一种纳米包裹的组织工程支架及其制备方法技术

一种纳米包裹的组织工程支架及其制备方法，属于生物医学技术领域。所述组织工程支架包括可降解高分子聚合物支架和带电荷的金属纳米材料，所述带电荷的金属纳米材料通过静电吸附力借助带相反电荷的聚电解质交替自组装在可降解高分子聚合物支架表面。通过层层自组装的方法将金属纳米材料直接包裹在组织工程支架的表面，可以避免纳米材料直接添加进支架、并且纳米包裹层可以显著增加支架的亲水性，在一定程度上提高支架的机械性能并有效提高细胞的黏附性能，提高支架的生物相容性，所述制备方法适用于各种形貌的高分子聚合物基组织工程支架，能够显著提高支架的亲水性，可操作性强，能满足临床使用需要，具备推广价值。

Nano encapsulated tissue engineering scaffold and preparation method thereof

The invention relates to a nano encapsulated tissue engineering scaffold and a preparation method thereof, belonging to the biomedical technology field. The scaffold of the tissue engineering includes biodegradable polymer scaffolds and metal nanomaterials with charge. The charged metal nanomaterials are alternately assembled on the surface of a biodegradable polymer scaffold by an electrostatic adsorption force by means of a polyelectrolyte with opposite charges. The metal nanomaterials are directly wrapped in the surface of the tissue engineering scaffold by layer layer self-assembly. The nano material can be avoided directly into the scaffold, and the nano coating can significantly increase the hydrophilicity of the scaffold. To a certain extent, the mechanical properties of the scaffold are improved and the adhesion properties of the cells can be improved and the support is improved. The biocompatibility of the scaffold is suitable for various morphologies of polymer based scaffolds, which can significantly improve the hydrophilicity of the scaffolds, can be operable, and can meet the needs of clinical use, and has the value of popularization.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米包裹的组织工程支架及其制备方法
本专利技术属于生物医学
，具体涉及一种纳米包裹的组织工程支架及其制备方法。
技术介绍
