一种碳纳米管改性矿化胶原材料及其制备方法和应用技术

一种碳纳米管改性矿化胶原材料及其制备方法和应用，该制备方法包括如下步骤：(1)碳纳米管与强氧化剂混合后，依次经超声处理、加热处理、过滤、洗涤和真空干燥，得到改性碳纳米管；(2)将改性碳纳米管进行粉碎、筛分，得到改性碳纳米管粉末，加入到胶原酸溶液中，得第一共混物；(3)向第一共混物中缓慢滴加钙盐溶液，持续搅拌混合均匀，缓慢加入磷酸盐溶液，并持续搅拌，形成第二共混物；(4)向第二共混物中滴加NaOH溶液至pH＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物，静置，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到碳纳米管改性矿化胶原材料。本发明专利技术的碳纳米管改性矿化胶原材料同时具有优异的力学性能和生物性能。时具有优异的力学性能和生物性能。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管改性矿化胶原材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及生物医学材料
，特别涉及一种碳纳米管改性矿化胶原材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]天然骨是由70wt％羟基磷灰石(HA)和30wt％有机质构成，羟基磷灰石为骨提供强度和硬度，同时具有良好的生物相容性和生物活性及骨传导性，但是单一的羟基磷灰石强度不佳，缺乏韧性和可塑性；胶原(Col)作为骨组织中有机成分，与羟基磷灰石无机成分进行体外矿化得到的体外矿化材料更加接近于天然骨组织成分；然而体外矿化材料力学强度差、易降解，影响了其在临床中的应用，尤其是限制了其在承重部位的骨缺损修复中的应用。
[0003]碳纳米管(CNTs)具有特殊的中空管状结构，同时由于C
‑
C共价键较强和其天然的结构完整性，具有优异的力学性能，主要用于改良修饰各种支架材料，增加材料强度；但是碳纳米管生物性能差，且具有疏水性，易发生团聚，且以裸露状态进入人体后会产生一定的安全性隐患，造成炎症，因此急需制备一种材料既能充分利用碳纳米管优异的力学性能，降低碳纳米管的生物毒性，又能充分发挥体外矿化材料优异的生物性能，使其能应用于承重部分的骨缺损修复。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本专利技术提供了一种碳纳米管改性矿化胶原材料及其制备方法和应用，本专利技术碳纳米管改性矿化胶原材料，充分利用了碳纳米管优异的力学性能，增强了矿化胶原材料的抗压性能；同时本专利技术碳纳米管改性矿化胶原材料具有优异的力学性能和生物性能，可以用于承重部位的小块骨缺损的修复。
[0005]本专利技术在第一方面提供了一种碳纳米管改性矿化胶原材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0006](1)将碳纳米管与强氧化剂混合后，依次经超声处理、加热处理、过滤、洗涤和真空干燥，得到改性碳纳米管；
[0007](2)将所述改性碳纳米管进行粉碎、筛分，得到改性碳纳米管粉末，并将所述改性碳纳米管粉末加入到胶原酸溶液中，持续搅拌，形成第一共混物；
[0008](3)向第一共混物中缓慢滴加钙盐溶液，持续搅拌至混合均匀，缓慢加入磷酸盐溶液，并持续搅拌，形成第二共混物；
[0009](4)向第二共混物中缓慢滴加NaOH溶液至pH＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物，静置，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到碳纳米管改性矿化胶原材料；
[0010]优选地，在步骤(1)中，所述碳纳米管与所述强氧化剂的质量比为(0.003～2):1；
[0011]所述碳纳米管选自单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的至少一种；优
选的是，所述碳纳米管的尺寸为200～300nm。
[0012]优选地，所述强氧化剂选自浓硫酸、浓硝酸与浓硫酸的混合物、双氧水、或浓硫酸与高锰酸钾的混合物中的至少一种，优选的是，所述强氧化剂为体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液。
[0013]优选地，在步骤(1)中，所述超声处理的温度为10～70℃，时间为2～5h；
[0014]所述加热处理的温度为80～200℃，时间为24～50h；
[0015]所述洗涤为用去离子水反复洗涤改性碳纳米管直至滤液呈中性；
[0016]所述真空干燥的温度为50～70℃。
[0017]优选地，在步骤(2)中，所述胶原酸溶液由胶原溶于酸溶液得到；所述胶原酸溶液的pH为4～5.5；优选的是，所述胶原酸溶液的浓度为0.01～0.5mg/mL；
[0018]更优选的是，所述胶原为I型胶原；所述酸溶液为盐酸、乙酸中的任意一种。
