本发明专利技术公开了三维网络状壳聚糖-碳酸钙复合纳米材料及制备和细胞相容性。制备方法以壳聚糖为碳源，以二水氯化钙，碳酸氢铵，二次蒸馏水为原料，通过一步共电沉积的方法，在不锈钢表面得到壳聚糖-碳酸钙复合纳米材料。通过体外细胞培养，研究壳聚糖-碳酸钙复合纳米网状结构的生物兼容性。本发明专利技术不仅在于电化学沉积的方法简单可控，还有壳聚糖-碳酸钙纤维网状结构与基底结合牢固，机械性能强，生物兼容性良好，将壳聚糖-碳酸钙三维纤维网状结构做为细胞支架材料，取得了很好的实验结果。本发明专利技术工艺简单，成本低廉，对环境友好，符合作为组织工程细胞培养基质的生物材料的标准，可应用到骨修复中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种三维网络状壳聚糖与碳酸钙纳米复合材料的制备方法，特别涉及在以不锈钢片为工作电极上构筑壳聚糖-碳酸钙纤维网状复合纳米材料的制备方法，以及该复合材料在细胞培养方面的应用。
技术介绍
严重外伤、肿瘤切除、骨感染、先天性缺陷等骨缺损现象十分常见，所导致的骨骼损伤和骨质流失是主要的健康问题，极大地影响一个人的生存能力和生活质量。因此，制定有效的骨再生治疗是临床上研究矿化组织的一个重要的长期的目标。骨组织的修复、脊柱融合、人工假体置换等对骨移植材料的需求量巨大。目前骨重建手术治疗选择自体骨移植， 异体骨移植和使用生物材料。自体骨移植是目前临床治疗骨缺损较有效的方法，但来源有限且会造成供区新的创伤，对患者造成新的生理和心理创伤；异体骨移植因异体骨本身存在感染，传播疾病和抗原性问题等不足。而作为永久植体的各种金属、陶瓷或者其他人工材料，多数使用效果也不尽人意。近20年来，骨的仿生制备已成为修复缺损骨骼的重要研究方向。优异的生物矿化材料都采取有机分子调控无机相生长的策略，因此从生物分子调控的水平上去理解骨的形成和矿化过程，并在此基础上研究骨生物材料的合成是突破和取得发展的关键。优良的骨组织工程支架材料在组织和器官的培养过程中起暂时性的支架作用。作为组织工程细胞培养基质的生物材料应该具备良好的生物相容性；具有三维立体多孔结构；良好的材料细胞-界面；具有一定的可塑性和良好的机械强度。因此，支架材料的研发是组织工程学领域的研究热点。壳聚糖(Chitosan简称CS)，学名是聚氨基葡萄糖，化学名为(1，4)_2_胺基_2_脱氧-β-D-葡聚糖。由于分子内、分子间的氢键作用，使其呈紧密的晶态结构，不溶于水和大多数有机溶剂，可溶于稀的盐酸、硝酸等无机酸和大多数有机酸。壳聚糖分子链段中含有大量的氨基、羟基和N-乙酰基。分子中的氨基能够提供与多种金属离子反应的活性位点，能通过许多途径来键合金属离子，包括化学作用的螯合、静电作用的离子交换或是形成离子对。由于壳聚糖具有无毒、良好的生物相容性、生物的可降解性、抗菌性，以及抗微生物性等等许多独特的性能，壳聚糖已经在组织工程、药物释放、术后防粘连膜、骨科修复材料等上有广泛的应用。但是壳聚糖吸水性强，形成的纤维或者膜材料的湿态机械强度差，作为医用材料的应用受到了限制。提高其机械性能，对其在生物医疗领域的应用有重要意义。碳酸钙是天然骨的主要成分，因此在骨组织的修复和替代、组织工程药物载体以及非病毒基因传递中被广泛地应用。但是由于其较差的可降解性和机械性能，单独使用碳酸钙会带来一系列问题。然而基于碳酸钙的一些生物复合材料，特别是碳酸钙-聚合物复合材料则可以克服这些缺点，因而引起了科学家的广泛关注。通过生物矿化作用可以方便地制备此类碳酸钙-聚合物复合材料。因为碳酸钙是自然界中广泛存在的一种无机矿物质，它的晶体易于表征，并且在生物矿化过程中适合于控制晶体的形态，从而使其成为实验室研究中常用的模型矿物质。利用生物矿化的方式，合成壳聚糖-碳酸钙复合材料既能保持壳聚糖所特有的生物兼容性等优异性能，而且能得到壳聚糖单纯使用时所没有的优异性能。其在细胞培植，骨组织修复，骨细胞的三维支撑支架和种子细胞或活性生长因子的生物载体材料方面得到广泛应用。曾有报道称在双膜扩散系统中，碳酸钙可以在壳聚糖溶胶薄膜上成核结晶。此类矿化的机理是基于成核后，碳酸钙晶体在壳聚糖表面继续结晶生长。 TakashiKato在壳聚糖膜表面通过可溶性高分子诱导不同晶型的碳酸钙生长，同时控制碳酸钙层的厚度，制备出层状复合薄膜。Takashi ^saki等利用层层沉积的方式形成壳聚糖-碳酸钙核壳结构。