[发明专利]生物矿化的氧化石墨烯的生物复合材料及其用于骨组织工程的用途

说明书

描述

发明领域

本发明涉及生物矿化的氧化石墨烯的生物复合材料及其用于骨组织工程应用的用途，例如骨修复、骨增强(bone augmentation)以及生物医学植入物的涂覆(coating)。

本发明还涉及用于制备该生物复合材料的工艺。

当前技术现状

用于医学的新型生物相容性材料的开发在材料科学中已经获得非常重要的地位。天然骨组织的主要成分由羟基磷灰石[(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，简称‘HA]代表，已知其示出与人体组织良好的生物相容性和生物活性。因此，其目前以各种形式和形状被广泛地用于骨和组织工程中。然而，与天然骨相比，生物陶瓷在拉伸强度和断裂韧性方面的有限的机械性能限制了其用于替代骨系统的各个部分的应用。

为解决这一问题，通过包括水溶液胶体沉淀法(aqueous colloidal precipitation method)、溶胶-凝胶法和机械化学法的不同的方法制备了基于聚乙烯、聚己酸内酯、Al₂O₃、TiO₂、氧化锆(ZrO₂)和碳纳米管(CNT)与HA的复合材料。尽管已经获得了增加的机械性能，但是由于其中存在金属催化剂，这些增强体，例如CNT，通常能够损害HA的生物学性质或对邻近组织具有不利影响。一些增强材料(例如ZrO₂)可能在制造工艺中诱导HA的分解，这导致HA的生物活性的显著降低。相反，理想的增强材料应当赋予复合材料机械完整性而不降低其生物活性。

因此，本发明的目的是提供一种克服本领域中已知的那些缺点的生物材料。

发明概述

上述目的已经通过如权利要求1中报告的、在氧化石墨烯(简称“GO”)片材上的羟基磷灰石(简称“HA”)的生物复合材料被实现。

羟基磷灰石是通常表示为Ca₅(PO₄)₃(OH)的磷酸钙，因此属于磷灰石家族(group)并含有OH^-基团。出于本发明的目的，除了上述的以外，术语“羟基磷灰石”还涵盖以在磷酸根离子、羟基离子和钙之间的所有比例的所有多晶型形式、相关的水合物和溶剂化物，以及所有羟基磷灰石前体，例如以在磷酸根离子、羟基离子和钙之间的所有比例的、以所有多晶型形式、相关的水合物和溶剂化物的无定形磷酸钙(ACP)、磷酸八钙(OCP)和磷酸钙。

在另外的方面中，本发明涉及用于制备所述生物复合材料的第一工艺。

在另一方面中，本发明涉及一种通过所述第一工艺可获得的生物复合材料，其中羟基磷灰石是呈被插入氧化石墨烯片材之间的纺锤状纳米颗粒的形式。

在另外的方面中，本发明涉及用于制备所述生物复合材料的第二工艺的用途。

在另一方面中，本发明涉及一种通过所述第二工艺可获得的并且包含在氧化石墨烯片材上的无定形磷酸钙的生物复合材料。在还另外的方面中，本发明涉及生物复合材料用于涂覆生物医学植入物的用途。

附图简述

本发明的特征和优点将从以下详细描述、从被提供用于例证性目的的工作实施例、以及从附图中将变得明显，其中：

图1：生物矿化的GO材料的仿生制备(biomimetic preparation)的机理，

图2：以不同组成(1wt％-1.5wt％-2wt％)的GO片材、HA粉末和HA-GO生物复合材料的TGA分析；图2A是重量范围92.8％-95.2％的放大图，

图3：(A)GO(a)HA-GO 1wt％(b)-HA-GO 1.5wt％(c)-HA-GO 2wt％(d)-HA(e)的FTIR光谱以及(B)通过溶胶-凝胶法制备的GO(a)、HA(b)-HA-GO 1wt％(c)HA-GO 2wt％(d)的XRD分析，

图4：HA-GO 1wt％(A)-1.5wt％(B)-2wt％(C)的SEM图像；在HA-GO 2wt％上进行的EDS分析(D)，

图5：以不同浓度的GO、HA和HA-GO的TEM分析，

图6：在表面(A)上和在横截面(B)中的在SBF处理之后HA-GO 1.5wt％的SEM图像。在5天的SBF处理之后的EDS分析(C)，

图7：通过仿生方法制备的生物矿化的GO的FTIR(A)分析和XRD(B)分析，