用于骨组织工程的支架材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于骨组织工程的支架材料及其制备方法，涉及生物医学材料技术领域。该支架材料包括：壳聚糖衍生物，由葫芦[n]脲接枝壳聚糖制得，其中，n＝5～8；氧化石墨烯和砭石粉。具体制备方法：取壳聚糖衍生物溶液，加入砭石粉和氧化石墨烯，超声；然后加入甘油，充分混匀、脱泡，冷冻、干燥得到支架材料。本发明专利技术制得的支架材料具有较高的孔隙率，骨传导性较强；且具有较高的骨诱导活性，能诱导骨细胞长入材料，促进新生骨组织生成；生物相容性良好，力学性能优异，无毒且可生物降解。

【技术实现步骤摘要】
用于骨组织工程的支架材料及其制备方法
本专利技术属于生物医学材料
，具体涉及用于骨组织工程的支架材料及其制备方法。
技术介绍
骨缺损的治疗一直以来是骨科临床上的难题之一。全球每年骨折和骨缺损的患者数以千万计，传统的治疗方法主要有自体骨移植、同种异体骨移植、人工骨移植，然而这些方法都存在较大的缺陷。自体骨移植作为骨移植技术的“金标准”，存在造成新的病损、来源有限、引起骨区感染、疼痛、手术时间长等缺陷；同种异体骨移植存在易被人体吸收，易感染，免疫排斥反应严重等；人工骨移植存在来源有限，成骨困难，原料孔隙率变异大等缺陷。由于现行骨缺损修复方法的种种缺陷，目前研究者们将修复骨缺损目标转向骨组织工程。组织工程的核心为：建立细胞与生物材料的三维空间复合体，即具有生命力的活体组织，用来对病损组织进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代。组织工程包括三个关键因素：信号分子(生长因子、诱导因子)、支架材料和靶细胞。支架材料在构建组织工程化组织或器官中占有举足轻重的地位，不仅为特定的细胞提供结构支撑，有利于细胞的黏附、营养物质的交换、细胞增殖和分化并向支架内部迁移，为细胞生长提供合适的外部环境，而且还能起到模板的作用，引导组织再生和控制组织结构。目前常用的组织工程支架材料包括可降解的生物活性无机材料、天然生物高分子和可降解合成高分子材料以及它们的复合材料。虽然近几年有关组织工程支架材料的研究很多，但至今尚未研制出一种理想的骨组织工程支架材料。如何制备出生物相容性、细胞亲和性、力学性能良好以及材料降解与细胞生长或成骨速度基本匹配的高孔隙率支架是目前组织工程研究急需解决的问题。解决问题的可行途径之一是通过两种或以上具有互补特性的生物可降解材料复合，并进行仿生设计、模拟和实验，制备性能优异的复合组织工程支架材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于骨组织工程的支架材料及其制备方法，该支架材料具有较高的孔隙率和连通性，骨传导性较强，力学性能优异；且具有较高的骨诱导活性，可促进新生骨组织生成；生物相容性良好，无毒，可生物降解。本专利技术为实现上述目的所采取的技术方案为：一种用于骨组织工程的支架材料，包括：壳聚糖衍生物，由葫芦[n]脲接枝壳聚糖制得，其中，n＝5～8；氧化石墨烯；砭石粉。壳聚糖是一个典型的天然材料在骨组织工程中以极大的优势，提供了高密度的阳离子表面，进而促进细胞的粘附，并未细胞的增殖和细胞外基质生产提供一个友好的微环境；且本身具有优异的生物相容性和抗菌性能；接枝葫芦[n]脲制得壳聚糖衍生物，结合两者特点，可形成物质传输定向通道；再与氧化石墨烯复合，通过不同的分子间作用力，形成有序的排列结构，使得材料具有相互连通的三维多孔结构。砭石粉以砭石为原料，经纳米技术萃取而成的粉末状物质，具有纳米尺寸，含有多种微量元素及稀土元素，分散在三维结构中，可促进成骨分化和细胞外基质矿化，抑制向破骨细胞分化；进而提高体外骨诱导性能，诱导其向成骨细胞转化，同时可调节成骨相关细胞因子和破骨细胞因子的表达。除此之外，还可进一步提升材料的力学性能。本专利技术制得的支架材料在体内能够促进新生骨组织生成，从而达到促进骨修复的目的；具有良好的生物相容性，无毒性。优选地，葫芦[n]脲接枝壳聚糖的接枝率≥46％。壳聚糖衍生物的制备方法，包括：将葫芦[n]脲与过硫酸钾分散于水中，氮气保护下，加入壳聚糖，加热搅拌反应，过滤，收集清液，透析、沉淀、抽滤、洗涤、提纯，得到壳聚糖衍生物。优选地，葫芦[n]脲与过硫酸钾的质量比为1：1.2～1.5；壳聚糖的加入量为0.05～0.08g/mL。一种用于骨组织工程的支架材料的制备方法，包括：取壳聚糖衍生物溶液，加入砭石粉和氧化石墨烯，超声；然后加入甘油，充分混匀、脱泡，冷冻、干燥得到支架材料。优选地，壳聚糖衍生物溶液的浓度为5～8％，溶剂为3～5％的冰醋酸溶液。