Linghao He等将制备好的壳聚糖薄膜浸入CaCl2溶液中，在CO2氛围下，形成层状壳聚糖-碳酸钙薄膜。但上述方法中所制备的复合材料力学性能不高，其作为细胞支架材料使用方面有一定的局限性。本专利技术通过一步共电沉积的方法，在不锈钢表面得到壳聚糖-碳酸钙复合纳米材料。通过体外细胞培养，研究壳聚糖-碳酸钙复合纳米网状结构的生物兼容性。专利技术的创新点不仅在于电化学沉积的方法简单可控，还有壳聚糖-碳酸钙纤维网状结构与基底结合牢固(即使在水或者乙醇溶液中超声清洗处理池，仍只有少部分脱落)，机械性能强，生物兼容性良好，而且将壳聚糖-碳酸钙三维纤维网状结构做为细胞支架材料，并取得了很好的实验结果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三维网络状壳聚糖-碳酸钙复合纳米材料及制备方法。该制备方法简单，制备的三维网络状复合材料具有良好的生物相容性。实现本专利技术目的的技术方案本专利技术的一种壳聚糖-碳酸钙复合材料，其特征在于该复合材料具有完整，致密的三维的纤维状网络结构，由直径25 40纳米，长度为5 30微米的纳米纤维结构交错在一起组成，并具有孔径为IOO-IOOOnm纳米的相互贯通的孔隙，此三维网络状结构复合材料的抗拉能力达1319. 2兆帕，比裸的不锈钢基底721. 4兆帕增强82. 9%。本专利技术的复合材料三维的纤维状网络结构由多个纳米小颗粒的聚合而成，纳米小颗粒沿着纤维的表面排列，构建一个三维交错的网络，为成骨细胞的粘附，生长，分化提供一个良好的平台。本专利技术的壳聚糖-碳酸钙复合材料中，壳聚糖与碳酸钙质量比为5 5.5 1，优 5. 25 1。本专利技术的壳聚糖-碳酸钙复合材料的制备方法，包括以下步骤1)、称取壳聚糖溶于去离子水中，配成819 901mg/200ml溶液，用2Μ HCl溶液调节pH = 5.0，搅拌12h后，再调pH = 5. 0 ；2)、取50ml上述溶液，先加入0. 0660g 二水合氯化钙，终浓度为9mM，磁力搅拌，再加入0. 0711g碳酸氢氨，终浓度为18mM，继续搅拌，然后调节溶液pH = 5. 5 ；3)、联机打开CHI-660工作站，将上述溶液作为母液，于三电极体系中用i_t法进行电化学沉积，参数设定为沉积电位E = -3 ；沉积时间t = 30min ；4)、电沉积过程后，将不锈钢片在蒸馏水中轻轻洗涤，室温下晾干，即得到壳聚糖-碳酸钙复合材料。上述制备壳聚糖-碳酸钙复合材料步骤1)中，称取壳聚糖溶于去离子水中，配成 200ml水中含860mg壳聚糖溶液。上述制备壳聚糖-碳酸钙复合材料步骤3)中，其三电极系统为参比电极=Ag-AgCl 电极；对电极Pt丝电极；工作电极不锈钢片。本专利技术的效果和优点1.本专利技术方法得到的壳聚糖-碳酸钙复合材料，具有三维的纤维网络状结构，其结构致密且分布均勻，并具有孔径为IOO-IOOOnm纳米的相互贯通的孔隙。2.整个制备过程简单易控制，耗能少，成本低，符合实际生产需要。3.本方法得到的壳聚糖-碳酸钙复合材料具备良好的生物相容性；具有三维立体多孔结构；良好的材料细胞-界面；具有良好的机械强度。为其实际应用到骨修复中提供了 ■石出。以下结合附图和实施例进一步对本专利技术进行说明。 附图说明图1是实施例1所制备的壳聚糖-碳酸钙复合材料的XRD图X射线衍射分析证实衍射角为29. 6，39. 8，47. 8，48. 8，50. 9和65. 2度是对应于碳酸钙六角形的晶体结构(JCPDS no. 81-2027)，结果表明复合材料碳酸钙以方解石的形式存在。(图中在XRD中2Θ = 43. 8，74.本文档来自技高网...
【技术保护点】
料的抗拉能力达１３１９．２兆帕。１．一种壳聚糖－碳酸钙复合材料，其特征在于：该材料具有完整，致密的三维的纤维状网络结构，由直径２５～４０纳米，长度为５～３０微米的纳米纤维结构交错在一起组成，并具有孔径为１００－１０００ｎｍ纳米的相互贯通的孔隙，此三维的纤维状网络结构复合材
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：龚静鸣，张伟，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：83
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