一种含碳纳米管的复合多孔支架及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含碳纳米管的复合多孔支架及其制备方法。将壳聚糖、明胶、羟基磷灰石溶解于乙酸溶液，添加不同量的碳纳米管，采用冻干法制备得到支架，并在N‑羟基琥珀酰亚胺、乙磺酸、1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐的乙醇溶液进行交联，获得结构更加稳定的复合多孔支架。该方法制备的支架具有孔隙率高且孔连通好、生物相容性好、成骨诱导活性、机械性能强、结构稳定等优点，且对骨组织工程的重要种子细胞‑脂肪干细胞表现出良好的生物学性能，可作为一种优良的生物医用材料应用到骨组织工程临床移植和修复。

A composite porous scaffold with carbon nanotubes and its preparation method

The invention discloses a composite porous scaffold containing carbon nanotubes and a preparation method. Chitosan, gelatin and hydroxyapatite dissolved in acetic acid solution, adding different amount of carbon nanotubes prepared by freeze-drying method to get support, and in the N N-hydroxysuccinimide sulfonic acid, 1, B (3 two dimethylamino propyl) ethanol solution 3 ethyl two imine hydrochloride carbon was crosslinked to obtain porous composite support structure is more stable. The preparation method of the bracket has the advantages of high porosity and pore connectivity, good biocompatibility and osteogenic activity, strong mechanical properties, stable structure induced, and the seed cells of bone tissue engineering fat stem cells exhibit good biological properties, can be used as an excellent application to biomedical materials clinical transplantation and repair of bone tissue engineering.

【技术实现步骤摘要】
一种含碳纳米管的复合多孔支架及其制备方法
本专利技术属于组织工程材料领域，特别涉及一种由壳聚糖、明胶、羟基磷灰石、碳纳米管四种材料复合、交联制备复合支架的方法。
技术介绍
感染、先天畸形、外伤、肿瘤等原因所造成的骨缺损在临床上十分常见，且治疗难度大。如何促进骨缺损部位的快速愈合，一直是骨科领域亟待解决的医学难题。传统的治疗方法包括自体骨移植、同种异体骨移植和人工骨材料替代等，但是自体骨移植来源有限且会给患者带来创伤，异体骨移植容易产生免疫排斥反应，人工骨材料存在成骨性能不确定的缺陷。随着组织工程研究的兴起，利用组织工程技术来进行骨缺损的治疗具有十分广阔的应用前景。组织工程中最重要的三个要素为种子细胞、支架材料和生物生长因子，其中支架材料是最为关键的因素。由多种材料按照不同的比例与特性组合合成的支架材料为复合支架材料，可有效克服单一材料组分和功能单一的缺点，制备出与骨组织天然构造更加吻合、具有良好的生物相容性、骨传导性以及骨诱导性的骨组织工程支架。骨组织工程复合支架主要由壳聚糖、明胶、胶原、羟基磷灰石等天然或人工合成材料中的两种或者三种进行复合制备。壳聚糖(Chitosan，简记CS)可从甲壳类动物的外壳中提取甲壳素经过脱乙酰化得到，拥有良好的生物相容性、可降解性，它能够促进生物组织细胞的吸附、增殖、分化，在骨组织工程中应用广泛。明胶(Gelatin，简记Gel)是一类蛋白质，它可以通过胶原部分水解得到，具有优良的生物相容性、生物活性和生物可降解性，普遍应用在临床医学、医药工业中。羟基磷灰石(Hydroxyapatite，简记HAP)是构成人体成骨组织主要无机成分，与人体组织之间具有其它材料所不可比拟的相容性，并非常容易与骨组织形成骨性结合，但其存在着脆性大、诱导性差等问题。