[发明专利]细菌纤维素/胶原/羟基磷灰石复合材料及制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种细菌纤维素/胶原/羟基磷灰石复合材料及其制备方法。

背景技术

生物材料作为当今时代四大新材料之一，其发展与人类的健康息息相关，因而受到了越来越多的关注与研究。组织工程支架作为生物材料的一种俨然已成为科研与临床应用的一大热点。目前，用于组织工程支架研究与应用的材料主要包括胶原、壳聚糖、聚乳酸以及海藻酸盐等。与这些生物材料相比，细菌纤维素具有许多独特的性质，如天然的超精细三维网络结构，优异的力学性能，超高的持水能力，良好的生物相容性等等，因而已被广泛应用于伤口敷料、人工皮肤、人工血管，人工角膜等方面。

在软骨组织工程支架方面，由于细菌纤维素具有与软骨组织接近的力学强度以及良好的细胞粘附性，以细菌纤维素为基体的软骨组织工程支架发展迅速。例如，CN101947335A“细菌纤维素/明胶/羟基磷灰石复合材料及其制备方法”报道了一种细菌纤维素/明胶/羟基磷灰石复合材料，并且该复合材料具有良好的生物相容性以及力学性能，然而由于人体骨骼主要由胶原与羟基磷灰石组成，明胶虽然是胶原的降解产物，其氨基组成与胶原类似，但是终究明胶是小分子，无法真正表现出胶原的生物特性，如果应用于临床仍然可能造成生物排异反应。在另外一方面，鉴于人体骨骼的组成特点，许多学者对于胶原/羟基磷灰石复合材料也进行了研究，并发现该复合材料不仅具有与天然骨类似的结构，而且其生物活性良好，但是普遍存在力学性能较差的问题，限制了材料的进一步应用。基于以上两方面研究的缺陷，考虑到细菌纤维素良好的力学性能以及胶原/羟基磷灰石复合材料与人体骨骼类似的成分特点，如果通过某种方法能够将这两者进行组合制备出一种新型的细菌纤维素/胶原/羟基磷灰石复合材料，它将不仅可以解决传统胶原/羟基磷灰石复合材料力学性能较差的问题，而且相对于细菌纤维素/明胶/羟基磷灰石复合材料它将更好地模拟人体的骨骼组成特点，具有更加重要的临床应用价值。而为了使合成出的这种新型的细菌纤维素/胶原/羟基磷灰石复合材料结构成分均一，其前提条件就是先制备出结构成分均一的细菌纤维素/胶原复合材料。对此，CN102600507A“一种细胞培养支架材料及其制备方法中”报道了一种通过浸渍制备细菌纤维素/胶原复合材料方法，但是由于胶原属于生物大分子，很难进入细菌纤维素的纳米空隙，因此通过该方法得到的细菌纤维素/胶原复合材料中胶原分布很不均匀，只存在于细菌纤维素表面。

鉴于以上背景，本发明首次采用经干燥后的多孔的细菌纤维素薄膜作为基体，借助其内部孔隙的毛细管力作用并利用超声辅助分子扩散法，促使胶原能够充分进入细菌纤维素薄膜的纳米空隙，从而得到胶原成分分布均匀的细菌纤维素/胶原复合材料，并进一步将该材料浸渍于模拟体液中通过仿生矿化处理最终得到了细菌纤维素/胶原/羟基磷灰石复合材料。该材料成分均一，不仅具有与天然骨类似的胶原/羟基磷灰石的复合纳米结构，而且解决了传统胶原/羟基磷灰石复合材料力学性能较低的难题，在骨修复组织工程支架领域具有很高的临床应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种细菌纤维素/胶原/羟基磷灰石复合材料及其制备方法。本发明采用经干燥后的多孔的细菌纤维素薄膜作为基体，借助其内部孔隙的毛细管力作用并利用超声辅助分子扩散法促使胶原均匀分布于细菌纤维素纤维薄膜的网络结构中，接着以原花青素为交联剂在超声振荡的条件下对胶原进行交联复合，并将复合后的材料通过仿生矿化处理制备出细菌纤维素/胶原/羟基磷灰石复合材料。本发明复合材料不仅具有独特的仿生三维纳米网络结构与良好的力学性能，而且由于胶原与羟基磷灰石的引入，使得材料更加符合人体骨骼的真实结构与成分。本发明复合材料具有良好的生物相容性，有利于细胞的粘附、生长和繁殖，有望满足骨组织工程支架材料的应用要求。本发明制备工艺简单，未使用任何有毒药品，成本低廉。

本发明提供的一种细菌纤维素/胶原/羟基磷灰石复合材料，借助细菌纤维素内部孔隙的毛细管力作用并利用超声辅助胶原分子扩散法，以细菌纤维素干膜、胶原、原花青素、CaCl₂与模拟体液为原料制成，细菌纤维素干膜、胶原、原花青素、CaCl₂的质量比为10～200：1～50：4～6：6～10。

本发明细菌纤维素/胶原/羟基磷灰石复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将细菌纤维素膜经过冷冻干燥后制成细菌纤维素干膜；

步骤二、将胶原加入到浓度为0.1～0.5M的乙酸溶液中，配置成胶原浓度为1～50g/l的乙酸溶液；