一种结合原位生长技术制备磁纳米骨支架的方法技术

本发明专利技术涉及一种含原位生长磁纳米粒子的氧化石墨烯（GO@Fe3O4）的聚合物骨支架及其制备方法。所述骨支架由GO@Fe3O4和聚合物基质组成；所述纳米Fe3O4是通过原位生长技术获得，并均匀分布在GO的表面。其制备方法为：基于原位生长技术在GO表面获得纳米Fe3O4，再配置GO@Fe3O4和聚合物混料，经SLS技术制备所述骨支架。本发明专利技术创新性的利用原位生长技术在GO上获得磁纳米粒子Fe3O4，赋予骨支架以磁刺激功能和增强的机械性能，本发明专利技术成分和结构设计合理，为磁场下刺激骨再生提供了一种新的途径。为磁场下刺激骨再生提供了一种新的途径。

【技术实现步骤摘要】
一种结合原位生长技术制备磁纳米骨支架的方法
[0001]一种结合原位生长技术制备磁纳米骨支架的方法。


[0002]本专利技术涉及一种结合原位生长技术制备磁纳米骨支架的方法；属于植入体设计制备


技术介绍

[0003]因交通或其他安全事故，以及人口老龄化等客观因素导致的骨科疾病使得遭受骨折、关节挫伤或骨缺损的患者逐年增加。传统的自体骨和同种异体等骨重建策略，存在如供体数量受限，并发症和免疫原性排斥等缺陷。基于生物再生材料的人工骨支架制备的研究逐步成为热点，为解决缺损骨修复这一工程问题开辟了一条崭新的途径。聚合物骨支架材料是开发最早、研究最多，而且是被食品与药品管理部门批准可用于临床的生物医用材料，因其生物安全性、生物降解性和可调的机械性能，以及可加工成任意形状和结构等特性。然而，聚合物骨支架依然难以满足承重骨的机械性能要求，同时又缺乏必要的生物活性和细胞响应能力。为此，研究者考虑将不同材料复合来制备骨支架，期望充分利用每种材料的优势同时规避其劣势，并通过不同组分的比例搭配，实现骨支架性能的可控调节。
[0004]氧化石墨烯（GO），其具有石墨烯的层状结构和优异性能，在增强复合材料力学性能方面展现了巨大优势和应用潜力。更重要的是，在其碳原子平面上分布有众多的羧基、羰基、羟基等含氧基团，从而有望成为高分子和无机材料间的联结纽带。多巴胺，一种具有类贻贝足粘蛋白儿茶酚和胺官能团的信号传递物质，在碱性条件下经自聚合反应形成几乎能粘附在任何基质表面的聚多巴胺。更重要的是，其经脱质子化可形成氧负离子，从而通过螯合作用和配位反应吸附带正电荷的铁离子（Fe
2+
，Fe
3+
），并进一步诱导其沿c轴定向原位生长形成Fe3O4纳米颗粒或晶须。因此，利用多巴胺对GO进行功能化修饰，再利用原位生长技术实现Fe3O4磁纳米粒子或晶须在GO上的形成，并进一步引入到聚合物中制备具有机械增强和磁刺激响应功能的骨支架。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有骨支架存在的不足，首次尝试通过原位生长技术在GO上获得Fe3O4纳米粒子或晶须，并获得一种含GO@Fe3O4的聚合物骨支架及其制备方法，旨在通过GO@Fe3O4的引入赋予聚合物骨支架适合人体需求的机械性能和磁刺激响应功能。
[0006]本专利技术一种含有GO@Fe3O4的聚合物骨支架；所述聚合物骨支架包括聚合物基质和GO@Fe3O4；所述GO@Fe3O4为通过原位生长技术获得的磁纳米复合物。
[0007]本专利技术一种含有GO@Fe3O4的聚合物骨支架；所述骨支架中GO@Fe3O4的含量为5
‑
15 wt%、并最终优选为10 wt%。在应用时，其用量可根据病人的骨密度以及其他条件参数进行调整。当然，当其含量在10 wt%时，支架的力学及细胞响应能力是优越的。
[0008]本专利技术一种含有GO@Fe3O4的聚合物骨支架；所述聚合物为聚乳酸、聚乙醇酸、聚左
旋乳酸和聚醚醚酮等医用生物材料中一种或多种。
[0009]本专利技术一种含有GO@Fe3O4的聚合物骨支架的制备方法；包括下述步骤：一、多巴胺功能化氧化石墨烯（GO
‑
DA）的制备，具体步骤如下：（1）将GO纳米片溶于pH值为8.5的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐（Tris
‑
HCL）溶液中，将GO浓度控制在0.5
‑
1 mg/ml，在磁力搅拌下得到均匀的GO分散液；（2）向GO分散液滴加一定量的多巴胺溶液，将多巴胺浓度控制为2 mg/ml，并在50℃条件下磁力搅拌反应4h，得到多巴胺修饰后的GO纳米片溶液；（3）上述溶液经反复离心后获得最终沉淀物，再置于60℃真空干燥箱中干燥12 h，得到多巴胺修饰后的氧化石墨烯（GO
‑
DA）；二、GO@Fe3O4的制备，具体步骤如下：（1）配置六水合三氯化铁（FeCl3·
6H2O）、四水合二氯化铁（FeCl2·
4H2O）和GO
‑
DA的混合水溶液，控制溶液中二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1:2，GO
