一种含黑磷纳米片的多功能骨填充材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含黑磷纳米片的多功能骨填充材料及其制备方法，材料包括：黑磷纳米片、纳米氧化镁、聚乙烯醇、壳聚糖；具体制备方法包括：制备黑磷纳米片、制备聚乙烯醇和壳聚糖水凝胶复合物、负载黑磷纳米片及纳米氧化镁水凝胶复合物等过程。本发明专利技术公开的多功能水凝胶骨填充支架克服了现有技术中支架体系对复杂疾病抵御性差及诱导成骨性差的缺陷，有效地提升了复杂疾病条件下骨缺损修复的进度。

【技术实现步骤摘要】
一种含黑磷纳米片的多功能骨填充材料及其制备方法
本专利技术涉及生物医学及高分子材料
，更具体的说是涉及一种含黑磷纳米片的多功能骨填充材料及其制备方法。
技术介绍
因外伤、感染及肿瘤等原因导致骨缺损的患者越来越多，虽然人体骨组织具有一定的自愈能力，但在大段骨缺损、并发感染或肿瘤条件下，其自愈能力大大减低，如何提高骨缺损修复的效率是人们关注的热点。目前，常见的骨填充材料包括：自体骨、异体骨及人工骨。在患者身体健康程度较好的情况下，传统的自体骨、异体骨植入能够较好的提高骨修复的速度，但当患者存在骨组织周围存在感染或肿瘤的情况时，传统的骨缺损治疗效果会大大降低。同时，自体骨来源有限，异体骨又易造成外源污染的风险，因此应用受到限制。理想的骨替代材料应具有良好的生物相容性、强度较好、多孔及成骨诱导性，且应保证来源易得，成本低。目前，市场上的人工骨替代材料各有特点。它们虽具有生物相容性，能在一定程度上满足临床需求，但它们的骨诱导性较差，并缺少对复杂疾病条件骨再生的促进。因此，如何提供一种能够同时具有对抗并发症及加速骨修复的多种功能的骨填充材料是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种含黑磷纳米片的多功能骨填充材料及其制备方法，该制备方法制备出的骨填充材料能对抗并发症及加速骨修复，并且具有良好生物相容性，能够搭载黑磷纳米片和纳米氧化镁，为细胞生长提供平台，同时壳聚糖具有一定程度的抗菌性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种含黑磷纳米片的多功能骨填充材料，材料包括：黑磷纳米片、纳米氧化镁、聚乙烯醇、壳聚糖。黑磷纳米片是一种新兴的二维材料，具有良好的生物可降解性、生物相容性及光热效应，其降解产物为磷酸盐，能够与钙离子结合形成钙磷复合物，是骨组织重要无机组成成分；同时，在近红外光的刺激下，黑磷纳米片具有良好的光热转换效率，能够通过光热效应杀伤细菌。纳米氧化镁可降解可形成碱性微环境，可以促进磷酸盐与钙离子的结合，加快钙磷沉积；同时，降解缓释出的镁离子能够促进血管新生及骨组织再生。聚乙烯醇和壳聚糖都是具有良好生物相容性的聚合物，通过冻融的物理交联方法可以制备水凝胶用于搭载上述两种纳米材料，能够很好地促进骨组织再生。同时，壳聚糖是一种具有抗菌性的聚合物，在一定程度上能够抑制细菌生长。优选地，所述黑磷纳米片、所述纳米氧化镁、所述聚乙烯醇、所述壳聚糖的质量比为0.05～0.2:1～5:5～10:0.5～1。优选地，所述纳米氧化镁的粒径为50nm，该粒径的纳米氧化镁更易在凝胶中分散。优选地，所述壳聚糖的脱乙酰度≥95％，该脱乙酰度在弱酸中的溶解性更好。上述所述一种含黑磷纳米片的多功能骨填充材料的制备方法，包括以下步骤：(1)按上述所述骨填充材料称取材料；(2)将所述聚乙烯醇和所述壳聚糖分别溶解后混合制成水凝胶；(3)将所述纳米氧化镁、所述黑磷纳米片依次加入所述水凝胶中，搅拌、超声分散均匀后，得到混合物；(4)将所述混合物倒入模具中重复冻融过程3～5次，最后放入冷冻干燥器中冻干，即得所述骨填充材料。本专利技术凝胶采用冻融的物理交联方法，反复冻融促进水凝胶交联，并且不引入额外的化学交联剂，不影响材料的生物相容性，且冻干形成的多孔结构也有利于组织长入。优选地，其特征在于，步骤(2)所述水凝胶的制备方法为：S1：将所述聚乙烯醇加入去离子水中搅拌溶解，得到聚乙烯醇溶液；S2：将所述壳聚糖加入1％醋酸溶液中搅拌溶解，得到壳聚糖溶液；S3：将所述聚乙烯醇溶液冷却至室温后和所述壳聚糖溶液按体积比1:1～2混合，搅拌1～1.5h，即得所述水凝胶。优选地，S1步骤中所述聚乙烯醇溶液的质量分数为10～20wt％；S2步骤中所述壳聚糖溶液的质量分数为1～2wt％。优选地，S1步骤所述搅拌溶解的条件为：在90～95℃条件下转速为400～500rpm，加快聚乙烯醇在水中溶解；S2步骤所述搅拌溶解的条件为：在室温下转速为400～500rpm，方便壳聚糖溶解；S3步骤所述搅拌的条件为：在室温下转速为600～800rpm，使聚乙烯醇和壳聚糖充分混匀。优选地，步骤(3)所述黑磷纳米片加入时先制备成黑磷纳米片溶液。优选地，所述黑磷纳米片溶液的制备方法为：1)将黑磷晶体溶于N-甲基吡咯烷酮中，配比为1mg：1mL；并在冰浴条件下超声8～10h，得混合液1；2)将混合液1在3000～4000rpm下离心15～20min，弃沉淀，取上清液；3)将所述上清液在8000～12000rpm下离心15～20min，取沉淀，用去离子水重悬所述沉淀，在8000～12000rpm下再次离心15～20min，重复重悬离心1-2次；4)将所得沉淀重悬于适量去离子水中，即得所述黑磷纳米片溶液，将其浓度调整为1mg/mL。上述制备方法中采用超声可以获得黑磷纳米片，冰浴条件下可防止制备的黑磷纳米片氧化；重复离心、重悬的操作可将有机溶剂充分去除，避免有机溶剂对细胞产生毒副作用。优选地，步骤(3)所述搅拌的转速为600～800rpm，所述搅拌的时间为0.5～1h；所述超声的时间为2～3min，功率为1200W，开/关时间：2s/2s。优选地，步骤(4)所述的冻融步骤为：首先在-25～-20℃条件下冷冻20～22h，然后置于室温中解冻2～4h。优选地，步骤(4)所述的冻干条件为：温度≤-80℃，时间≥24h。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开了一种含黑磷纳米片的多功能骨填充材料及其制备方法，具有以下技术效果：(1)PVA-CS水凝胶具有良好生物相容性，能够搭载BPNs和MgO，为细胞生长提供平台，同时CS具有一定程度的抗菌性；(2)BPNs降解产生的磷酸盐能够捕获钙离子，为新生骨形成提供无机成分。同时，具有光热效应能够增强抗菌性能；(3)添加的镁降解形成的碱性微环境，促进钙磷结合。同时，产生的镁离子能够促进新生骨形成。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1骨填充材料的表面形貌图；图2是本专利技术实施例1骨填充材料在SBF浸泡溶液pH值变化图；图3是本专利技术实施例1骨填充材料ALP活性分析图；图4是本专利技术实施例1骨填充材料24h抗菌性能图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含黑磷纳米片的多功能骨填充材料，其特征在于，材料包括：黑磷纳米片、纳米氧化镁、聚乙烯醇、壳聚糖。/n