这几类天然材料往往生物相容性较好，与生物体较易结合，其分解产物也容易被生物体所吸收。但天然材料的机械性能较差，存在一定缺陷。碳纳米管(Carbonnanotube，简记CNT)，是一种径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端由半球形端帽封闭的新型一维量子材料，具有特殊的力学性能、电化学性能和高比表面积。如拉伸强度100～150GPa，是钢的100倍，但密度只有钢的1/6；CNT的体电导率为1000S/cm，远远大于炭黑100S/cm；CNT的比表面积大约是150～300m2/g。CNT作为一种纳米级碳材料，经研究表明也具备优良的生物相容性。因此，基于CNT特殊的力学性能、电化学性能、高比表面积和生物相容性，可以作为一种补强材料和导电材料应用在骨组织工程中，用来增加复合支架材料的机械性能和导电性，从而制备出高韧性、高强度的复合支架。专利CN103877612A“一种含碳纳米管的细胞支架及其制备方法”，该专利技术以聚乳酸-羟基乙酸共聚物的六氟异丙醇溶液和碳纳米管的六氟异丙醇悬浊液混合获得静电纺丝液，采用静电纺丝技术制备了三维细胞支架，该专利技术选用的是聚乳酸-羟基乙酸共聚物为支架主要基底材料。专利CN106668946A“一种碳纳米管/壳聚糖/胶原蛋白复合支架材料及其制备”，该方法采用壳聚糖、胶原蛋白、碳纳米管混合，采用冻干法制备三维多孔支架，但没有复合构成人体成骨组织主要无机成分-羟基磷灰石，所用交联剂为戊二醛、碳化二亚胺类或环氧烷基类，且缺少搭载细胞生长因子的研究。基于上述研究现状，本专利技术在天然生物材料壳聚糖、明胶、羟基磷灰石复合的基础之上引入了碳纳米管，采用冷冻干燥法制备复合支架，并通过化学交联制备与骨组织天然构造和性能更加吻合的复合支架，通过碳纳米管的加入量调控复合支架的孔隙率、吸水率和机械性能，增强了复合支架的机械特性和电学特性，能促进接种其上的脂肪干细胞进行组织分化。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对传统复合支架生物相容相差、机械性能较低、稳定性差等问题，专利技术一种含碳纳米管的复合多孔支架的制备方法。该方法制造出的多孔支架材料具有生物相容性好、孔隙率高、机械强度高、成骨诱导活性、结构稳定等优点。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种含碳纳米管的复合多孔支架的制备方法，该制备方法以壳聚糖、明胶、羟基磷灰石为主要材料，添加不同比例的碳纳米管，采用冷冻干燥法制备复合支架，具体包括以下步骤：(1)将一定量羟基磷灰石HAP分散、溶解于二次蒸馏水中，搅拌30～50min至溶液成乳状，得到HAP乳状溶液，其中，HAP含量为1～2g/100mL。(2)向HAP乳状溶液中加入适量壳聚糖CS和明胶Gel，再加入冰乙酸得到混合溶液；混合溶液于40～60℃下加热、磁力搅拌60～120min，待各物质均匀分散后，得到CS/Gel/HAP的混合溶液A。其中，CS含量为2～5g/100mL，Gel含量为1～3g/100mL，HAP含量为1～2g/100mL；混合溶液A中乙酸的体积分数为1～5％。(3)将一定量碳纳米管CNT分散于二次蒸馏水中，加入适量冰乙酸，超声处理30～50min后磁力搅拌100～150min，得到CNT乙酸溶液。其中，CNT含量为0.5～3g/100mL；CNT乙酸溶液中乙酸的体积分数为1～3％。所述的碳纳米管CNT为多壁碳纳米管，直径为7～9nm，长度为5～20μm。(4)将步骤(3)制备得到的CNT乙酸溶液加入到步骤(2)制备得到的CS/Gel/HAP混合溶液A中，于40～60℃下加热、搅拌50～100min至混合均匀，得到CS/Gel/HAP/CNT的混合溶液B。(5)将步骤(4)制备得到的混合溶液B移到塑料孔板中，并将塑料孔板在-20～-30℃条件下进行预冻处理20～30h，预冻处理后进行冷冻干燥处理得到复合支架预产物。所述的冷冻干燥的温度为-40～-60℃，时间为20～30h。(6)去除复合支架预产物表面的一层致密的物质，常温条件下，将复合支架预产物浸泡在交联剂中化学交联20～30h后，进行清洗、干燥处理，即可获得结构稳定的含碳纳米管的骨组织工程复合支架。所述的交联剂为N-羟基琥珀酰亚胺、乙磺酸、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐在65％乙醇溶液中的混合溶液。其中，N-羟基琥珀酰亚胺、乙磺酸、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的浓度均为50mmol/L。