一種含有石墨烯、羥基磷灰石和絲素的骨仿生材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種含有石墨締/徑基憐灰石/絲素納米骨仿生材料及其制備方法， 應(yīng)用于骨修復(fù)或骨替代材料，具體設(shè)及生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在骨科領(lǐng)域，因嚴(yán)重交通事故、腫瘤、骨髓炎等多種原因所致的骨缺損是很普遍的 現(xiàn)象。傳統(tǒng)方法采用自體骨或異體骨移植進(jìn)行治療，自體骨來(lái)源有限且取骨區(qū)可能產(chǎn)生并 發(fā)癥，取骨又造成第二術(shù)區(qū)的創(chuàng)傷。同種異體骨的來(lái)源比自體骨多，但與受體組織之間存在 免疫排斥反應(yīng)，并有感染疾病的可能。所W，解決骨缺損修復(fù)材料的關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)出一種在骨 誘導(dǎo)性和仿生骨結(jié)構(gòu)方面能滿(mǎn)足需要的的人工骨材料，也是骨修復(fù)替代材料的發(fā)展趨勢(shì)。
[0003] 目前用于骨組織修復(fù)的人工支架材料主要有=大類(lèi)：無(wú)機(jī)材料巧日徑基憐灰石、憐 酸=巧)、有機(jī)高分子材料(聚乳酸、聚乙酸）和納米材料。但是無(wú)機(jī)材料材質(zhì)較脆、并且降 解性能難W調(diào)控；有機(jī)高分子材料力學(xué)性能強(qiáng)度不足、親水性差，其酸性降解產(chǎn)物易引起發(fā) 炎，缺乏與人體組織結(jié)合的生物活性；而納米類(lèi)材料的安全性能仍待研究。因此，尋找比較 理想的材料用于骨組織修復(fù)仍然是臨床上的一個(gè)難點(diǎn)。
[0004] 天然骨由無(wú)機(jī)成分和有機(jī)成分W65:35的比例存在。有機(jī)成分主要是骨膠蛋白， 使骨具有一定的初性，無(wú)機(jī)成分為徑基憐灰石結(jié)晶使骨具有一定硬度，兩者的結(jié)合使骨具 有很大的初性和堅(jiān)固性。徑基憐灰石納米晶體有序地嵌在膠原纖維基質(zhì)中，有機(jī)和無(wú)機(jī)組 件的密切協(xié)同作用W及分子水平的獨(dú)特組裝，賦予了天然骨的多級(jí)結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)性 能。因此，要制備生物相容性好且力學(xué)性能優(yōu)異的骨修復(fù)或骨替代材料，需要從分子水平進(jìn) 行仿生設(shè)計(jì)，模仿天然骨的結(jié)構(gòu)和功能。
[0005] 石墨締是碳原子WSP2雜化軌道組成六角型蜂巢晶格的平面薄膜，其具有優(yōu)良的 導(dǎo)電性，超大的強(qiáng)度和初性，使其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。特別是氧化石墨結(jié)構(gòu) 中含有大量的一0H、一C00H、環(huán)氧基等，其碳原子分別WSP2和SP3兩種模式連接未被氧化 的芳香區(qū)和氧原子形成脂肪六元環(huán)區(qū)，運(yùn)種結(jié)構(gòu)賦予石墨締極高的強(qiáng)度和柔初性。通過(guò)簇 基化改性使大量的一0H，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為一C00H，改善了其分散性、親水性及與聚合物的兼容 性等，且其具有較大的比表面積、較低毒性，可廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種含有石墨締、徑基憐灰石和絲素的骨仿生材料的制備方 法。通過(guò)石墨締的簇基化改性和靜電自組裝仿生礦化得到石墨締/徑基憐灰石復(fù)合粒子， 利用冷凍干燥技術(shù)使它和不同濃度的絲素共混得到密度和孔隙率呈梯度分布的多孔骨仿 生材料。運(yùn)種骨仿生材料不僅在成分上模擬了天然骨，而且在結(jié)構(gòu)上對(duì)天然骨仿生，具有良 好的生物相容性、生物降解性和骨誘導(dǎo)性能，及足夠的力學(xué)性能。
