[发明专利]一种甲壳素纳米晶须/羟基磷灰石复合人工骨材料及其制备方法和在3D打印中的应用

说明书

本发明公开了一种甲壳素纳米晶须/羟基磷灰石复合人工骨材料及其制备方法和在3D打印中的应用。该制备方法通过固相反应法将甲壳素纳米晶须和羟基磷灰石复合在一起；制备出来的复合材料在具有羟基磷灰石强度高的特点时，利用了晶须增强生物材料韧性的目的，同时甲壳素使得该材料不仅具有良好的骨传导、骨诱导及生物相容性，而且具有消炎、镇痛、抗凝血及促进伤口愈合的功效；将本发明中的甲壳素纳米晶须/羟基磷灰石复合人工骨材料应用于制备人工骨中发现，相比纯羟基磷灰石材料制备的人工骨压缩强度提高了32.6％，弹性模量下降了18.4％。

【技术领域】

本发明属于医疗技术领域，具体涉及一种甲壳素纳米晶须/羟基磷灰石复合人工骨材料及其制备方法和在3D打印中的应用。

【背景技术】

骨折、骨肿瘤、创伤和感染等原因引起的骨缺损需要进行骨移植修复治疗。骨移植分为自体骨移植、同种异体骨移植、异种骨移植和人工骨移植等。其中人工骨移植由于突破了来源限制，规避了免疫及病毒风险等原因，成为骨修复领域一个必然的趋势。

近年来，人工骨支架的制备在骨组织工程中得到了快速的发展，各种新材料被用来制备骨支架，并且应用多种材料的互补机制制备复合支架，以提高所制备支架的机械和生物学性能。同时，多孔支架的制备技术也不断更新，利用不同方法制备出能够满足人体需要的多孔支架。采用3D打印技术利用骨组织工程材料快速制造个性化人工骨的方法，具有重大的学术意义，解决了骨诱导人工骨的制造问题，逐渐形成极具市场潜力的新兴产业。若3D打印人工骨技术在骨科疾病治疗中得到普及，将会为人类带来更高品质的骨修复治疗。

生物陶瓷材料由于良好的生物相容性、可降解性、骨诱导和骨传导性，已逐渐成为骨移植修复领域的热点和重点。其中羟基磷灰石由于与人体骨骼成分相似，分子式为Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，具有优良的生物相容性及骨亲和性，且均优于医用钛、硅橡胶及植骨用碳材料等植入医用材料，被广泛应用于临床。另外，羟基磷灰石有极好的骨传导性和骨结合能力，无毒副作用、无致癌作用，所以被广泛应用于骨填充材料的生理支架以及疾病、意外事故中的骨修复材料。然而，单一的羟基磷灰石材料不可避免的存在一些性能缺陷，如断裂韧性低，抗疲劳强度差，仅限用于不承重部位的骨缺损修复，且难以被机体降解和吸收。因此，单一的材料难以满足骨修复的需要，研制骨修复复合材料刻不容缓。

甲壳素又名甲壳质，由N-乙酰氨基葡萄糖以β-1,4糖苷键缩合而成，是一种氨基多糖聚合物。甲壳素的大分子结构与人体内的氨基葡萄糖的构成相同，而且具有类似于人体骨胶原组织结构，这种双重结构使其具有极好的生物医学特性：即它对人体无毒无刺激，与机体细胞有很强的亲合体性，可被人体内的溶菌酶分解而吸收，与人体组织有良好的生物相容性，它具有促进伤口愈合、抗菌、消炎、止血、镇痛、抗病毒、抗凝血等功能，是理想的医用材料。

甲壳素纳米晶须是以单晶形式存在的甲壳素纤维，由甲壳素分子有序堆积而成，因此它具备甲壳素所有良好的性能。同时由于甲壳素纳米晶须的直径极小(纳米数量级)，不含普通材料所具有的晶界、位错、空穴等缺陷，且原子排列高度有序，因而具有高强高模的特点，是一种性能优异、环境友好的天然增强材料。

羟基磷灰石与甲壳素纳米晶须对人体均无伤害，且甲壳素纳米晶须具有高强高模的特点，如何将二者结合起来制备适用于人体的人工骨尚未见报道。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种甲壳素纳米晶须/羟基磷灰石复合人工骨材料及其制备方法和在3D打印中的应用。本发明通过固相反应法，使得甲壳素纳米晶须和羟基磷灰石结合，制备出强度和韧性均好的复合人工骨材料。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种甲壳素纳米晶须/羟基磷灰石复合人工骨材料，所述复合人工骨材料由甲壳素纳米晶须和羟基磷灰石复合制成，甲壳素纳米晶须附着在羟基磷灰石上，其中甲壳素纳米晶须和羟基磷灰石的质量比为1:6。