[发明专利]一种纳米羟基磷灰石/壳聚糖/硫酸软骨素复合支架

说明书

技术领域

本发明属于人工骨修复材料技术领域，具体涉及一种高生物响应纳米羟基磷灰石/壳聚糖/硫酸软骨素复合支架及其制备方法。

背景技术

人体骨组织是由弱结晶度的纳米羟基磷灰石和胶原组装复合而成的具有高度精密结构的自然矿化生物材料。从广义上说，可被看成是基体中含有纳米晶体的双相复合材料或者有机/无机纳米复合材料，这为骨修复材料的研究开发提供了灵感和启发，纳米羟基磷灰石骨修复复合材料应运而生。所谓纳米复合材料是指分散相尺寸至少小于100nm的复合材料，由于分散相与基体之间的界面面积大，能把分散相与基体的性能更充分结合起来，因而具有良好的综合性能。通常制备纳米羟基磷灰石骨修复复合材料的方法主要是将基体材料与人工合成的纳米羟基磷灰石通过简单的物理机械或化学方式混合均匀后, 再注入模具, 冷冻干燥成型。在简单复合制备的复合材料中羟基磷灰石分散不均匀,易发生团聚现象，界面结合力弱, 使得材料的力学性能下降, 微观结构无序。原位复合制备技术是近年来发展起来的一个新兴研究领域，采用原位复合就地反应制备无机/有机系分子复合材料是一种比较有前景的制备有机/无机复合材料的方法，它可以很好的降低有机/无机界面的界面能，实现无机粒子在有机基质上的均匀分散。本研究采用原位复合法制备以壳聚糖/硫酸软骨素为有机基体,均匀分散的纳米HAP为无机相的复合材料, 实现了分子级复合, 保证了材料的力学性能。

壳聚糖是天然的生物材料，带正电荷，其结构与细胞外基质中的主要成分—糖胺聚糖十分类似，其降解产物对人体无毒副作用，具有良好的生物降解性和生物相容性。硫酸软骨素是一种带有负电荷的直链糖胺聚糖，是细胞外基质中的主要成分，它可促进细胞贴附，提高骨组织的强度和韧性，所以具有极好的生物活性。壳聚糖、硫酸软骨素的氨基、羧基、羰基集团对于纳米羟基磷灰石的结晶起着电位互补、绑定和螯合作用，引导纳米羟基磷灰石在有机基体上进行原位结晶，造成了原位结晶的纳米羟基磷灰石与壳聚糖、硫酸软骨素具有一定的相互作用，起到了降低羟基磷灰石前驱体和壳聚糖、硫酸软骨素材料间的界面结合能，使得羟基磷灰石在有机基体上形成与基体有相互作用的均匀分散纳米颗粒，从而实现了纳米羟基磷灰石在有机基体上的原位结晶。

发明内容

    本发明的目的在于提供一种高生物响应纳米羟基磷灰石/壳聚糖/硫酸软骨素复合支架及其制备方法，根据原位复合制备和仿生矿化原理研制一种结晶度可控、高度均匀分散，且与有机基体之间形成有效稳定键合的纳米羟基磷灰石复合支架，从而在结构和功能上实现对天然骨的仿生构建。该方法的制备工艺条件温和，操作简便，成本比较低，制备所得到的支架材料可以根据使用部位和形状的具体要求，进行加工塑形。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高生物响应纳米羟基磷灰石/壳聚糖/硫酸软骨素复合支架的制备方法，以壳聚糖/硫酸软骨素为有机基体，钙-磷盐溶液为无机相前驱体；将壳聚糖/硫酸软骨素乙酸溶液与可溶性钙盐和磷酸盐溶液充分混合均匀，再经交联剂交联，注模成型，碱液中原位仿生矿化结晶，冷冻干燥，得到高生物响应纳米羟基磷灰石/壳聚糖/硫酸软骨素复合支架。

所述的制备方法的具体步骤如下：

步骤一：支架前驱体混合液的制备（1）配制1～2mol/L钙盐溶液和0.6～1.2mol/L磷酸盐溶液；（2）将壳聚糖粉末和硫酸软骨素粉末溶解于体积分数为1～2%的乙酸溶液中，搅拌使各组分混合均匀；（3）将上述（1）、（2）的物料以不同的配比混合得到不同浓度的混合物，体系中钙-磷摩尔比为1.67:1，持续搅拌使其充分混合均匀，接着加入交联剂进行交联，得到支架前驱体混合液；

步骤二：纳米羟基磷灰石/壳聚糖/硫酸软骨素复合支架的成型 （1）将步骤一所制备的混合液注入模具，移至4℃冰箱静置4～6 h，随后放入超低温冰箱至少冷冻12h，接着转入冷冻干燥机中冷冻干燥至完全脱水；（2）将步骤二（1）所得的干燥样品置于碱液中浸泡，然后再用去离子水反复浸洗至中性，超低温冰箱冷冻后进行冷冻干燥获得高生物响应纳米羟基磷灰石/壳聚糖/硫酸软骨素复合支架。

步骤一（1）所述钙盐为硝酸钙或氯化钙；磷酸盐为磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾中的一种。

在步骤一（3）最终混合液中壳聚糖的浓度为10～20mg/mL，硫酸软骨素的浓度为2～10mg/mL, 加入的Ca/P前驱体溶液理论形成HAP量为8～20mg/mL，有机基体组分与理论形成HAP的质量比为1：0.4～1。