[0007] 本發(fā)明目的技術(shù)方案是，一種含有石墨締、徑基憐灰石和絲素的骨仿生材料的制 備方法，它由徑基憐灰石粒子通過(guò)靜電吸附組裝在簇基化改性的石墨締表面并和絲素溶液 復(fù)合組成，石墨締、徑基憐灰、絲素的質(zhì)量比為1:1-10:0. 5-5。
[0008] 它由簇基化氧化石墨締、徑基憐灰石和桑蠶絲素組成，質(zhì)量比為1:1-10:0. 5-5,密 度梯度從外到內(nèi)分別為75. 3%-82. 3%，57. 4%-67. 2%，11. 6%-30.6%，它具有相互連通的納米 微孔結(jié)構(gòu)，密度和孔隙率呈梯度分布，孔隙率從外到內(nèi)依次為17. 7%-24. 7%，32. 8%-42.6%， 69. 4-88. 4%。所述的石墨締為氧化石墨締經(jīng)簇基化改性制備而成，所述的絲素蛋白為桑蠶 絲素和昨蠶絲素，其蛋白分子的特性粘度[n]大于或等于0. 50。所述的徑基憐灰石呈針狀 分布，其粒子長(zhǎng)度在50-300nm，粒子寬度在10-50nm。
[0009] 含有石墨締、徑基憐灰石和絲素的納米骨仿生材料的制備方法，采用如下步驟： (1) 將石墨締超聲分散到0.l-2mol/L氨氧化鋼的乙醇（85%)溶液中，浴比為1:500,在 20-80 °C下堿化10-120min,再加入0. 125-2. 5mol/L的氯乙酸鋼溶液，在30-75 °C下超 聲攬拌15-lOOmin，并用0. 1-0. 5mol/L的鹽酸調(diào)溶液抑值至中性并在蒸饋水中透析S天， 得到簇基化的石墨締水溶液； (2) 按照巧憐摩爾比為1. 67,將0. 01-0.Imol/L的化(OH)2與稀釋的H3PO4溶液用滴定 管同時(shí)滴入步驟（1)制得的溶液中并在超聲中攬拌1-化，逐滴加入氨水控制反應(yīng)抑值為 8.0~10. 0,控制反應(yīng)溫度為20-80°C，得到石墨締/徑基憐灰石比例為1 :1-10的復(fù)合粒 子懸濁液； (3) 將步驟（2)所得的石墨締/徑基憐灰石納米復(fù)合粒子懸濁液室溫靜置24-72小時(shí) 后除去上層清液，離屯、分離出沉淀物，蒸饋水洗涂=次后，冷凍干燥制得石墨締/徑基憐灰 石復(fù)合粒子； (4) 將步驟（3)中所得到石墨締/徑基憐灰石復(fù)合粒子超聲分散到濃度分別為5%-15%， 35%-45%，55%-65%的絲素溶液中，得到不同質(zhì)量濃度的石墨締/徑基憐灰石/絲素共混溶 液，運(yùn)些共混溶液中石墨締/徑基憐灰石復(fù)合粒子與絲素的質(zhì)量比為65:35 ; (5) 將步驟（4)中制得的質(zhì)量濃度最高的石墨締/徑基憐灰石/絲素共混溶液倒入自 制的模具中，在液氮條件驟冷后，于-50--99°C冷凍干燥，再將其它共混溶液按照質(zhì)量濃度 由高到低的順序逐層冷凍干燥，制得密度和孔隙率呈梯度分布的含有石墨締、徑基憐灰石 和絲素的納米骨仿生材料。
[0010] 與現(xiàn)有的骨替代材料及其制備方法相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)： (1) 本發(fā)明制備的一種含有石墨締、徑基憐灰石和絲素的骨仿生材料，其中石墨締/徑 基憐灰石復(fù)合粒子，它是由徑基憐灰石通過(guò)靜電吸附組裝到簇基化改性的氧化石墨締的表 面制備而成的；由于靜電作用，棒狀的徑基憐灰石分布于蜂巢狀的石墨締片層之間，將片層 的石墨締連接在一起，石墨締和徑基憐灰石交替排列形成鋼筋-混凝±結(jié)構(gòu)。