交联剂用量为15～20mL/g支架。所述的清洗过程为采用磷酸氢二钠冲洗4～6h，再采用二次蒸馏水冲洗6～8h。所述的干燥温度为60～80℃，干燥时间为20～30h。上述制备方法得到的含碳纳米管的复合多孔支架中壳聚糖、明胶、羟基磷灰石三种物质的质量比为1:(0.2～1):(0.2～1)；含碳纳米管的复合多孔支架内部为多孔结构，孔隙率在69.51％～84.35％范围，吸水率在667.32％～946.82％范围。本专利技术制备的壳聚糖/明胶/羟基磷灰石/碳纳米管复合支架，对骨组织工程典型种子细胞—脂肪干细胞表现出良好的生物学性能，适用于骨组织工程领域。本专利技术相对于现有技术，具有如下优点和有益效果：本专利技术所述方法制备的复合支架，集合了壳聚糖、明胶、羟基磷灰石、碳纳米管四种材料各自的优点，兼具优良的生物性能和力学性能；通过化学交联，获得了结构更加稳定的复合支架；通过调节复合支架材料中的碳纳米管含量，来调控复合支架的孔隙率、吸水率和机械性能；获得了孔隙率高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含碳纳米管的复合多孔支架的制备方法，其特征在于，以下步骤：(1)将羟基磷灰石HAP分散、溶解于二次蒸馏水中，搅拌至溶液成乳状得到HAP乳状溶液，其中，HAP含量为1～2g/100mL；(2)向HAP乳状溶液中加入壳聚糖CS和明胶Gel，再加入冰乙酸得到混合溶液；混合溶液于40～60℃下加热、磁力搅拌至各物质均匀分散后，得到CS/Gel/HAP的混合溶液A；(3)将碳纳米管CNT分散于二次蒸馏水中，加入冰乙酸，超声处理后进行磁力搅拌得到CNT乙酸溶液，其中，CNT乙酸溶液中CNT含量为0.5～3g/100mL、乙酸的体积分数为1～3％；(4)将步骤(3)制备得到的CNT乙酸溶液加入到步骤(2)制备得到的混合溶液A中，在40～60℃条件下加热、搅拌50～100min至混合均匀，得到CS/Gel/HAP/CNT的混合溶液B；(5)将步骤(4)制备得到的混合溶液B移到塑料孔板中，并将塑料孔板在‑20～‑30℃条件下进行预冻处理20～30h，预冻处理后进行冷冻干燥处理得到复合支架预产物；(6)去除复合支架预产物表面的一层致密物质，常温条件下，将复合支架预产物浸泡在交联剂中化学交联20～30h后，用磷酸氢二钠、二次蒸馏水清洗后，进行干燥处理得到结构稳定的含碳纳米管的骨组织工程复合支架。...

【技术特征摘要】
1.一种含碳纳米管的复合多孔支架的制备方法，其特征在于，以下步骤：(1)将羟基磷灰石HAP分散、溶解于二次蒸馏水中，搅拌至溶液成乳状得到HAP乳状溶液，其中，HAP含量为1～2g/100mL；(2)向HAP乳状溶液中加入壳聚糖CS和明胶Gel，再加入冰乙酸得到混合溶液；混合溶液于40～60℃下加热、磁力搅拌至各物质均匀分散后，得到CS/Gel/HAP的混合溶液A；(3)将碳纳米管CNT分散于二次蒸馏水中，加入冰乙酸，超声处理后进行磁力搅拌得到CNT乙酸溶液，其中，CNT乙酸溶液中CNT含量为0.5～3g/100mL、乙酸的体积分数为1～3％；(4)将步骤(3)制备得到的CNT乙酸溶液加入到步骤(2)制备得到的混合溶液A中，在40～60℃条件下加热、搅拌50～100min至混合均匀，得到CS/Gel/HAP/CNT的混合溶液B；(5)将步骤(4)制备得到的混合溶液B移到塑料孔板中，并将塑料孔板在-20～-30℃条件下进行预冻处理20～30h，预冻处理后进行冷冻干燥处理得到复合支架预产物；(6)去除复合支架预产物表面的一层致密物质，常温条件下，将复合支架预产物浸泡在交联剂中化学交联20～30h后，用磷酸氢二钠、二次蒸馏水清洗后，进行干燥处理得到结构稳定的含碳纳米管的骨组织工程复合支架。2.根据权利要求1所述的一种含碳纳米管的复合多孔支架的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)混合溶液A中CS含量为2～5g/100mL、Gel含量为1～3g/100mL、HAP含量为1～2g/100mL、乙酸的体积分数为1～5％。3.根据权利要求1或2所述的一种含碳纳米管的复合多孔支架的制备方法，其特征在于，所述的步骤(6)中的交联剂为N-羟基琥珀酰亚胺、乙磺酸、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐在65％乙醇溶液中的混合溶液；其中，N-羟基琥珀酰亚胺、乙磺酸、1-(3-二甲氨...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋克东，蒋思宇，卢延国，李文芳，李丽颖，刘天庆，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21