一种用于骨软骨修复的功能化生物陶瓷复合支架材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于骨软骨修复的功能化生物陶瓷复合支架材料及其制备方法，具体涉及一种锌钴双金属有机框架功能化生物陶瓷复合支架材料及其制备与应用。所述锌钴双金属有机框架功能化的生物陶瓷复合支架材料包括：三维多孔生物陶瓷支架，以及原位生长在三维多孔生物陶瓷支架表面的锌钴双金属有机框架涂层。物陶瓷支架表面的锌钴双金属有机框架涂层。物陶瓷支架表面的锌钴双金属有机框架涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种用于骨软骨修复的功能化生物陶瓷复合支架材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种骨软骨组织工程支架材料，具体涉及一种用于骨软骨修复的功能化生物陶瓷复合支架材料及其制备方法，尤其涉及一种锌钴双金属有机框架功能化生物陶瓷复合支架材料及其制备与应用，属于生物材料与组织工程领域。

技术介绍

[0002]高水平活性氧造成的涉及软骨下骨损伤的骨性关节炎的修复治疗是临床上面临的巨大挑战。高水平的活性氧会破坏细胞氧化还原调节的信号通路，抑制超氧化物歧化酶和过氧化物酶等的分泌，从而降低抗氧化能力，加剧氧化应激反应，诱导软骨细胞DNA和线粒体损伤和，及加快软骨细胞功能性衰竭和凋亡，最终诱发或加剧骨性关节炎的形成和导致骨软骨缺损难以愈合。目前，利用骨软骨组织工程支架材料来修复与治疗骨软骨缺损被认为是解决相关问题的有效方法之一。然而，常规骨软骨组织工程支架难以清除活性氧和维持骨微环境的氧化还原反应的稳定。因此，设计具有抗氧化应激功能的骨软骨组织工程支架材料是修复和治疗涉及软骨下骨损伤的骨性关节炎的关键所在。