‑
DA的浓度为2 mg/ml，在磁力搅拌下获得均匀混合液；（2）向上述混合液中滴加氨水（NH3·
H2O），将溶液的pH调整至8.5，在氮气保护下，60
‑
70℃水浴中反应3 h；（3）反应后的混合液经反复离心获得沉淀物，再置于60℃的真空干燥箱中干燥12 h，获得原位生长Fe3O4的氧化石墨烯（GO@Fe3O4）。
[0010]三、骨支架的制备，具体步骤如下：（1）按设计比例配取GO@Fe3O4粉末和聚合物粉末控制GO@Fe3O4的占比为5
‑
15 wt%，均匀混合后经激光烧结获得复合骨支架；（2）激光烧结过程中，控制激光功率为2
‑
4 W，扫描速度为80
‑
120 mm/min，光斑直径为50
‑
100
ꢀµ
m，扫描间距为0.5~1.0 mm，铺粉厚度为100~200
ꢀµ
m。
[0011]原理和优势本专利技术首次设计和制备具有增强机械性能和磁刺激效应的含GO@Fe3O4的聚合物骨支架。
[0012]本专利技术涉及的Fe3O4是通过原位生长技术形成在具有大比表面积和强力学性能的GO上，原位生长过程利用生物相容性的多巴胺实现对GO的功能化修饰；随后利用螯合作用、配位反应以及静电吸附等诱导带正电的Fe
2+
与Fe
3+
在GO表面位点的附着，并生成Fe(OH)2与Fe(OH)3晶核形核；在随后的恒温水浴处理过程中，Fe(OH)2与Fe(OH)3核粒子通过奥斯瓦尔德熟化生长，形成Fe3O4纳米颗粒或晶须结合在GO上，获得GO@Fe3O4磁纳米复合物。
[0013]骨支架制备过程中，按设计比例配取GO@Fe3O4粉末和聚合物粉末，由于纳米Fe3O4结合于GO表面，有效避免了GO@Fe3O4在基质中再聚集现象，同时纳米Fe3O4也由于原位生长于GO表面而无法积聚；GO@Fe3O4的均匀分散及其对聚合物基质的互锁、钉扎和拔出效应有效耗散断裂能量，从而显著增强骨支架的机械性能。更为重要的是，GO@Fe3O4的引入给骨支架带来显著的磁场刺激效应，从而发挥磁场对细胞响应和骨修复的独特优势。
[0014]与现有技术相比，本专利技术优点如下：（1）本专利技术所用原位生长技术是避免纳米粒子在混料过程中积聚的有效策略，便于实现物料的均匀分散，从而增强骨支架的机械性能；（2）本专利技术所用原位生长技术具有界面结合强和稳定性好的特点，能够解决有机
物/无机物骨支架界面相容性差的难题，进一步增强骨支架的机械性能；（3）本专利技术所用GO@Fe3O4具有独特的磁场刺激效应，有效促进细胞粘附、增殖和分化等细胞响应行为，加速骨修复进程。
具体实施方式
[0015]下面通过实施例对本专利技术的具体实施方式进行阐述，但本专利技术之内容并不局限于此。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含原位生长磁纳米粒子的氧化石墨烯（GO@Fe3O4）的聚合物骨支架；其特征在于：所述骨支架包括聚合物基质和GO@Fe3O4；所述Fe3O4为原位生长在GO的表面，二者的结合实现聚合物骨支架机械性能的协同强化和细胞响应的磁刺激功能。2.根据权利要求1所述的一种含有GO@Fe3O4的聚合物骨支架；其特征在于，所述GO片径的范围为5~15 μm，首先在碱性条件下获得多巴胺修饰的氧化石墨烯，具体步骤如下：（1）将GO纳米片溶于pH值为8.5的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐（Tris
‑
HCL）溶液中，将GO浓度控制在0.5
‑
1 mg/ml，在磁力搅拌下得到均匀的GO分散液；（2）向GO分散液滴加一定量的多巴胺溶液，将其浓度控制为2 mg/ml，并在50℃条件下磁力搅拌反应4h，得到多巴胺修饰后的GO纳米片溶液；（3）上述溶液经反复离心后获得最终沉淀物，再置于60℃真空干燥箱中干燥12 h，得到多巴胺修饰后的氧化石墨烯（GO
‑
DA）。3.根据权利要求1所述的一种含有GO@Fe3O4的聚合物骨支架；其特征在于，制备GO@Fe3O4的具体步骤如下：（1）配置六水合三氯化铁（FeCl3·
6H2O）、四水合二氯化铁（FeCl2·
4H2O）和GO
‑
DA的混合水溶液，控制溶液中二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1:2，GO
‑
DA的浓度为2 mg/ml，在磁力搅拌下获得均匀混合液；（2）向上述混合液中滴加氨水（NH3·
H2O），将溶液的pH调整至8.5，在氮气氛围下，60
‑
70℃水...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClA六一L二七四四，
申请(专利权)人：邵阳学院，
类型：发明
国别省市：