[发明专利]一种三维多孔抗菌的丝素蛋白/石墨烯/二氧化钛骨组织工程支架的制备方法

说明书

本发明涉及一种三维多孔抗菌的丝素蛋白/石墨烯/二氧化钛骨组织工程支架的制备方法，包括：1）对蚕茧脱胶及后续处理，得到1~4%的RSF水溶液；2）将氧化石墨烯（GO）分散液、二氧化钛（TiO₂）水溶胶和乙醇超声分散共混，利用水热法合成rGO@TiO₂复合纳米粒子，经水洗干燥得到其粉末；3）将rGO@TiO₂粉末超声分散在水中，并将其共混入1）中RSF水溶液；4）将3）中混合溶液浓缩至RSF质量百分数为4~15%；5）将乙醇水溶液加入到RSF/rGO@TiO₂混合溶液中，机械搅拌后，静置形成凝胶；6）将凝胶超低温冷冻，并进行冷冻干燥，制备出RSF/rGO@TiO₂三维多孔组织工程支架。本发明采用rGO@TiO₂复合纳米粒子协同增强RSF材料，在提高RSF支架力学性能的同时，也能赋予支架抗菌性和骨诱导性等功能。

技术领域

本发明涉及组织工程、生物医用材料领域，特别涉及一种三维多空抗菌的丝素蛋白/石墨烯/二氧化钛骨组织工程支架的制备方法。

背景技术

据最近调查显示，我国因交通事故或骨科疾病造成骨缺陷的人群每年超过300万人，而目前临床治疗骨缺损的有效方法是将骨组织工程支架植入到缺损处，通过模拟细胞外基质和构建合适的微环境来诱导骨细胞生长、增殖和分化。

再生丝素蛋白（RSF）是一种天然高分子材料，来源广泛且价格便宜，具有良好的生物相容性、降解性以及低炎症反应等优点。相比其他同类天然高分子，RSF的生物相容性更加优异，对骨折愈合的促进作用更显著。然而，虽然RSF支架材料在骨组织工程中表现出良好的应用前景，但将其应用于临床治疗仍存在一定的缺陷，如支架力学性能不够理想、骨诱导能力不强等。

因此，为使RSF支架材料更适合于骨组织工程的需要，可选择某些物质作为增强填料，构建综合性能优异的RSF复合支架。研究表明，由无机纳米粒子与高聚物复合而成的支架材料同时具有无机纳米粒子强度高与聚合物材料韧性优良的优点，可更好地应用于修复人体承重部位的骨组织缺损，具有良好的发展前景。

石墨烯是一种优良的纳米增强粒子，具有独特的层状结构、大的比表面积、良好的力学性能和电性能。同时，石墨烯材料还具有一定的生物相容性，能够诱导干细胞分化和增殖，并起到加速胶原蛋白矿化的作用。另外，石墨烯是一种抗菌活性物质的理想载体，具有较好的抗菌性。然而，石墨烯片层之间存在范德华力，当其含量超过某临界值时，石墨烯粒子在基体中易于堆叠、团聚和分布不均，从而影响石墨烯对基体材料的增强效果。

纳米纳米二氧化钛（TiO₂）作为零维金属氧化物，是一种轻质、耐腐蚀、具有良好生物相容性的粒子，可促进细胞的粘附和增殖。另外，由于TiO₂具有独特的紫外光催化性，其纳米粒子也是一种优良抗菌剂。有研究表明，将纳米二氧化钛（TiO₂）粒子等金属氧化物纳米粒子负载在石墨烯粒子表面，可使得石墨烯片层间距增大，能有效阻止石墨烯粒子团聚。将氧化石墨烯（GO）和TiO₂复合制备成新型纳米材料是近几年来发展起来的技术。目前，可采用紫外光催化、水热处理法和化学方法将GO和TiO₂合成一种石墨烯/二氧化钛（rGO@TiO₂）复合纳米粒子，而采用rGO@TiO₂复合粒子为填料协同增强改性生物材料，并制备多孔组织工程支架是一种新思路。

发明内容

发明目的：针对RSF复合支架作为骨组织工程支架支架力学性能不够理想、骨诱导能力不强以及抗菌性不明显等问题，本发明提供一种三维多空抗菌的丝素蛋白/石墨烯/二氧化钛骨组织工程支架的制备方法，采用rGO@TiO₂复合纳米粒子协同增强RSF支架，在提高RSF支架力学性能的同时，也能赋予支架抗菌性和骨诱导性。

技术方案：本发明提供了一种三维多孔抗菌的丝素蛋白/石墨烯/二氧化钛骨组织工程支架的制备方法，包括如下步骤：