本发明专利技术涉及石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料及其制备方法和应用，所述石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料包括β-磷酸三钙支架和均匀涂覆于所述β-磷酸三钙支架的表面的石墨烯层。本发明专利技术的石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料具有很好的抗肿瘤能力和促进成骨的特性，可以作为切除骨肿瘤后的修复材料，同时利用其光热性能，杀死残余肿瘤细胞，起到治疗与修复的双重作用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石墨烯修饰的生物陶瓷支架及其制备方法和用途，属生物材料领域。
技术介绍
癌症，是新世纪人类健康的最大威胁之一。骨特殊的微观环境极易导致其他癌症转移到骨，乳腺癌、前列腺癌、肺癌极易会转移到骨[1]。因此骨癌的治疗也受到很大的关注。目前最常用的是化疗和手术相结合的方法，通过切除肿瘤病灶，再利用骨移植材料修复损伤[2]。然而手术治疗通常无法根治已有肿瘤转移的晚期病人，放疗和化疗对病人会造成很大的毒副作用[3]。光热治疗作为较为安全的新型肿瘤治疗方法得到了广泛关注[4]。光热治疗在增加肿瘤疗效和减小副作用上展现了显著地优势。只有暴露在光照下的肿瘤才会有损伤，不会对没有光照的正常组织造成明显的伤害。因此，如何开发兼有骨修复和抗肿瘤能力的生物材料仍然是一个重大的挑战。先前的研究表明，石墨烯具有很好的光热性能[5]，生物相容性好[6]，可用于组织工程。多级孔结构三维支架，提供一个有利于细胞黏附、增殖、分化及生长的三维支架式外环境。参考文献：[1]Marjolein van Driel,Johannes P.T.M.van Leeuwen.Cancer and bone:A complex complex.Archives of Biochemistry and Biophysics 2014；561:159–166.；[2]Drew D,Moore and Hue H.Luu.Osteosarcoma.Cancer Treat Res 2014；162:65-92.；[3]Peer D,Karp JM,Hong S,Farokhzad OC,Margalit R,Langer R.Nanocarriers as an emerging platform for cancer therapy.Nat Nano 2007；2:751-760.；[4]D.Jaque,a L.Mart′inez Maestro,a B.del Rosal,a P.Haro-Gonzalez,a A.Nanoparticles for photothermal therapies.Nanoscale 2014；6:9494–9530.；[5]Yang K,Zhang S,Zhang G,Sun X,Lee S-T,Liu Z.Graphene in Mice:Ultra-high in vivo Tumor Uptake and Photothermal Therapy.Nano letters 2010；10:3318-3323.；[6]Nayak TR,Andersen H,Makam VS,Khaw C,Bae S,Xu X,et al.Graphene for controlled and accelerated osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells.ACS Nano 2011；5:4670-8.。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种兼有骨修复和抗肿瘤能力的石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料及其制备方法和应用。在此，一方面，本专利技术提供一种石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料，其特征在于，包括β-磷酸三钙支架和均匀涂覆于所述β-磷酸三钙支架的表面的石墨烯层。本专利技术的石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料(简称“β-TCP-GRA”)中，β-磷酸三钙支架具有良好的诱导骨髓基质干细胞的成骨分化能力和体内促进成骨的能力，可以起到修复骨缺损的作用；石墨烯的功能化并没有改变生物陶瓷支架的生物活性，而且石墨烯具有良好的光热性能，在近红外光照射下可有效杀死肿瘤细胞，因此，本专利技术的石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料具有很好的抗肿瘤能力和促进成骨的特性，可以作为切除骨肿瘤后的修复材料，同时利用其光热性能，杀死残余肿瘤细胞，起到治疗与修复的双重作用。较佳地，所述β-磷酸三钙支架是通过3D打印制得的多级孔结构三维支架(大孔100～500μm，小孔约1μm)。较佳地，所述石墨烯层的厚度为1～10nm。