本發(fā)明涉及一種殼聚糖基仿生骨組織工程支架及其制備方法。特別是一種具有一定強(qiáng)度、較大孔徑且均勻分布納米針狀羥基磷灰石的殼聚糖基仿生骨組織工程支架及其制備方法。

背景技術(shù)：

仿生材料是指受自然界或生物的啟發(fā),進(jìn)而模擬某種特性開發(fā)的材料。從材料學(xué)的角度，材料仿生可分為成分仿生、結(jié)構(gòu)仿生、過程和加工制備仿生。骨是由69%磷酸鈣（主要為納米針狀或棒狀羥基磷灰石）、21%有序排列的膠原、9%水和1%其他成分組成。由于骨具有復(fù)雜的多級結(jié)構(gòu)，模擬完全具有骨結(jié)構(gòu)的仿生材料非常困難，現(xiàn)有研究主要集中在對骨成分的模擬。通過構(gòu)建模擬骨成分的仿生材料運用組織工程技術(shù)修復(fù)骨缺損，成為臨床研究關(guān)注的熱點。

膠原是骨的主要組成部分，但是膠原本身的力學(xué)性能較差，需要一個更好的替代物。研究指出，作為骨組織工程材料，必須具備良好的生物相容性、生物降解性、骨誘導(dǎo)性以及骨傳導(dǎo)性。生物相容性使材料與宿主組織結(jié)合時不會誘發(fā)免疫反應(yīng)；生物降解性則使材料在體內(nèi)能夠逐漸被生物體自身骨組織替代；當(dāng)修復(fù)大面積骨缺損時，植入生物可降解支架后，人體自身的骨誘導(dǎo)不能實現(xiàn)新骨的再生，這時需要支架自身具有骨誘導(dǎo)性能，而材料的骨傳導(dǎo)性是允許血管長入、細(xì)胞滲透和附著以及組織沉積和鈣化的重要因素。殼聚糖（Chitosan，CS）是一種甲殼素脫乙?；频玫姆肿雍邪被土u基的天然多糖，其分子的重復(fù)單元具有六元環(huán)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),比較適合作為受力的材料，可以較好的取代膠原作為基體材料，且CS具有良好的生物相容性、生物降解性和骨誘導(dǎo)性能。羥基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）是骨的主要無機(jī)組成部分，具有優(yōu)異的骨誘導(dǎo)和骨傳導(dǎo)性能。HA分子中的鈣離子能與殼聚糖的氨基發(fā)生螯合作用，羥基則能和氨基產(chǎn)生氫鍵，因此CS/HA體系是一種較理想的骨組織工程材料。

孔徑是支架材料非常重要的參數(shù)，在骨組織工程中，孔徑應(yīng)該在200到900μm范圍內(nèi)，更有利于細(xì)胞和養(yǎng)分的滲透、細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生以及支架內(nèi)新血管的快速生成。此外，足夠的力學(xué)強(qiáng)度使支架在體外能夠維持細(xì)胞生長的空間并抵擋流體靜壓力的沖擊，在體內(nèi)，骨修復(fù)位置早期的自調(diào)整也要求骨修復(fù)支架需要一定的力學(xué)強(qiáng)度。人體骨組織的基本結(jié)構(gòu)是包含有機(jī)、無機(jī)成分的雜化體，主要由有機(jī)的多肽類膠原纖維組成網(wǎng)狀支架，賦予骨組織以一定的彈性；然后由HA以納米針狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)有序地沉積于膠原纖維上，賦予骨組織以較高的力學(xué)強(qiáng)度。目前文獻(xiàn)和專利關(guān)于nHA/CS仿生骨組織工程支架的制備研究報道得很多，但是在不加其它成分的情況下，CS/HA復(fù)合支架同時滿足一定力學(xué)強(qiáng)度、較大孔徑且HA以納米針狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)分布于仿生支架材料基體中鮮見報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種殼聚糖基仿生骨組織工程支架。

本發(fā)明的目的之二在于提供該骨組織工程支架的制備方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種殼聚糖基仿生骨組織工程支架，其特征在于該骨組織工程支架是以殼聚糖為骨架，該骨架表面均勻鑲嵌有納米針狀羥基磷灰石，形成多孔結(jié)構(gòu)的殼聚糖基仿生骨組織工程支架，孔徑為：300~550μm；所述的殼聚糖與羥基磷灰石的質(zhì)量比為99：1~50：50。

上述的殼聚糖的分子量為：Mw = 4×10⁴ ～5×10⁴。

一種制備上述的殼聚糖基仿生骨組織工程支架的方法，其特征在于該方法的具體步驟為：

a. 將殼聚糖溶于質(zhì)量百分比濃度為2%的醋酸溶液中，攪拌制得均勻的殼聚糖溶液，溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%~5%；

b. 將鈣離子和磷酸根離子按化學(xué)計量比分別溶于去離子水中，充分溶解；

c. 將步驟b所得的鈣離子水溶液和磷酸根離子水溶液分別逐滴加入至步驟a所得的殼聚糖溶液中，劇烈攪拌1~30min，形成均勻的混合溶液，將溶液倒入多孔板中，靜置1~60min去氣泡，在-80℃~0℃下冷凍干燥1min~96h，制得前軀體支架；

d. 在步驟c所得的前軀體支架表面涂覆一層質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的殼聚糖溶液，將其浸泡于質(zhì)量百分比濃度為4%的NaOH溶液中，生成包裹支架的殼聚糖膜，并緩慢的原位生成羥基磷灰石，浸泡24h后去除支架表面殼聚糖膜，用去離子水洗滌以去除多余的堿，再經(jīng)過冷凍干燥，制得殼聚糖基仿生骨組織工程支架。

