[发明专利]一种稀土微纳米材料与甲壳素复合骨植入材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种稀土微纳米材料与甲壳素复合骨植入材料及制备方法，通过机械搅拌、超声处理将碱性水溶液、稀土微纳米材料、甲壳素粉充分混合后得到均匀混合液；将混合液转移至聚四氟乙烯的模具中，放置在‑20℃至‑30℃的条件下冷冻，然后反复冻融，脱模后得到甲壳素凝胶；将甲壳素凝胶放入甘油或无水乙醇里浸泡，取出后用去离子水洗涤，直至洗涤至中性即得到复合骨植入材料。本发明以甲壳素为骨植入材料基体，引入稀土微纳米材料，通过低温冻融法，优化制备条件，制备出具有适宜孔径、高孔隙率和良好机械强度及多功能性的骨支架材料，干燥后可形成类似骨髓腔的中空仿生结构，对骨修复和再生的研究具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及骨植入材料领域，特别是一种稀土微纳米材料与甲壳素复合骨植入材料及制备方法。

背景技术

理想的骨组织工程支架材料应具备有良好的生物相容性、良好的生物降解性、三维立体多孔结构、可塑性和一定的机械强度、骨诱导性和骨传导性及易消毒性。对于单一的自体骨、异体骨、金属材料、高分子材料、或是无机非金属材料，这些材料各自存在不同的优势和不足之处，因此，复合材料可以综合发挥其优势，弥补自身不足，是骨植入材料研究的一个重要方向。

有机材料中，天然高分子材料具有良好的生物相容性，尤其是甲壳素(Chitin)材料，化学名称为β-(1,4)-2-氨基-脱氧-D-葡萄糖，是丰富的可再生资源。甲壳素广泛分布于甲壳类贝壳、昆虫壳、软体动物及藻类骨骼中。作为一种天然阳离子生物聚合物，甲壳素及其衍生物具有良好的物理化学性质(例如机械稳定性、热稳定性和吸附能力)和生物性质(例如生物相容性、生物降解性以及无毒性)，在生物矿化系统过程的分层控制中发挥至关重要的作用。利用甲壳素做成的纳米复合支架材料表现出良好的细胞粘附和蛋白吸附性能。因此，在食品工业、材料科学和组织工程等领域的应用也越来越引起关注。虽然甲壳素在水、稀酸、一般有机溶剂等介质中溶解性能较差，导致其应用受限，但目前的低温冻融法促进了甲壳素分子间氢键的链接，可形成体系均一的固体材料，这为甲壳素在骨植入材料的应用提供了坚实的基础，其制备工艺、力学性能优化和提升的空间也很大，具有进一步研究的重要意义。

自1794年被芬兰化学家加多林(John Gadolin)发现以来，稀土由于其优异的光、电、磁效应，科学家们逐步探索其在各个领域应用。从军事、冶金、石油化工到用于光电材料的玻璃陶瓷，再到农业领域，稀土的介入促进了人类科技的跃升。例如，稀土加入钢、铸铁、有色金属后，可改变金属材料的物化性质，使金属材料塑形、韧性、耐蚀、耐磨、抗疲劳性能得以改善。随着二十世纪微纳米材料的发展，稀土材料的研发仍未止步，从稀土微纳米材料的调控合成，到其在新领域的拓展应用，科学家们希望稀土微纳材料会带来科技进一步的变革和创新。生物医用材料中，早期受到关注的稀土材料有硝酸铈-磺胺嘧啶银、碳酸镧和钆基造影剂等，分别用于治疗深度烧伤、晚期肾衰竭高磷酸血症和磁共振成像(MRI)造影，对其作用机理和生物安全性也相继进行了研究和探讨，大部分人们认为稀土材料的生物效应呈现浓度依赖的两面性，即低浓度正效应高浓度负效应(hermesis效应)。目前的研究也证实这一假说。2019年，X.H.Cheng课题组使用稀土(RE)氯化镧对碳纳米管(CNTs)进行改性，获得稀土改性碳纳米管(RECNTs)，将改性的碳纳米管掺入环氧树脂(EP)中以制备复合材料。未处理的碳纳米管(CNTs/EP)、酸化制备的碳纳米管(ACNTs/EP)、酸化碳纳米管和稀土协同改性(REACNTs/EP)与纯EP相比，RECNTs/EP的极限拉伸强度和拉伸模量分别提高了33.9％、73.7％，而REACNTs/EP的性能分别提高了50.7％、90.9％，表明RE对提高碳纳米管增强复合材料的力学性能有很好的效果。因此，充分开发利用稀土微纳米材料的特异性，探索扩展新的适宜的应用方向是目前研究的重点。