一种仿生骨组织工程支架及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种仿生骨组织工程支架及其制备方法和应用。首先对碳纳米管（CNTs）依次进行羧基化和多巴胺化表面修饰，然后在模拟体液环境中使得多巴胺化CNTs表面形成羟基磷灰石颗粒，构建得到生物矿化CNTs；最后利用琼脂糖构建本体支架，并在此基础上利用电泳技术使得矿化CNTs在支架内部泳动，形成有序化平行排列的阵列，以此构建得到仿生骨组织工程支架AG‑o‑CNTs。本发明专利技术的仿生骨组织工程支架AG‑o‑CNTs能够有效促进骨间充质干细胞（bMSCs）的生长，在骨组织工程支架材料或骨替代材料方面具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生骨组织工程支架及其制备方法与应用
本专利技术属于生物医药材料
更具体地，涉及一种以琼脂糖凝胶和有序化多壁碳纳米管为基础的仿生骨组织工程支架及其制备方法与应用。
技术介绍
骨组织的重要性和骨相关疾病带来的危害，加速了骨组织工程的发展。在此大背景下，骨组织工程因具有治疗骨相关损伤或疾病的巨大潜力，而成为修复损伤器官的新的前沿的方法。通常而言，骨组织工程的研究包含了三大元素：支架、细胞和生长因子。上述三者中，对支架的研究是目前研究较为活跃的领域之一。骨组织工程要求所用支架既是理想的骨替代物，又同时具有能够诱导骨细胞形成矿化组织的性能。目前，市场上以灭活异种骨替代物为产品主流，该类型支架是对已有异种动物的成型骨组织进行灭活处理，得到无或少免疫排斥反应的支架材料。但材料形状不可控和灭活的高成本是其最明显的两个缺点。此外，以羟基磷灰石(HA)和磷酸三钙为基础的支架材料是另一类主流产品。该产品可结合前期诊断中的磁共振成像结果，通过3D打印技术打造出与骨损部位相匹配的形状。然而，打印所采用的煅烧探头决定了该技术只能使用无机材料作为原材料，仿生程度不高，同时，高昂的诊断、构建和植入成本也成为这一治疗手段的弊端。因此，作为关键因素之一，构建和修饰支架同样值得我们关注。而能否构建更接近于生理骨组织结构的仿生支架材料，便成了这一领域主要的研究课题之一。骨组织工程包含三大元素：细胞、支架和生长因子。在支架设计上，如何仿造正常生理结构特点以构建与其相仿的骨组织工程支架以促进骨细胞更好的生长，是当前研究的一大热点。尽管目前已开发出多种修饰骨组织工程支架的方案，但开发出最接近理想的技术仍然是一种挑战。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有仿生骨组织工程支架的缺陷和不足，采用琼脂糖凝胶(AG)作为支架本体，利用电泳技术使表面矿化的多壁碳纳米管(CNTs)在其内部形成有序化的结构以此修饰支架构建了AG-o-CNTs仿生骨组织工程支架。该支架能够有效促进骨间充质干细胞(bMSCs)的生长，在骨组织工程支架材料或骨替代材料方面具有很好的应用前景。本专利技术的目的是提供一种以琼脂糖凝胶和有序化多壁碳纳米管为基础的仿生骨组织工程支架及其制备方法。本专利技术另一目的是提供所述仿生骨组织工程支架在作为或制备骨组织工程支架材料或骨替代材料方面的应用。本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：一种以琼脂糖凝胶和有序化多壁碳纳米管为基础的仿生骨组织工程支架的制备方法，首先对碳纳米管(CNTs)依次进行羧基化和多巴胺化表面修饰，然后在模拟体液环境中使得多巴胺化CNTs表面形成羟基磷灰石颗粒，构建得到生物矿化CNTs；最后利用琼脂糖(AG)构建本体支架，并在此基础上利用电泳技术使得矿化CNTs在支架内部泳动，形成有序化平行排列的阵列，以此构建得到仿生骨组织工程支架AG-o-CNTs。具体地，上述以琼脂糖凝胶和有序化多壁碳纳米管为基础的仿生骨组织工程支架的制备方法，包括如下步骤：S1.对CNTs进行羧基化处理得到羧基化CNTs；S2.对羧基化CNTs进行多巴胺化处理得到多巴胺化CNTs；S3.多巴胺化CNTs在模拟体液中浸泡处理，形成羟基磷灰石化CNTs(H-CNTs)；S4.将H-CNTs进行琼脂糖凝胶电泳，然后静置，得到AG-o-CNTs支架。其中，优选地，步骤S1是利用体积比为1：3～1：5的浓硝酸与浓硫酸的混酸进行羧基化处理。优选地，步骤S2是利用EDC、HHS和左旋多巴胺共处理进行多巴胺化修饰。优选地，步骤S3所述浸泡处理的时间为4～12周。优选地，步骤S4所述电泳的条件为140Mv恒压电泳0.5～1.5h，静置时间为3～5h。更优选地，步骤S1的具体方法是：S11.将CNTs超声分散于2.0～3.0mol/L硝酸中，交替进行超声与磁搅拌处理24～48h，离心分离并用去离子水洗至中性后干燥；S12.将S11干燥后的产物超声分散于体积比1：3～1：5的浓硝酸与浓硫酸的混酸中，交替进行超声与磁搅拌处理2～6h，离心分离并用去离子水洗至中性后干燥；S13.将S12干燥后的产物超声分散于质量分数为10～25％的过氧化氢水溶液中，交替进行超声与磁搅拌处理1.5～2.5h，用去离子水洗至中性后干燥，得到羧基化CNTs。其中，优选地，步骤S11中CNTs和硝酸的质量体积比为0.1～0.3g：10～30ml。