骨瘤切除或严重的非愈合性骨折导致的大范围的骨损伤会因为缺乏生长模板而不能自身按原形状再生，这样的骨损伤需要外科手术的帮助来完成骨修复。传统修复严重骨损伤的方法主要是自体移植，异体移植和合成材料移植。自体移植因供体数量有限和供区损伤而受到限制，异体移植和合成材料移植又由于缺乏骨传导信号甚至排异反应等原因未得到很好的应用。新型的纳米复合骨组织工程支架极具开发和应用潜力。生物可降解高分子聚合物基的组织工程支架因其良好的生物相容性、可降解性和可加工性，很适合作为复合支架的基底。现有研究大多将非金属纳米材料如纳米羟基磷灰石与生物可降解高分子聚合物基骨组织工程支架复合制备纳米复合支架，复合方式多为将纳米材料混合入高分子聚合物中共同加工。此种方式构建的复合支架，纳米材料大多被包裹在支架内部，很难直接发挥纳米材料对细胞的调控作用。而且，纳米材料的添加量可能会影响到支架的加工成型和强度。与非金属纳米材料相比，金属纳米材料具有增强添加物和活性药物的双重功能，在生物医学领域应用广泛。比如作为磁共振造影剂的超顺磁性γ三氧化二铁已获得FDA认证。近年来，纳米氧化铁也被添加入骨组织工程支架中以提高支架的机械强度和生物活性。添加的铁元素随支架的降解而在局部逐步释放，可提高干细胞线粒体活性和成骨相关基因的表达。γ三氧化二铁赋予支架超顺磁性，可作为磁性标记的生长因子或干细胞的靶目标而实现定向作用。磁性支架在外加磁场的辅助下可固定于植入的骨缺损区，减少移位。纳米金具有良好的纳米表面效应、量子效应以及宏观量子隧道效应，它具有很多良好的化学特性，比如抗氧性和生物相容性，因此在生物医学领域极具应用潜力。
技术实现思路
解决的技术问题：针对上述现有技术中将纳米材料大多被包裹在支架内部，很难直接发挥纳米材料对细胞的调控作用、并且纳米材料的添加量会影响支架的加工成型和强度等技术问题，本专利技术提供一种纳米包裹的组织工程支架及其制备方法，通过层层自组装的方法将金属纳米材料直接包裹在组织工程支架的表面，可以避免纳米材料直接添加进支架、并且纳米包裹层可以显著增加支架的亲水性，在一定程度上提高支架的机械性能并有效提高细胞的黏附性能，提高支架的生物相容性。技术方案：一种纳米包裹的组织工程支架，所述组织工程支架包括可降解高分子聚合物支架和带电荷的金属纳米材料，所述带电荷的金属纳米材料通过静电吸附力借助带相反电荷的聚电解质交替自组装在可降解高分子聚合物支架表面。作为优选，所述可降解高分子聚合物支架为聚乳酸、聚羟基乙酸、聚乙醇酸、聚己内酯、明胶和胶原中的至少一种。作为优选，所述可降解高分子聚合物支架为致密或疏松多孔结构，成型方法为浇铸法、静电纺丝法或者3D打印法。作为优选，所述聚电解质为浓度2-20mg/mL的带正电荷的邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯溶液或者带负电荷的聚苯乙烯磺酸水溶液。作为优选，所述带电荷的金属纳米材料为表面带电荷修饰物修饰的纳米金、纳米γ三氧化二铁或者纳米α三氧化二铁。作为优选，所述表面带电荷修饰物为二巯丁二酸、聚葡萄糖山梨醇羧甲醚、柠檬酸或壳聚糖，其中表面修饰物为二巯丁二酸、聚葡萄糖山梨醇羧甲醚和柠檬酸时带负电荷，表面修饰物为壳聚糖时带正电荷，所述表面带电荷修饰物的尺寸为5~100nm。本专利技术的另一个技术方案为所述纳米包裹的组织工程支架的制备方法，包括以下步骤：步骤一.将可降解高分子材料熔融后制备成支架，然后采用氮气、氧气、水蒸气或氨气等离子体处理支架使支架表面带电荷，选择氮气、氧气或水蒸气等离子体处理时，支架表面带负电荷，选择氨气等离子体处理时，支架表面带正电荷；步骤二.将步骤一处理后的支架浸泡在与等离子体处理后的支架表面电荷相反的聚电解质溶液中30~60min，取出样品后用去离子水清洗，然后用滤纸吸干；步骤三.将步骤二处理后的支架放入与聚电解质电性相反的带电荷的金属纳米材料溶液中浸泡30~60min，溶液浓度为0.5~10mg/mL取出后用去离子水清洗，然后冷冻干燥36~48h；步骤四.将干燥后的支架重复步骤二~步骤三1~6次。作为优选，所述步骤二中将步骤一处理后的支架浸泡在与等离子体处理后的支架表面电荷相反的聚电解质中30min。作为优选，所述步骤三中将步骤二处理后的支架放入与聚电解质电性相反的带电荷的金属纳米材料中浸泡30min，取出后用去离子水清洗，然后冷冻干燥36h。作为优选，所述步骤四中将干燥后的支架重复步骤二~步骤三4次。有益效果：本专利技术选择生物相容性良好的金属纳米材料包裹组织工程支架制备纳米复合支架，不仅使支架具有增强的机械性能，而且具有增强的成骨活性。还可以通过调节使用纳米材料的种类对纳米复合支架的性能进行调节，如通过包裹磁性纳米材料来赋予支架材料以磁性，通过在一定范围内增加纳米材料包裹层数来增加支架的强度。本专利技术的纳米包裹组织工程支架适用于各种形貌的高分子聚合物基组织工程支架，显著提高支架的亲水性，可操作性强，能满足临床使用需要，具备推广价值。