羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合支架及其制备方法技术

本发明专利技术公开了羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合支架，由羟基磷灰石、明胶、羧甲基壳聚糖构成，其中，羟基磷灰石、明胶、羧甲基壳聚糖的质量比为(60～80)：(10～20)：(10～20)。本发明专利技术还提供了上述复合支架的制备方法。本发明专利技术采用明胶和羧甲基壳聚糖为模板原位合成羟基磷灰石，然后通过粒子沥滤结合冷冻干燥法制备复合支架材料。本发明专利技术所获得的复合支架中，弱结晶的纳米羟基磷灰石均匀分散在有机高分子网络中，形成具有较高强度的联通的多孔结构，其形貌与细胞外基质相似，利于细胞的黏附和生长；同时，其降解速度与孔隙率可调，使得该材料适合用作骨修复材料。

【技术实现步骤摘要】
羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合支架
本专利技术涉及生物材料
，特别是一种羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合支架及其制备方法。
技术介绍
由外伤、肿瘤或先天缺陷等原因引起的骨缺损是骨科临床常见的难症之一，在应用数量上骨移植已经成为仅次于输血的人体组织移植。随着医学科学的发展，人们已可以利用自体骨、异体骨和人工骨替代材料治疗骨缺损，但这些材料存在着供体不足、免疫排斥、疾病传播、与宿主骨的机械性能和形成率不匹配、以及无法降解等不可忽视的问题。组织工程学为骨缺损修复提供了崭新的研究思路和重要的选择性策略。作为组织工程基本要素之一，支架材料起到至关重要的作用，是连接种子细胞和再生组织的桥梁。理想的支架应该尽可能模拟被修复部位的原始状态。由于天然骨在微观上是由羟基磷灰石纳米颗粒(nano-hydroxyapatite,n-HA)和胶原纤维在分子水平上均匀有序排列而成的一种具有活性的高度血管化组织，羟基磷灰石/胶原复合材料在骨组织工程中引起极为广泛的研究。Wang等利用微波辅助滴定法将含有磷酸盐的胶原溶液与氢氧化钙溶液混合制备出胶原/羟基磷灰石仿生支架，发现复合材料中低结晶度的羟基磷灰石晶粒以胶原为模板原位生成，所得支架具有较高的孔隙率和大的孔径。Chen等研究发现在原位合成过程中加入丝素蛋白可以大幅提高胶原/羟基磷灰石复合支架的弹性模量，并使其具有良好的生物相容性。虽然胶原能够为钙化组织提供必不可少的三维结构，对矿物沉积起诱导作用，而且与细胞的黏附、生长、表达均有密切关系；但是，其存在机械性能差、价格昂贵、降解时间难以控制以及抗原性消除不确定等问题，这些限制了胶原蛋白/羟基磷灰石复合材料的进一步发展。明胶(gelatin,Gel)是胶原部分水解后的变性产物，与胶原相比，具备抗原性低、来源丰富、比表面积高、成本低、结构稳定等特点。基于其表面与媒介特性，明胶可通过静电和疏水作用实现离子吸附，此外，不同的明胶有不同的等电点，因而可以选择通过离子的静电作用绑定蛋白复合物。近年来，对于羟基磷灰石/明胶复合材料的研究已经取得较大进展，Mohammad等通过共沉淀法制备出羟基磷灰石/明胶粉体，然后利用冷冻干燥技术获得力学性能优良的复合支架。但是羟基磷灰石/明胶复合材料可塑性低、弹性模量与人体骨匹配性较差。为了完善其性能，许多学者开始在羟基磷灰石/明胶复合材料中加入第二种有机聚合物作为增强相。壳聚糖衍生于甲壳素，是自然界唯一一个阳离子多糖，由于其具有生物相容性、生物可降解性、抗菌性、无细胞毒性以及优异的蛋白亲和性，在生物医药尤其是药物载体方面具有广阔的应用前景。Zahra等通过原位沉淀法制备出羟基磷灰石/明胶-壳聚糖复合材料，发现羟基磷灰石通过钙离子与高分子链上的功能键之间的相互作用形成晶核，然后原位长大；他们同时发现壳聚糖的加入可以降低羟基磷灰石晶体的晶粒度，从而提高复合材料的力学性能。Mohamed等研究了羟基磷灰石/壳聚糖-明胶复合材料在模拟体液中的降解性，证明该材料具有良好的降解性和骨诱导作用，可用作骨组织修复材料。中国专利CN1326574C“纳米羟基磷灰石/壳聚糖/明胶多孔支架材料及其制备方法”通过相分离技术制备了壳聚糖/明胶支架，然后将其交替浸泡在钙盐和磷酸盐溶液中获得复合支架材料。中国专利CN101401961B“明胶-壳聚糖-羟基磷灰石球形多孔颗粒材料的制备方法”提供了一种制备具有均一分布颗粒直径的球形多孔颗粒材料及其制备方法和装置，依据该专利获得的明胶-壳聚糖-羟基磷灰石球形多孔颗粒材料填充后有利于组织液的流动和细胞的迁移生长。然而，除稀盐酸、稀醋酸等水溶液外，壳聚糖不溶于水和有机溶剂；同时前期研究表明壳聚糖用于支架材料时，其降解速率与再生组织的生长率匹配度较低且降解产物在人体内不易吸收。因此，有必要对壳聚糖的化学结构进行改造，从而改善其溶解性能，扩宽其应用范围。羧甲基壳聚糖(carboxymethylchitosan,CMCS)是利用羧甲基化作用在壳聚糖链上引入了羧甲基后的产物，是一种水溶性壳聚糖，它既保留了壳聚糖的优点，同时又极大改善了其水溶性。另外，羧甲基壳聚糖是一种两性聚电解质，与壳聚糖相比其不仅含有氨基、羟基等基团，此外其分子链上还增加了羧基，因此有利于增加与其他分子通过氢键、静电引力等形成多重相互作用的分子识别位点。前期研究表明羧甲基壳聚糖抗菌性更强，是一种良好的组织工程和药物缓释材料，但是将羧甲基壳聚糖与羟基磷灰石及明胶复合制备组织工程支架材料的研究目前尚未见报道。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供了一种羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合支架，该支架材料中，弱结晶的纳米羟基磷灰石均匀分散在有机高分子网络中，形成具有较高强度的联通的多孔结构，其形貌与细胞外基质相似，利于细胞的黏附和生长；同时，其降解速度与孔隙率可调，使得该材料适合用作骨修复材料。本专利技术还提供了一种羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合支架的制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合支架，由羟基磷灰石、明胶、羧甲基壳聚糖构成，其中，羟基磷灰石、明胶、羧甲基壳聚糖的质量比为(60～80)∶(10～20)：(10～20)。上述复合支架的制备方法，包括以下步骤：1)将四水硝酸钙溶于水，将四水硝酸钙溶于水，得到浓度为0.2～3mol/L的水溶液，记为溶液a；2)称取明胶和羧甲基壳聚糖，将其加入到溶液a，500～1000rmp下搅拌20～40min，得到溶液b，其中明胶和羧甲基壳聚糖的质量比为(1～5)：1；3)配制磷酸氢二铵溶液；4)将溶液b置于水浴加热搅拌装置中，在20～90℃不断搅拌，将步骤3)制备的磷酸氢二铵溶液逐滴加入，其中，溶液b中Ca离子与所加入磷酸氢二铵溶液中P离子的摩尔比为1.67，滴加完毕后，继续搅拌0.5～2h，反应过程中调节反应液pH值为8～12；5)将步骤4)得到的混合溶液于110～180℃水热反应0.5～6h；反应结束后，用去离子水洗涤至中性后再用无水乙醇洗涤、干燥，得到羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合粉体；6)将上述羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合粉体加入到无水乙醇中，500～1000rmp搅拌0.5～2h，得到羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合胶体，其中羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合粉体与无水乙醇的质量比为1：(1～3)；7)将氯化钠颗粒以及京尼平加入到上述复合溶胶中，搅拌、注模，室温静置2～4h，其中羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合粉体与氯化钠的质量比为1：(0.1～2)，羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合粉体与京尼平的质量比为1：(0.01～0.1)；然后-80℃预冻10～24h，-53℃冷冻干燥15～24h，得到羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合材料；8)将所得羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合材料脱模后，室温下将其置于去离子水中浸泡2～6h，然后冷冻干燥；重复该步骤3～5次，将氯化钠颗粒沥滤干净，即可得到羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合支架材料。步骤3)中，所述磷酸氢二铵的摩尔浓度为0.1～1.5mol/L。步骤4中pH值的调节通过氨水来调节，其中氨水的质量浓度为2％～15％。步骤7)中氯化钠颗粒的粒径为150～500μm。本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
羟基磷灰石/明胶‑羧甲基壳聚糖复合支架，其特征在于，由羟基磷灰石、明胶、羧甲基壳聚糖构成，其中，羟基磷灰石、明胶、羧甲基壳聚糖的质量比为(60～80)：(10～20)：(10～20)。

