝膠方法形成穩(wěn)定均一的包覆HA g Si納米顆粒的膠體；所述的反應(yīng)劑是水，溶劑是甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、異丁醇、乙二醇、正十二醇，催化劑是催化劑是鹽酸、硝酸、硫酸、硼酸、草酸、甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、或者是氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種。引發(fā)劑為陽(yáng)離子引發(fā)劑重氮鹽、二芳基碘鎓鹽、三芳基硫鎓鹽、烷基硫鎓鹽、鐵芳烴鹽、磺酰氧基酮及三芳基硅氧醚中的一種或多種或者陽(yáng)離子引發(fā)劑與自由基光引發(fā)劑α 胺基酮衍生物、苯偶酰及其衍生物的混和；3)將步驟(2)得到的膠體移入模具中置于UV燈下，經(jīng)紫外光輻射進(jìn)行固化反應(yīng)光固化成型得到了固化材料。
2.權(quán)利要求1的一種含環(huán)氧基的硅氧烷包覆改性羥基磷灰石制備光固化骨修復(fù)材料 方法，其特征在于，步驟(2)中所述的可光固化的含環(huán)氧基的硅氧烷為可光固化的含環(huán)氧 基的甲氧基硅氧烷和乙氧基硅氧烷。
3.權(quán)利要求1的一種含環(huán)氧基的硅氧烷包覆改性羥基磷灰石制備光固化骨修復(fù)材料 方法，其特征在于，步驟(2)中所述改性后的羥基磷灰石、可光固化的含環(huán)氧基的硅氧烷、 反應(yīng)劑、溶劑的用量為改性后的羥基磷灰石質(zhì)量/反應(yīng)劑/溶劑/可光固化的含環(huán)氧基的 硅氧燒為 0. 01 1. 6g/l 10g/0. 2 10M1/3 20g。
4.權(quán)利要求1的一種含環(huán)氧基的硅氧烷包覆改性羥基磷灰石制備光固化骨修復(fù)材 料方法，其特征在于，步驟(3)中所述的紫外光源的照射時(shí)間為5 30min，波長(zhǎng)為200 500nm，光強(qiáng)為 10 200mW/cm2。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種含環(huán)氧基的硅氧烷包覆改性羥基磷灰石制備光固化骨修復(fù)材料方法，屬于生物復(fù)合醫(yī)用材料研究領(lǐng)域。包括羥基磷灰石的表面接枝改性；通過(guò)溶膠凝膠法把改性后的羥基磷灰石包覆在硅氧烷中；UV光聚合。本發(fā)明的光固化骨修復(fù)材料具有很好的生物相容性和力學(xué)性能，具有親水性，且固化前呈流動(dòng)的粘性溶膠狀態(tài)，不僅有利于與組織結(jié)合在一起，還可以注射成型，用于修復(fù)體內(nèi)組織的不規(guī)則缺陷。
文檔編號(hào)C08G77/44GK101966349SQ201010279348
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者暢文凱, 聶俊, 蘇丹, 馬貴平 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)