上述鈣離子來源于CaCl₂或 Ca(NO₃)₂；磷酸根離子來源于 K₂HPO₄、KH₂PO₄、Na₂HPO₄或NaH₂PO₄。

本發(fā)明人使用此方案制備出的CS/HA復(fù)合支架的壓縮強(qiáng)度和孔徑分別為1.5~4.5MPa和300~550μm，支架內(nèi)的羥基磷灰石呈納米針狀結(jié)構(gòu)。

針對以上問題，本專利提出制備具有一定強(qiáng)度、較大孔徑且均勻分布納米針狀羥基磷灰石的殼聚糖基仿生骨組織工程支架，本文涉及的制備方法制備出的多孔支架，模擬了自然骨中HA的形態(tài)，從而具有更好的生物活性。支架的孔徑和孔隙率利于生理體液的吸收及營養(yǎng)的傳輸與代謝。此外，支架具有合適的力學(xué)強(qiáng)度、良好的吸水性、保水性以及尺寸穩(wěn)定性，在骨組織工程領(lǐng)域具有一定應(yīng)用潛力。

說明書附圖

圖1為CS/HA復(fù)合支架的SEM圖。

圖2為CS/HA復(fù)合支架放大后附著上的納米羥基磷灰石的SEM圖。

圖3為CS/HA復(fù)合支架的XRD圖譜，測試掃描的2θ角范圍為5~75°。

圖4為實施例1~3的XRD譜圖。

具體實施方式

實施例1：

1）將1.2g殼聚糖加入到2%的醋酸溶液中，攪拌制得均勻的殼聚糖溶液；

2）按殼聚糖與羥基磷灰石的質(zhì)量比85：15換算需要投料的鈣鹽和磷酸鹽的質(zhì)量，將兩種鹽加入到去離子水中，充分溶解；

3）鈣離子水溶液和磷酸根離子水溶液分別逐滴加入至殼聚糖溶液中，溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，劇烈攪拌5min，形成均勻的混合溶液，將溶液至于孔板中，靜置10min去氣泡，在-22℃下冷凍干燥48h，制得大孔徑的前軀體支架；

4）在前軀體支架表面涂覆一層質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的殼聚糖溶液，將其浸泡于4%的NaOH溶液中，生成包裹支架的殼聚糖膜，并緩慢的原位生成羥基磷灰石，浸泡24h后去除支架表面殼聚糖膜，用去離子水多次洗滌以去除多余的堿，再按照3）所述方法冷凍干燥，制得具有一定強(qiáng)度、較大孔徑且均勻分布納米針狀羥基磷灰石的殼聚糖基仿生骨組織工程支架。

壓縮模量測試，測試速率為2 mm/min，最大壓縮率為50%，樣品尺寸長12.1mm，寬11.5mm，厚3.6mm。值為1.93MPa。

實施例2：

1）將1.2g殼聚糖加入到2%的醋酸溶液中，攪拌制得均勻的殼聚糖溶液；

2）按殼聚糖與羥基磷灰石的質(zhì)量比80：20換算需要投料的鈣鹽和磷酸鹽的質(zhì)量，將兩種鹽加入到去離子水中，充分溶解；

3）鈣離子水溶液和磷酸根離子水溶液分別逐滴加入至殼聚糖溶液中，溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，劇烈攪拌5min，形成均勻的混合溶液，將溶液至于孔板中，靜置10min去氣泡，在-22℃下冷凍干燥48h，制得大孔徑的前軀體支架；

4）在前軀體支架表面涂覆一層質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的殼聚糖溶液，將其浸泡于4%的NaOH溶液中，生成包裹支架的殼聚糖膜，并緩慢的原位生成羥基磷灰石，浸泡24h后去除支架表面殼聚糖膜，用去離子水多次洗滌以去除多余的堿，再按照3）所述方法冷凍干燥，制得具有一定強(qiáng)度、較大孔徑且均勻分布納米針狀羥基磷灰石的殼聚糖基仿生骨組織工程支架。

按照【實施例1】的測試條件進(jìn)行壓縮強(qiáng)度測試，壓縮模量為2.31MPa。

實施例3：

1）將1.2g殼聚糖加入到2%的醋酸溶液中，攪拌制得均勻的殼聚糖溶液；

2）按殼聚糖與羥基磷灰石的質(zhì)量比77：23換算需要投料的鈣鹽和磷酸鹽的質(zhì)量，將兩種鹽加入到去離子水中，充分溶解；

3）鈣離子水溶液和磷酸根離子水溶液分別逐滴加入至殼聚糖溶液中，溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，劇烈攪拌5min，形成均勻的混合溶液，將溶液至于孔板中，靜置10min去氣泡，在-22℃下冷凍干燥48h，制得大孔徑的前軀體支架；

4）在前軀體支架表面涂覆一層質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的殼聚糖溶液，將其浸泡于4%的NaOH溶液中，生成包裹支架的殼聚糖膜，并緩慢的原位生成羥基磷灰石，浸泡24h后去除支架表面殼聚糖膜，用去離子水多次洗滌以去除多余的堿，再按照3）所述方法冷凍干燥，制得具有一定強(qiáng)度、較大孔徑且均勻分布納米針狀羥基磷灰石的殼聚糖基仿生骨組織工程支架。

按照【實施例2】的測試條件進(jìn)行壓縮強(qiáng)度測試，壓縮模量為3.37MPa。