【技术特征摘要】
1.羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合支架，其特征在于，由羟基磷灰石、明胶、羧甲基壳聚糖构成，其中，羟基磷灰石、明胶、羧甲基壳聚糖的质量比为(60～80)：(10～20)：(10～20)；所述羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合支架的制备方法，包括以下步骤：1)将四水硝酸钙溶于水，得到浓度为0.2～3mol/L的水溶液，记为溶液a；2)称取明胶和羧甲基壳聚糖，将其加入到溶液a，500～1000rmp下搅拌20～40min，得到溶液b，其中明胶和羧甲基壳聚糖的质量比为(1～5)：1；3)配制磷酸氢二铵溶液；4)将溶液b置于水浴加热搅拌装置中，在20～90℃不断搅拌，将步骤3)制备的磷酸氢二铵溶液逐滴加入，其中，溶液b中Ca离子与所加入磷酸氢二铵溶液中P离子的摩尔比为1.67，滴加完毕后，继续搅拌0.5～2h，反应过程中调节反应液pH值为8～12；5)将步骤4)得到的混合溶液于110～180℃水热反应0.5～6h；反应结束后，用去离子水洗涤至中性后再用无水乙醇洗涤、干燥，得到羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合粉体；6)将上述羟基磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢志华，马育栋，侯宗良，
申请(专利权)人：济宁学院，
类型：发明
国别省市：山东;37