优选地，步骤S12中干燥后的产物和混酸的质量体积比为0.1～0.3g：10～30ml。优选地，步骤S13中干燥后的产物和过氧化氢水溶液的质量体积比为0.1～0.3g：10～30ml。另外，优选地，步骤S2的具体方法是：S21.将羧基化CNTs加入无水乙醇中并超声分散制成分散液，然后加入EDC与NHS，交替进行超声与磁搅拌处理1～3h；然后加入左旋多巴胺，继续交替进行超声与磁搅拌处理1～3h；S22.步骤S21得到的产物离心分离并用去离子水洗涤至中性后干燥，得到多巴胺化CNTs。其中，优选地，步骤S21所述羧基化CNTs和无水乙醇的质量体积比为0.1～0.3g：10～30ml。优选地，步骤S21所述羧基化CNTs、EDC、NHS和左旋多巴胺质量比为10～30：6～18：9～27：9～27。另外，优选地，步骤S3所述多巴胺化MWCNTs和模拟体液的质量体积比为：0.001～0.003g：0.5～5ml。更优选地，步骤S3的具体操作为：取多巴胺化MWCNTs浸泡于模拟体液(SBF)中，处理完成后将MWCNTs离心分离并用去离子水洗涤至中性后干燥，得H-CNTs。优选地，所述模拟体液(SBF)的配方为：NaCl6～10g/L；NaHCO30.1～0.4g/L；KCl0.1～0.4g/L；K2HPO4·3H2O0.1～0.4g/L；MgCl2·6H2O0.1～0.5g/L；1.0MHCl10～50ml/L；CaCl20.1～0.5g/L；Na2SO40.05～0.15g/L；Tris5～10g/L。优选地，步骤S4的具体操作为：在水平电泳槽中制备0.5％～5％的琼脂糖凝胶，然后加入TAE电泳缓冲液，于电泳孔中添加H-CNTs支架，采用140Mv恒压电泳0.5～1.5h后，静置3～5h，得到AG-o-CNTs支架。其中，0.5％～5％的琼脂糖凝胶的制备方法为：TAE缓冲液中加入0.5％～5％琼脂糖粉末，80～320℃加热至粉末溶解并持续沸腾0.5～1.5h后，静置20～50min，待液体温度下降至60～80℃，倒入电泳槽，静置，使其自然凝结。优选地，所述TAE缓冲液的配方为：Tris1～10g/L；Na2EDTA·2H2O0.5～1.0g/L；冰醋酸0.5～3ml/L。另外，优选地，上述碳纳米管(CNTs)为多壁碳纳米管(MWCNTs)。另外，作为一种优选地可实施方案，上述以琼脂糖凝胶和有序化多壁碳纳米管为基础的仿生骨组织工程支架(AG-o-CNTs)的制备方法，包括如下步骤：S1.CNTs羧基化(即混酸化学功能化CNTs)：将0.1～0.3gCNTs超声分散于10～30ml浓度为2.0～3.0mol/L的硝酸中，超声与磁搅拌交替处理24～48h后，将CNTs离心分离并用去离子水洗至中性后干燥；再将0.1～0.3g干燥后的CNTs超声分散于10～30ml混本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以琼脂糖凝胶和有序化多壁碳纳米管为基础的仿生骨组织工程支架的制备方法，其特征在于，首先对碳纳米管依次进行羧基化和多巴胺化表面修饰，然后在模拟体液环境中使得多巴胺化CNTs表面形成羟基磷灰石颗粒，构建得到生物矿化CNTs；最后利用琼脂糖构建本体支架，并在此基础上利用电泳技术使得矿化CNTs在支架内部泳动，形成有序化平行排列的阵列，以此构建得到仿生骨组织工程支架AG‑o‑CNTs。

【技术特征摘要】
1.一种以琼脂糖凝胶和有序化多壁碳纳米管为基础的仿生骨组织工程支架的制备方法，其特征在于，首先对碳纳米管依次进行羧基化和多巴胺化表面修饰，然后在模拟体液环境中使得多巴胺化CNTs表面形成羟基磷灰石颗粒，构建得到生物矿化CNTs；最后利用琼脂糖构建本体支架，并在此基础上利用电泳技术使得矿化CNTs在支架内部泳动，形成有序化平行排列的阵列，以此构建得到仿生骨组织工程支架AG-o-CNTs。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.对CNTs进行羧基化处理得到羧基化CNTs；S2.对羧基化CNTs进行多巴胺化处理得到多巴胺化CNTs；S3.多巴胺化CNTs在模拟体液中浸泡处理，形成H-CNTs；S4.将H-CNTs进行琼脂糖凝胶电泳，然后静置，得到AG-o-CNTs支架。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1是利用体积比为1：3～1：5的浓硝酸与浓硫酸的混酸进行羧基化处理；步骤S2是利用EDC、HHS和左旋多巴胺共处理进行多巴胺化修饰。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S3所述浸泡处理的时间为4～12周；步骤S4所述电泳的条件为140Mv恒压电泳0.5～1.5h，静置时间为3～5h。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1的具体方法是：S11.将CNTs超声分散于2.0～3.0mol/...

【专利技术属性】
技术研发人员：关燕清，陈吾雅，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44