另一方面，本专利技术提供上述石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将β-磷酸三钙粉末与粘结剂以一定比例充分混合，利用三维打印技术制备β-磷酸三钙支架；(2)将打印出的β-磷酸三钙支架进行烧结，得到β-磷酸三钙陶瓷支架；(3)将所得的β-磷酸三钙陶瓷支架浸泡在石墨烯溶液中一定时间后干燥，即得到石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料。本专利技术中，通过3D打印制备β-磷酸三钙支架，无需模具即可制备形状复杂的三维支架，而且容易制得孔径和孔隙率可控的多孔级结构三维支架。此外，通过简单的浸泡法即可在支架表面修饰石墨烯，制备工艺简单，可控性强，重复性好。较佳地，步骤(1)中，β-磷酸三钙粉末与粘结剂的质量比为(1.5～2):1。较佳地，所述粘结剂包括聚乙烯醇、海藻酸钠、和/或甲基纤维素等。较佳地，步骤(1)中，三维打印的参数为：单层厚度为1mm，粘结剂浓度为5～15wt％，打印速度为1～10mm/s,气压为400～700kPa。较佳地，步骤(2)中，在1100～1150℃烧结3～5小时。较佳地，步骤(3)中，所述石墨烯溶液的浓度为0.25～1.0mg/mL，浸泡次数为1～6次，每次浸泡时间为10～15分钟。再一方面，本专利技术还提供上述石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料在制备用于切除骨肿瘤后的骨修复和骨肿瘤治疗的材料中的应用。附图说明图1为纯β-磷酸三钙支架光学显微镜图(a)，SEM图(b)，β-TCP-GRA光学显微镜图(c)，SEM图(d)。从图中可以看出石墨烯均匀的修饰在β-TCP表面；图2为β-TCP-GRA光热性能图。从图中可以看出β-TCP-GRA在极短时间内，就可以迅速升温，具有优良的光热性能；图3为骨髓基质干细胞的增殖(a)和ALP活力表达(b)，β-TCP-GRA提高了骨髓基质干细胞的成骨相关的基因表达(c),(d),(e),(f)；图4为在植入两种材料4周和8周后，在缺损处骨形成能力的Micro-CT分析，植入β-TCP-GRA组在缺损处形成的新骨明显比植入纯β-磷酸三钙支架组多；图5为在缺损处植入两种材料4周和8周后的组织切片分析，石墨烯修饰组新骨形成的量明显比β-TCP组更多，骨质更好；图6为利用808nm近红外光照射两种材料，光照前后肿瘤细胞数量的变化。可看出β-TCP-GRA能有效杀死肿瘤细胞；图7为改变光照时间，肿瘤数量的变化，可见光照30min，肿瘤死亡率更高。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术一方面提供一种石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料(β-TCP-GRA)，其包括β-磷酸三钙支架和均匀涂覆于所述β-磷酸三钙支架的表面的石墨烯层，石墨烯是以薄膜层涂覆用于支架表面。图1示出专利技术一个示例的β-TCP-GRA的光学显微镜图和SEM图(图1(c)、(d))以及未修饰石墨烯的纯β-磷酸三钙支架的光学显微镜图和SEM图(图1(a)、(b))。从图中可以看出石墨烯均匀地修饰在β-TCP表面。其中石墨烯层的厚度可为1～10nm。本专利技术中，作为支架的β-磷酸三钙支架可以是多级本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料，其特征在于，包括β‑磷酸三钙支架和均匀涂覆于所述β‑磷酸三钙支架的表面的石墨烯层。
【技术特征摘要】
1.一种石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料，其特征在于，包括β-磷酸三钙支架和均匀涂覆于所述β-磷酸三钙支架的表面的石墨烯层。2.根据权利要求1所述的石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料，其特征在于，所述β-磷酸三钙支架是通过3D打印制得的多级孔结构三维支架，所述多级孔结构三维支架中大孔孔径为100～500μm， 小孔孔径为约1μm。3.根据权利要求1或2所述的石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料，其特征在于，所述石墨烯层的厚度为1～10nm。4.一种权利要求1至3中任一项所述的石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将β-磷酸三钙粉末与粘结剂以一定比例充分混合，利用三维打印技术制备β-磷酸三钙支架；（2）将打印出的β-磷酸三钙支架进行烧结，得到β-磷酸三钙陶瓷支架；（3）将所得的β-磷酸三钙陶瓷支架浸泡在石墨烯溶液中一定时间后干燥，即得到石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料。5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴成铁，马红石，常江，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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