【技术特征摘要】
1.一种含黑磷纳米片的多功能骨填充材料，其特征在于，材料包括：黑磷纳米片、纳米氧化镁、聚乙烯醇、壳聚糖。


2.根据权利要求1所述的一种含黑磷纳米片的多功能骨填充材料，其特征在于，所述黑磷纳米片、所述纳米氧化镁、所述聚乙烯醇、所述壳聚糖的质量比为0.05～0.2:1～5:5～10:0.5～1。


3.一种含黑磷纳米片的多功能骨填充材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按权利要求1或2所述骨填充材料称取材料；
(2)将所述聚乙烯醇和所述壳聚糖分别溶解后混合制成水凝胶；
(3)将所述纳米氧化镁、所述黑磷纳米片依次加入所述水凝胶中，搅拌、超声分散均匀后，得到混合物；
(4)将所述混合物倒入模具中重复冻融过程3～5次，最后放入冷冻干燥器中冻干，即得所述骨填充材料。


4.根据权利要求3所述的一种多功能骨填充材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述水凝胶的制备方法为：
S1：将所述聚乙烯醇加入去离子水中搅拌溶解，得到聚乙烯醇溶液；
S2：将所述壳聚糖加入1％醋酸溶液中搅拌溶解，得到壳聚糖溶液；
S3：将所述聚乙烯醇溶液冷却至室温后和所述壳聚糖溶液按体积比1:1～2混合，搅拌1～1.5h，即得所述水凝胶。


5.根据权利要求4所述的一种含黑磷纳米片的多功能骨填充材料的制备方法，其特征在于，S1步骤中所述聚乙烯醇溶液的质量分数为10～20wt％；S2步骤中所述壳聚糖溶液的质量分数为1～2wt％。


6.根据权利要求4所述的一种含黑磷纳米片的多功能骨填充材料的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦彦国，卿云安，李瑞延，房旭，高鑫，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22