[发明专利]无机/有机双相氧化石墨烯复合骨修复支架材料及其制备

说明书

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种无机/有机双相氧化石墨烯复合骨修复支架材料及其制备方法。

背景技术

临床上由先天性缺陷及创伤、感染、骨质疏松等因素造成的骨组织缺损是骨科常见的疾病，骨组织缺损后的修复重建一直是骨科面临的难题之一。尽管人体骨具有一定的再生和自修复能力，但随着年龄的增长和身体素质的不同，在单纯依靠自身修复无法愈合的情况下，则需采用骨移植手术进行治疗。用于骨缺损修复的骨替代材料和骨组织工程人工材料，是组织工程和生物材料学领域关注的热点问题。

20世纪末至21世纪初，碳纳米管和氧化石墨烯的发现，不仅扩展了碳元素家族，也推动了人们对碳系元素的进一步认识。氧化石墨烯（Grahene oxide，GO）是石墨烯功能化的衍生物，其骨架结构与石墨烯类似，为接近平面的二维网状结构。氧化石墨烯碳原子排列的片层结构表面含有多种含氧基团，如羰基（C=O）、羧基（-COOH）、羟基（-OH）和环氧基（C-O-C）等，它们赋予了氧化石墨烯一些新的特性，如层间距显著增大、片层间同种电性的相互排斥，使氧化石墨烯具有更好的分散性；优异的抗菌性；突出的机械性能和良好的生物相容性。

胶原做为天然骨的主要成分，是骨形成过程中生物矿化的模板，其生物矿化是人和脊椎动物生成骨、牙齿等组织的必经过程。胶原拥有良好的成型加工性和生物相容性等优点，但机械强度不足、抑菌强度差等缺陷限制了其更广泛的应用。

通过模拟天然骨的成分和结构，采用原位仿生矿化方法制备胶原/纳米羟基磷灰石(Col/n-HA)材料，并在此基础上制备的骨组织修复工程支架能够满足医学及临床需要，是近年来的研究热点。

生物矿化是生物体内形成矿物质的过程，指在一定的生理环境中，生物大分子和无机物离子在诱导因子作用下，在界面处的相互作用，将溶液中的无机离子转化为无机矿物相析出的过程，从而形成具有特殊多级结构和组装方式的生物矿化材料，如骨、牙齿和贝壳等。仿生矿化研究是目前仿生材料领域一个重要的研究方向，其以研究生物体中的矿物质为基础，目的是在对生物矿化材料和环境条件了解的基础上，模仿生物体矿化的过程，合成具有与天然生物组织具有相似结构和性能的矿物材料。具体过程是在体外模拟体液环境，以支架材料为模板，在其表面形成目标无机矿化物，从而制备出具有独特目的结构特点的仿生复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无机/有机双相氧化石墨烯复合骨修复支架材料及其制备方法，该复合骨修复支架材料具有疏松多孔、孔隙率高、生物相容性良好等特点，适用于骨组织缺损修复。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种无机/有机双相氧化石墨烯复合骨修复支架材料，其采用模拟体液法对胶原/氧化石墨烯基质模板进行原位矿化，从而在基质模板上原位结晶制备所述无机/有机双相氧化石墨烯复合骨修复支架材料；

所述胶原/氧化石墨烯基质模板中，胶原和氧化石墨烯的质量比为1:0.01~0.04。

所述胶原来源于鱼皮、猪皮、牛皮或牛腱。

所述无机/有机双相氧化石墨烯复合骨修复支架材料的制备方法包括以下步骤：

（1）将氧化石墨烯粉末溶于去离子水，200 W功率下超声120 min，得到1g/mL分散均匀的氧化石墨烯水溶液；

（2）将胶原溶于体积浓度为0.4%的丙二酸溶液中，充分搅拌直至完全溶解，得到质量浓度0.6%的胶原溶液；

（3）将所得氧化石墨烯水溶液与胶原溶液搅拌均匀后，冷冻干燥并进行交联；

（4）将交联得到的胶原/氧化石墨烯基质模板进行原位矿化后，用蒸馏水进行洗涤，除去表面黏附的SBF溶液离子，再经真空冷冻干燥制得所述无机/有机双相氧化石墨烯复合骨修复支架材料。

交联所用交联剂是将30.026g D-核糖、100 mL丙酮与20 mL氨水混合后，加纯水定容至1000 mL制成。

所述原位矿化是将交联后的胶原/氧化石墨烯基质模板用γ射线辐照灭菌后，在无菌条件下浸泡于1.5×SBF溶液中，并置于37℃恒温低速摇床中矿化反应3天，期间每24 h更换新鲜SBF溶液。

所述氧化石墨烯的合成方法如下：

（1）将108 mL浓H₂SO₄和12mL H₃PO₄冰浴搅拌10 min，在强烈搅拌的同时依次加入5.0 g粒径≤30 μm的石墨粉和2.5 g NaNO₃；