因而，可提高 徑基憐灰石的抗壓力學(xué)強(qiáng)度和初性； (2) 本發(fā)明中制備的一種含有石墨締、徑基憐灰石和絲素的骨仿生材料具有梯度分布 的孔隙結(jié)構(gòu)，從而在宏觀上對(duì)天然骨進(jìn)行仿生。本發(fā)明制備的復(fù)合支架材料可W容易的獲 得所需的形狀和大小；可W形成一定結(jié)構(gòu)和含量的孔隙，充分滿(mǎn)足骨移植過(guò)程中組織工程 支架的需要； (3) 本發(fā)明中制備的一種含有石墨締、徑基憐灰石和絲素的骨仿生材料具有無(wú)毒性、無(wú) 刺激性、生物相容性好、細(xì)胞親和性好、生物可降解性好W及優(yōu)良的力學(xué)性能。
[0011] 本發(fā)明主要基于氧化石墨締的蜂巢晶格結(jié)構(gòu)及其表面大量的活性基團(tuán)，通過(guò)靜電 自組裝仿生礦化得到石墨締/徑基憐灰石復(fù)合粒子，并結(jié)合絲素來(lái)制備密度和孔隙率梯度 分布的多孔骨仿生材料。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為石墨締/徑基憐灰石復(fù)合粒子結(jié)構(gòu)放大倍數(shù)為10萬(wàn)倍的SEM照片； 圖2為石墨締/徑基憐灰石復(fù)合粒子結(jié)構(gòu)放大倍數(shù)為2萬(wàn)倍的SEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述。
[0014] 一種含有石墨締、徑基憐灰石和絲素的骨仿生材料的制備方法，它由徑基憐灰石 粒子通過(guò)靜電吸附組裝在簇基化改性的石墨締表面并和絲素溶液復(fù)合組成，石墨締、徑基 憐灰、絲素的質(zhì)量比為1:1-10:0.5-5。它由簇基化氧化石墨締、徑基憐灰石和桑蠶絲素 組成，質(zhì)量比為1:1-10:0. 5-5,密度梯度從外到內(nèi)分別為75. 3%-82. 3%，57. 4%-67. 2%， 11. 6%-30. 6%，它具有相互連通的納米微孔結(jié)構(gòu)，密度和孔隙率呈梯度分布，孔隙率從外到 內(nèi)依次為17. 7%-24. 7%，32. 8%-42. 6%，69. 4-88. 4%。所述的石墨締為氧化石墨締經(jīng)簇基化改 性制備而成，所述的絲素蛋白為桑蠶絲素和昨蠶絲素，其蛋白分子的特性粘度[n]大于或 等于0. 50。所述的徑基憐灰石呈針狀分布，其粒子長(zhǎng)度在50-300nm，粒子寬度在10-50nm。 陽(yáng)〇1引實(shí)施例1 一種含有石墨締、徑基憐灰石和絲素的納米骨仿生材料的制備方法，采用如下步驟： (1) 將氧化石墨締超聲分散到0. 5mol/L氨氧化鋼的乙醇（85%)溶液中，浴比為1:500， 在30°C下堿化60min。再加入0. 725mol/L的氯乙酸鋼溶液，在60 °C下超聲攬拌50min， 并用0.Imol/L的鹽酸調(diào)溶液抑值至中性并在蒸饋水中透析S天，得到簇基化的石墨締水 溶液； (2) 按照巧憐摩爾比為1.67，將0.05111〇1/1的化(0巧2與稀釋的113?〇4溶液用滴定管同 時(shí)滴入步驟（1)制得的溶液中并在超聲中攬拌地，逐滴加入氨水控制反應(yīng)抑值為8. 0~ 9. 0,控制反應(yīng)溫度為60°C，得到石墨締/徑基憐灰石比例為1 :2的復(fù)合粒子懸濁液； (3) 將步驟（2)所得的石墨締/徑基憐灰石復(fù)合粒子懸濁液室溫靜置48小時(shí)后除去上 層清液，離屯、分離出沉淀物，蒸饋水洗涂=次后，冷凍干燥制得石墨締/徑基憐灰石復(fù)合粒 子； (4) 將步驟（3)中所得到氧化石墨締/徑基憐灰石復(fù)合粒子超聲分散到濃度分別為 5%-15%，35%-45%，55%-65%的絲素溶液，得到不同質(zhì)量濃度的石墨締/徑基憐灰石/絲素共 混溶液，運(yùn)些共混溶液中石墨締/徑基憐灰石納米復(fù)合粒子與絲素的質(zhì)量比為65:35 ; (5) 將步驟（4)中制得的質(zhì)量濃度最高