优选地，砭石粉的质量为壳聚糖衍生物质量的8～10％；氧化石墨烯的质量为壳聚糖衍生物质量的0.5～0.8％。优选地，甘油的加入量占壳聚糖衍生物质量的25～30％。优选地，冷冻温度为-20～25℃，冷冻时间22～24h；所述干燥操作为真空冷冻干燥，时间为36～48h。优选地，在支架材料的制备过程中加入托玛琳石，其加入量为壳聚糖衍生物质量的3～5％。托玛琳石的加入，形成微纳米级的孔道，提高支架材料内部孔隙的连通性，且孔隙率较高；支架中大孔隙为细胞和组织的长入提供足够的空间，小孔隙有利于支架内外物质交换，提高物质交换的效率，为支架内部细胞组织提供充足的营养物质，加快细胞代谢废物的排出；促进细胞外基质矿化，使得材料具有更好的骨传导性和骨整合性；除此之外还可维持较高的力学性能。相比于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：葫芦[n]脲接枝壳聚糖制得壳聚糖衍生物，可形成物质传输定向通道；再于氧化石墨烯复合，形成有序排列的三维多孔结构；砭石粉分散在三维结构中，可促进成骨分化和细胞外基质矿化，抑制向破骨细胞分化，进而提高体外骨诱导性能。除此之外，还可进一步提升支架材料的力学性能。托玛琳石的加入，在维持支架材料良好的力学性能的同时，可提高其内部孔隙率和连通率，使得材料具有更好的骨传导性和骨整合性。本专利技术制得的支架材料在体内能够促进新生骨组织生成，从而达到促进骨修复的目的；具有良好的生物相容性，无毒性；可应用于骨组织工程。因此，本专利技术提供了一种用于骨组织工程的支架材料及其制备方法，该支架材料具有较高的孔隙率和连通性，骨传导性较强，力学性能优异；且具有较高的骨诱导活性，可促进新生骨组织生成；生物相容性良好，无毒，可生物降解。附图说明图1为本专利技术试验例1中生物相容性测试结果对比示意图；图2为本专利技术试验例1中ALP活性测试结果对比示意图；图3为本专利技术试验例1中成骨分化性能测试结果对比示意图；图4为本专利技术试验例1中TRAP活性测试结果对比示意图；图5为本专利技术试验例1中破骨分化性能测试结果对比示意图；图6为本专利技术试验例2中体内骨再生性能测试结果对比示意图；图7为本专利技术试验例3中孔隙率和连通率测试结果对比示意图；图8为本专利技术试验例3中力学性能测试结果对比示意图。具体实施方式以下结合具体实施方式和附图对本专利技术的技术方案作进一步详细描述：本专利技术实施例所用壳聚糖购自济南海德贝有限公司，葫芦[6]脲、葫芦[7]脲、葫芦[8]脲均购自上海纳孚生物科技有限公司。实施例1：壳聚糖衍生物的制备：将葫芦[6]脲与过硫酸钾(质量比为1：1.2)分散于水中，水的用量为葫芦[6]脲质量的25倍，通氮气30min；接着加入壳聚糖衍生物(加入量为0.05g/mL)，在氮气保护下，加热搅拌反应10小时，反应完毕后过滤除去不溶物，收集清液；将此清液稀释后，在硫酸钾稀溶液中透析48小时，将透析袋中的物质倒入10倍体积的沉淀剂中沉淀，抽滤后所得固体用水及沉淀剂反复洗涤5次提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于骨组织工程的支架材料，包括：/n壳聚糖衍生物，由葫芦[n]脲接枝壳聚糖制得，其中，n＝5～8；/n氧化石墨烯；/n砭石粉。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于骨组织工程的支架材料，包括：
壳聚糖衍生物，由葫芦[n]脲接枝壳聚糖制得，其中，n＝5～8；
氧化石墨烯；
砭石粉。


2.根据权利要求1所述的一种用于骨组织工程的支架材料，其特征在于：所述葫芦[n]脲接枝壳聚糖的接枝率≥46％。


3.权利要求1所述的壳聚糖衍生物的制备方法，包括：
将葫芦[n]脲与过硫酸钾分散于水中，氮气保护下，加入壳聚糖，加热搅拌反应，过滤，收集清液，透析、沉淀、抽滤、洗涤、提纯，得到壳聚糖衍生物。


4.根据权利要求3所述的壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于：所述葫芦[n]脲与过硫酸钾的质量比为1：1.2～1.5；壳聚糖的加入量为0.05～0.08g/mL。


5.权利要求1所述的一种用于骨组织工程的支架材料的制备方法，包括：
取壳聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：杭州鹿扬科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33