[发明专利]羟基磷灰石超长纳米线/胶原复合多孔生物支架及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种羟基磷灰石超长纳米线/胶原复合多孔生物支架及其制备方法和应用，属于生物材料领域。

背景技术

由骨肿瘤切除、感染和创伤等造成的骨缺损的修复一直是生物医学研究的热点之一。自体骨移植具有优异的骨诱导活性和免疫相容性，一直是临床骨缺损治疗的金标准，但是该方法面临着自体骨来源有限、病人感染风险增加及术后并发症发生率高等问题。对于临床常用的同种异体骨移植也存在着疾病传播和免疫排斥反应等缺点。因此，开发具有优良骨缺损修复能力的人工合成骨移植材料具有广阔的临床应用前景。

自然骨是一种有机-无机复合材料，含有约70wt.％无机质(主要是羟基磷灰石)、约22wt.％有机质(主要是I型胶原)和约8wt.％水。自然骨中的羟基磷灰石纳米晶和胶原在宏观、微观和纳米尺度上组装构成三维分级结构，使得自然骨具有优异的力学性能。因此，模仿自然骨的组成和结构，研发具有三维分级结构和优异力学性能的多孔骨移植材料具有重要的研究意义和良好的应用前景。

羟基磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)是自然骨中的主要无机成分，人工合成的羟基磷灰石纳米材料与其具有相似的晶体结构和化学组成，具有良好的生物相容性、优异的机械性能、良好的细胞粘附性和高的骨传导性，在生物医药领域具有广泛的应用。

胶原是一种天然生物高分子材料，广泛存在于脊椎动物和人的韧带、肌腱、皮肤、软骨及骨等组织或器官中。用作生物材料的胶原来源广泛，包括牛的皮肤和肌腱、羊和猪的皮肤、鱼等。胶原具有良好的生物相容性和骨相容性、良好的降解性、优良的细胞粘附性等优点，是一种优异的生物材料。目前，基于胶原的不同种类的生物材料已被广泛研究并应用于皮肤修复、骨缺损修复等生物医学领域。

人工合成的羟基磷灰石纳米材料与胶原复合构建的多孔生物支架材料有希望应用于骨缺损修复等骨组织工程领域。相对于当前使用的金属植入材料，羟基磷灰石/胶原复合多孔生物支架材料具有良好的生物降解性、易于调控的机械性能、可减少应力屏蔽和无菌性松动，可避免二次手术带来的痛苦和麻烦等优势。此外，羟基磷灰石的加入能够改善胶原支架的生物活性以及减少胶原快速降解所带来的不利影响。

由于胶原有机质力学强度低、多孔结构以及所使用羟基磷灰石纳米材料长度较短等因素，目前合成的羟基磷灰石/胶原复合多孔生物支架普遍存在着力学强度低以及羟基磷灰石含量低等缺点，限制了其在骨组织工程中的应用。

一直以来，科研人员都在努力制备各种力学强度增强的羟基磷灰石/胶原复合多孔生物支架，并探索其在生物医学领域的应用。例如Jing等人(Annals of Biomedical Engineering(2017)DOI:10.1007/s10439-017-1866-9)采用多壁碳纳米管来增强羟基磷灰石/胶原复合多孔生物支架的力学强度，加入多壁碳纳米管后，所制备的多壁碳纳米管/羟基磷灰石/胶原复合多孔生物支架表现出显著增强的力学强度，能够促进骨髓间充质干细胞的增殖和铺展以及向成骨方向分化，并且对大鼠颅骨骨缺损具有较好的骨修复效果。然而，碳纳米管难以生物降解，而且可能对机体造成毒性。等人(Carbohydrate Polymers 148(2016)78–85)将淀粉颗粒加入到羟基磷灰石/胶原复合多孔生物支架中，构建了力学强度增强的淀粉/羟基磷灰石/胶原复合多孔生物支架。Sionkowska等人(International Journal of Biological Macromolecules 102(2017)658–666)采用壳聚糖来增强羟基磷灰石/胶原复合多孔生物支架的力学强度。然而，相对于胶原，淀粉、壳聚糖等有机聚合物具有较差的生物相容性和生物活性。Kane等人(Acta Biomaterialia 17(2015)16–25)采用长度约10～30μm的羟基磷灰石晶须制备了力学性能显著增强的羟基磷灰石/胶原复合多孔生物支架，并且所制备复合支架的羟基磷灰石体积含量可以高达80vol.％。但是所使用的羟基磷灰石晶须直径在微米级，其降解性不理想。

虽然目前文献已有报道制备具有增强力学性能的羟基磷灰石/胶原复合多孔生物支架的方法，但是所制备的羟基磷灰石/胶原复合多孔生物支架普遍存在着力学强度差、三维贯通多孔结构不明显、羟基磷灰石含量低等缺点。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种高弹性、力学性能优良的羟基磷灰石超长纳米线/胶原复合多孔生物支架及其制备方法和应用。