[0019]优选地，在步骤(2)中，所述改性碳纳米管粉末与所述胶原酸溶液中胶原的质量比为(0.1～0.3):1；优选的是，所述改性碳纳米管粉末的粒径为10～50nm；
[0020]优选地，在步骤(3)中，所述钙盐溶液由可溶性钙盐溶于水配制得到；优选的是，所述可溶性钙盐选自CaCl2、Ca(NO3)2中的至少一种；
[0021]所述磷酸盐溶液由可溶性磷酸盐溶于水配制得到；优选的是，所述可溶性磷酸盐选自NaH2PO4、Na2HPO4、K2HPO4中的至少一种。
[0022]优选地，在步骤(3)中，所述钙盐溶液中钙离子与所述胶原的质量比为(2.4～4.8):1；
[0023]所述钙盐溶液中钙元素与所述磷酸盐溶液中磷元素的摩尔比为(1.2～2):1。
[0024]优选地，在步骤(4)中，所述碳纳米管改性矿化胶原材料的粒径为100～300μm；
[0025]所述静置的时间为24～120h。
[0026]本专利技术在第二方面提供了一种碳纳米管改性矿化胶原材料根据第一方面所述的制备方法制备得到。
[0027]本专利技术在第三方面提供了一种根据第二方面所述的碳纳米管改性矿化胶原材料在骨修复中的应用。
[0028]本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0029](1)本专利技术中通过强氧化剂对碳纳米管进行表面改性，在碳纳米管表面引入具有亲水性的羧基(
‑
COOH)，能够和矿化胶原材料中的羟基磷灰石中的OH
‑
进行键合，同时提高了碳纳米管在胶原酸溶液中的分散性，进而得到具有稳定结构和优异性能的碳纳米管改性矿化胶原材料；同时在碳纳米管表面引入具有亲水基团，增加碳纳米管的在溶液中分散性，可以降低碳纳米管因为团聚体现出的生物毒性，同时能充分利用碳纳米管优异的力学性能，将改性碳纳米管和矿化胶原材料(羟基磷灰石与胶原进行体外矿化得到的材料)进行结合，增强了矿化胶原材料的抗压性能。
[0030](2)本专利技术通过控制改性碳纳米管粉末与胶原酸溶液中胶原的质量比，制备得到同时具有优异的力学性能和生物性能的碳纳米管改性矿化胶原材料，既充分发挥碳纳米管优异的力学性能，又使矿化胶原的生物性能保持在较高水平，可用于承重部位的小块骨缺损的修复；同时通过控制上述质量比，使得碳纳米管改性矿化胶原材料中矿化胶原材料的降解速度速度与需要较长修复时间的承重部位的骨组织细胞的生长速相匹配，可用于承重
部位的小块骨缺损的修复。
[0031](3)本专利技术制备的碳纳米管改性矿化胶原材料具有较大的比表面积，增加了碳纳米管改性矿化胶原材料与细胞的接触面积，为成骨细胞的生长提供了足够的空间，成骨细胞可以在其表面生长并通过分泌细胞外基质，进而形成新的骨组织。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]本专利技术在第一方面提供了一种碳纳米管改性矿化胶原材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0034](1)碳纳米管与强氧化剂混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管改性矿化胶原材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将碳纳米管与强氧化剂混合后，依次经超声处理、加热处理、过滤、洗涤和真空干燥，得到改性碳纳米管；(2)将所述改性碳纳米管进行粉碎、筛分，得到改性碳纳米管粉末，并将所述改性碳纳米管粉末加入到胶原酸溶液中，持续搅拌，形成第一共混物；(3)向第一共混物中缓慢滴加钙盐溶液，持续搅拌至混合均匀，缓慢加入磷酸盐溶液，并持续搅拌，形成第二共混物；(4)向第二共混物中缓慢滴加NaOH溶液至pH＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物，静置，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到碳纳米管改性矿化胶原材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：所述碳纳米管与所述强氧化剂的质量比为(0.003～2):1；所述碳纳米管选自单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的至少一种；优选的是，所述碳纳米管的尺寸为200～300nm；和/或所述强氧化剂选自浓硫酸、浓硝酸与浓硫酸的混合物、双氧水、或浓硫酸与高锰酸钾的混合物中的至少一种，优选的是，所述强氧化剂为体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：所述超声处理的温度为10～70℃，时间为2～5h；所述加热处理的温度为80～200℃，时间为24～50h；所述洗涤为用去离子水反复洗涤改性碳纳米管直至滤液呈中性；所述真空干燥的温度为50～70℃。4.根据权利要求1所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱金亮，宋天喜，崔云，何志敏，胡艳丽，仇志烨，吴晶晶，胡刚，
申请(专利权)人：北京奥精康健科技有限公司，
类型：发明
国别省市：