技术实现思路

[0003]针对骨软骨组织工程支架材料难以清除活性氧，抗氧化应激的问题，本专利技术提供了一种Zn/Co
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MOF功能化的生物陶瓷复合支架材料及其制备方法，所述的这种复合支架材料的制备方法解决了现有技术制备的骨组织工程支架材料不能精确调控支架材料的内部结构，清除自由基、抗氧化应激等问题。
[0004]一方面，本专利技术提供了一种锌钴双金属有机框架功能化的生物陶瓷复合支架材料，包括：三维多孔生物陶瓷支架，以及原位生长在三维多孔生物陶瓷支架表面的锌钴双金属有机框架涂层。
[0005]较佳的，所述三维多孔生物陶瓷支架的材质为生物活性陶瓷或/和生物活性玻璃，选自β相磷酸三钙、羟基磷灰石和镁黄长石中的至少一种；所述生物活性玻璃组成为SiO2‑
CaO
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P2O5玻璃体系，其中SiO2、CaO、P2O5的质量比＝(45～90)：(5～30)：(1～10)。
[0006]本专利技术通过研究发现：(1)生物活性陶瓷(玻璃)不仅具有良好的骨传导、骨整合和骨诱导等特征，还具有软骨组织生长的特性。研究表明，生物陶瓷(玻璃)支架能为骨再生提供良好的物理性能和生物活性。此外，离子掺杂的生物陶瓷(玻璃)支架可释放生物活性离子促进软骨和软骨下骨再生。尽管如此，生物陶瓷(玻璃)仍然不能有效清除活性氧和具备治疗炎症的功能。(2)在众多催化剂中，金属有机框架(Metal
‑
Organic Framework，MOF)在催化和清除活性氧方面展现了巨大的优势。MOF材料由金属离子或团簇和有机配体通过配位自组装形成的多孔晶体材料，多孔性和高比表面积的特点使其具有优良的催化活性。研究表明，部分锌基和钴基MOF材料具有生物相容性、生物降解性能和催化清除活性氧的能力。此外，锌基和钴基MOF材料降解产物中的锌、钴金属离子在一定范围内可促进成骨分化
和软骨细胞成熟。因此，本专利技术人创造性地，将锌钴双金属有机框架(Zn/Co
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MOF)与β
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TCP生物陶瓷支架结合制备兼顾抗氧化应激性能和生物力学的多功能复合支架材料，有望应用于涉及软骨下骨缺损的骨性关节炎的修复与治疗。
[0007]较佳的，所述锌钴双金属有机框架涂层材质为锌钴双金属有机框架材料，钴和锌的比例介于0.1：10～10：0.1之间。
[0008]较佳的，所述锌钴双金属有机框架涂层的厚度为500nm～10μm；所述锌钴双金属有机框架涂层的质量为三维多孔生物陶瓷支架质量的0.5～5wt％。
[0009]较佳的，所述三维多孔生物陶瓷支架具有大孔结构，孔隙率为20～80％；所述大孔结构的尺寸为100μm～1mm。
[0010]另一方面，本专利技术提供了一种锌钴双金属有机框架功能化的生物陶瓷复合支架材料的制备方法，包括：将三维多孔生物陶瓷支架浸没到有机配体溶液中再加入锌钴双金属溶液并进行反应，经洗涤和干燥，得到锌钴双金属有机框架功能化的生物陶瓷复合支架材料。
[0011]较佳的，所述有机配体溶液的浓度为0.05～0.5mol/L，溶剂选自去离子水、无水乙醇和丙酮中的至少一种；所述的有机配体包括2
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甲基咪唑、卟啉和对苯二甲酸等中的至少一种；所述锌钴双金属溶液中溶质为锌盐和钴盐，溶剂为去离子水、无水乙醇和丙酮中的至少一种；所述锌盐为Zn(NO3)2·
6H2O、ZnCl2、和Zn3SO4中的至少一种；所述钴盐选自Co(NO3)2·
6H2O、CoCl2·
6H2O和CoSO4·
7H2O中的至少一种；所述锌盐和钴盐的摩尔比为0.1：10～10：0.1，优选为4～7：1；所述锌盐和钴盐的总浓度范围为0.05～0.5mol/L，优选为0.10～0.25mol/L。
[0012]较佳的，所述三维多孔生物陶瓷支架和有机配体溶液的比为(0.01g～0.1g)：1mL；所述三维多孔生物陶瓷(玻璃)支架：由机配体溶液和锌钴双金属溶液组成的锌钴双金属有机框架前驱体溶液＝(0.01g～0.1g)：1mL；所述反应的温度为20～60℃，反应时间为1～16h，优选为2～4h；优选地，所述有机配体溶液和锌钴双金属溶液的体积比为(5～10)：1。
[0013]较佳的，所述三维多孔生物陶瓷支架的制备方法包括：(1)将生物活性陶瓷粉体和粘结剂溶液混合均匀，得到打印墨水；所述粘结剂包含海藻酸钠、F
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127和聚乙烯醇中的至少一种；所述粘结剂溶液的浓度为0.5～20wt％。(2)将打印墨水通过3D打印技术制得支架湿坯后，再经干燥和烧结，得到三维多孔生物陶瓷支架；优选地，所述干燥包括在37℃下干燥24～48h；优选地，所述脱粘的温度为400～650℃；优选地，所述烧结的温度为900～1400℃。
[0014]本专利技术中，结合3D打印技术和水热法制备Zn/Co
‑
MOF功能化的生物陶瓷复合支架材料，有望为临床上涉及软骨下骨缺损的骨性关节炎的修复治疗提供新的策略。其中，3D打印技术作为新兴的快速成型技术手段，可以精确地控制材料的外部形状、内部结构以及孔的连通性，从而可利用其获得个性化多孔支架材料。此外，相比其它涂层合成技术，水热法
具有操作便捷、合成温度低和对材料的损伤小的特点，可有效地在支架材料表面构建MOF涂层。
[0015]再一方面，本专利技术提供了一种锌钴双金属有机框架功能化的生物陶瓷复合支架材料在制备骨软骨修复材料中的应用，其特征在于，所述骨软骨修复材料优选为骨软骨缺损的膝关节材料。
[0016]有益效果：本专利技术中，Zn/Co
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MOF催化剂的应用领域广泛，与无机锌、钴离子相比，其具有多种类酶活性和更优良的催化活性，以高效催化清除多种活性氧。Zn/Co
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MOF功能化生物陶瓷复合支架材料在提供良好的生物力学性能的同时，还能有效清除多种活性氧(如将超氧根阴离子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锌钴双金属有机框架功能化的生物陶瓷复合支架材料，其特征在于，包括：三维多孔生物陶瓷支架，以及原位生长在三维多孔生物陶瓷支架表面的锌钴双金属有机框架涂层。2.根据权利要求1所述的锌钴双金属有机框架功能化的生物陶瓷复合支架材料，其特征在于，所述锌钴双金属有机框架涂层材质为锌钴双金属有机框架材料，钴和锌的比例介于0.：10～10：0.1之间。3.根据权利要求1所述的锌钴双金属有机框架功能化的生物陶瓷复合支架材料，其特征在于，所述锌钴双金属有机框架涂层的厚度为500nm～10μm；所述锌钴双金属有机框架涂层的质量为三维多孔生物陶瓷支架质量的0.5～5wt％。4.根据权利要求1所述的锌钴双金属有机框架功能化的生物陶瓷复合支架材料，其特征在于，所述三维多孔生物陶瓷支架的材质为生物活性陶瓷或/和生物活性玻璃，选自β相磷酸三钙、羟基磷灰石和镁黄长石中的至少一种；所述生物活性玻璃组成为SiO2‑
CaO
‑
P2O5玻璃体系，其中SiO2、CaO、P2O5的质量比＝(45～90):(5～30):(1～10)。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的锌钴双金属有机框架功能化的生物陶瓷复合支架材料，其特征在于，所述三维多孔生物陶瓷支架具有大孔结构，孔隙率为20～80％；所述大孔结构的尺寸为100μm～1mm。6.一种如权利要求1
‑
5中任一项所述的锌钴双金属有机框架功能化的生物陶瓷复合支架材料的制备方法，其特征在于，包括：将三维多孔生物陶瓷支架浸没到有机配体溶液中再加入锌钴双金属溶液中进行反应，再经洗涤和干燥，得到锌钴双金属有机框架功能化的生物陶瓷复合支架材料。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述有机配体溶液的浓度为0.05～0.5mol/L，溶剂选自去离子水、无水乙醇和丙酮中的至少一种；所述有机配体包括2
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甲基咪唑...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱钰方，舒朝琴，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：