附图说明图1为实施例1中制备的1#、2#和3#支架的扫描电子显微镜图，图中（a）为1#3D打印的PLGA（聚乳酸-羟基乙酸共聚物，poly（lactic-co-glycolicacid））支架、（b）为2#γ-Fe2O3纳米颗粒包裹的3D打印的PLGA支架、（c）为3#浸泡负载γ-Fe2O3纳米颗粒的3D打印的PLGA支架。图2为4#电纺支架、5#α-Fe2O3纳米颗粒包裹电纺支架、6#γ-Fe2O3纳米颗粒包裹的电纺支架和7#金纳米颗粒包裹的电纺支架的表面水接触角示意图，图中a为4#电纺支架的表面接触角，b为5#α-Fe2O3纳米颗粒包裹电纺支架，c为6#γ-Fe2O3纳米颗粒包裹的电纺支架，d为7#金纳米颗粒包裹的电纺支架。图3为实施例2所制备α-Fe2O3纳米颗粒包裹电纺支架（5#）的透射电子显微镜图。图4为实施例3中制备的4#电纺支架和6#γ-Fe2O3纳米颗粒包裹的电纺支架的拉伸强度检测的典型应力-应变曲线图，图中a为4#电纺支架，b为6#γ-Fe2O3纳米颗粒包裹的电纺支架。图5为实施例3中制备的4#电纺支架和6#γ-Fe2O3纳米颗粒包裹的电纺支架的钙结节形成定量检测结果图，图中a为电纺支架，b为γ-Fe2O3纳米颗粒包裹的电纺支架。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。实施例1本实施例中选用的可降解高分子聚合物支架材料为PLGA（聚乳酸-羟基乙酸共聚物，poly（lactic-co-glycolicacid）），支架成型方法选用3D打印法。聚电解质为2mg/mLPDDA（邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯）溶液，带电荷的金属纳米材料为表面带电荷修饰物为聚葡萄糖山梨醇羧甲醚（PSC）修饰的纳米γ-Fe2O3溶液（RosnerMH,AuerbachM.Ferumoxytolforthetreatmentofirondeficiency.ExpertRevHematol.2011Aug;4(4):399-406.）浓度为10mg/mL，平均粒径约为9nm。采用上述材料，制备方法如下：步骤一.将PLGA熔融后用3D打印机打印成6×本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米包裹的组织工程支架，其特征在于，所述组织工程支架包括可降解高分子聚合物支架和带电荷的金属纳米材料，所述带电荷的金属纳米材料通过静电吸附力借助带相反电荷的聚电解质交替自组装在可降解高分子聚合物支架表面。

【技术特征摘要】
1.一种纳米包裹的组织工程支架，其特征在于，所述组织工程支架包括可降解高分子聚合物支架和带电荷的金属纳米材料，所述带电荷的金属纳米材料通过静电吸附力借助带相反电荷的聚电解质交替自组装在可降解高分子聚合物支架表面。2.根据权利要求1所述的一种纳米包裹的组织工程支架，其特征在于，所述可降解高分子聚合物支架为聚乳酸、聚羟基乙酸、聚乙醇酸、聚己内酯、明胶和胶原中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种纳米包裹的组织工程支架，其特征在于，所述可降解高分子聚合物支架为致密或疏松多孔结构，成型方法为浇铸法、静电纺丝法或者3D打印法。4.根据权利要求1所述的一种纳米包裹的组织工程支架，其特征在于，所述聚电解质为浓度2-20mg/mL的带正电荷的邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯溶液或者带负电荷的聚苯乙烯磺酸水溶液。5.根据权利要求1所述的一种纳米包裹的组织工程支架，其特征在于，所述带电荷的金属纳米材料为表面带电荷修饰物修饰的纳米金、纳米γ三氧化二铁或者纳米α三氧化二铁。6.根据权利要求5所述的一种纳米包裹的组织工程支架，其特征在于，所述表面带电荷修饰物为二巯丁二酸、聚葡萄糖山梨醇羧甲醚、柠檬酸或壳聚糖，其中表面修饰物为二巯丁二酸、聚葡萄糖山梨醇羧甲醚和柠檬酸时带负电荷，表面修饰物为壳聚糖时带正电荷，所述表面带电荷修饰物的尺寸为5~100nm。7.基于权利要求1~6中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏阳，章非敏，秦天牧，马俊青，陈慧敏，
申请(专利权)人：南京医科大学附属口腔医院，
类型：发明
国别省市：江苏,32