CN108553686A - 一种纳米骨组织支架材料的制备方法 - Google Patents

一种纳米骨组织支架材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纳米骨组织支架材料的制备方法，属于生物医学材料技术领域，本发明先采用沉淀法制备双相磷钙纳米粉末，然后往壳聚糖溶液中加入明胶和双相磷钙纳米粉末，壳聚糖、明胶、双相磷钙纳米粉末质量比为(1～2):1:(0.5～4)，室温下搅拌20～40h后，再脱气处理，然后将得到的溶液倒入24孔板中循环冷冻解冻处理，最后干燥，即得。与现有技术相比，本发明制备过程简单易操作，可以大规模制备，原材料成本较低，无污染，制得的骨支架拥有合适的降解速率，具有更好的生物活性，可以使细胞更好的附着，让其更好的增殖，能更好的应用于骨修复。

Description

一种纳米骨组织支架材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米复合骨支架材料的制备方法，属于生物医学材料技术领域。
背景技术
壳聚糖是由自然界广泛存在的几丁质经过脱乙酰作用得到的，这种天然高分子具有生物相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能，它能够为支架提供生物活性，使细胞在骨支架上附着，是生物医学领域中一种较好的骨支架材料。但壳聚糖作为骨支架材料时具有力学性能不足的缺点，需要通过交联来增强力学性能，交联剂通常选用戊二醛或者水溶性碳化二亚胺，但交联剂的引入会降低支架的细胞相容性。
骨组织中含有大量的磷钙材料，比如磷酸三钙、羟基磷灰石、碳酸钙等，因此磷钙材料常被用于制备人工骨支架。双相磷钙是由一定比例的无机物质磷酸三钙和羟基磷灰石组成，双相磷钙可以克服磷酸三钙容易降解和羟基磷灰石不易降解的缺点，并且具有良好的骨传导性和骨诱导性。可以在天然高分子凝胶中加入双相磷钙纳米颗粒，比如壳聚糖凝胶、藻酸盐凝胶及纤维素凝胶等，获得复合凝胶骨支架，用于提高骨传导性能。但是目前的复合方法存在骨支架活性较低及力学性能难以控制等缺点，此外，细胞在骨支架上的贴附与增殖需要借助于活性物质，限制其骨支架的制备方法。上述问题限制了壳聚糖与磷钙复合支架在骨组织领域中的应用，也正是发明需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种纳米骨组织支架材料的制备方法，工艺简单，成本低，易于操作，制得的纳米骨组织支架材料可以使细胞在支架上更好的附着和增殖，活性高，力学性能好。
技术方案
本发明的纳米骨组织支架材料为壳聚糖/明胶/双相磷钙纳米骨组织支架材料，该骨支架是三元材料复合体系，经过一定方法复合后，通过循环冷冻解冻方法进行物理交联，再用三聚磷酸钠进行化学交联，后冷冻干燥得到骨组织支架。该发明制备的骨支架是一些高分子材料混合所得的产物，该支架拥有合适的降解速率，使细胞在其附着、增殖，诱导骨的形成，能更好的应用于骨修复方面。具体方案如下：
一种纳米骨组织支架材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备双相磷钙纳米粉末：将Ca(NO3)2.4H2O溶液和(NH4)2HPO4溶液按照钙磷摩尔比为(1.55～1.70):1加入到容器中，搅拌混合均匀，然后将pH调至11，得到白色的粉末沉淀，过滤后，将白色粉末用去离子水清洗，然后依次进行干燥、焙烧、研磨，最后过200目筛，得到双相磷钙纳米粉末；
(2)制备纳米骨组织支架材料：取壳聚糖溶解在1wt％的醋酸溶液中，得到浓度为2wt％的壳聚糖溶液，往壳聚糖溶液中加入明胶和双相磷钙纳米粉末，壳聚糖、明胶、双相磷钙纳米粉末质量比为(1～2):1:(0.5～4)，室温下搅拌20～40h后，再脱气处理，然后将得到的溶液倒入24孔板中循环冷冻解冻处理3～9次，最后放入冷冻干燥机中进行干燥，即得。
进一步，步骤(1)中，Ca(NO3)2.4H2O溶液和(NH4)2HPO4溶液的钙磷比优选为1.65：1。
进一步，步骤(1)中，Ca(NO3)2.4H2O溶液的浓度为0.4M，(NH4)2HPO4溶液的浓度为0.2M。
进一步，步骤(1)中，所述干燥温度为80-100℃。
进一步，步骤(1)中，所述焙烧在马弗炉中进行，温度为1100-1300℃，时间为1h。
进一步，步骤(2)中，壳聚糖、明胶、双相磷钙纳米粉末的质量比优选为2:1:3。
进一步，步骤(2)中，所述脱气处理是采用真空干燥箱，25℃的条件下真空脱气1h。
进一步，步骤(2)中，所述循环冷冻解冻处理是指：放入-20℃冰箱内冷冻24小时，然后拿出来常温下解冻12个小时，然后再放入-20℃冰箱内冷冻。
本发明的有益效果：本发明往壳聚糖中加入不同比例的双相磷钙纳米粉末和明胶，通过一步法获得复合骨支架。与现有技术相比，本发明的优势在于：①拥有合适的降解速率，使其在新骨长出时，骨支架适当的降解，不会影响骨的修复；②新制备的骨支架具有更好的生物活性，可以使细胞更好的附着，让其更好的增殖；③整个制备过程简单易操作，可以进行大量的制备；制备支架的高分子材料成本较低，无污染。
附图说明
图1为实施例1制得的纳米骨组织支架材料的SEM图；
图2为实施例2制得的纳米骨组织支架材料的SEM图；
图3为实施例3制得的纳米骨组织支架材料的SEM图；
图4为实施例4制得的纳米骨组织支架材料的SEM图；
图5为实施例5制得的纳米骨组织支架材料的SEM图；
图6为实施例6制得的纳米骨组织支架材料的SEM图；
图7为实施例1-6制得的纳米骨组织支架材料的孔隙率图；
图8为实施例1-6制得的纳米骨组织支架材料的溶胀率图；
图9为实施例1-6制得的纳米骨组织支架材料的压缩强度图。
具体实施方式
下面将通过附图和具体实施例具体说明本发明，但这些具体实施方案不以任何方式限制该发明的保护范围。该实验方案所用到原料均可在市场购得。
实施例1
(1)制备双相磷钙纳米粉末：将0.4M的Ca(NO3)2.4H2O溶液和，0.2M的(NH4)2HPO4溶液按照钙磷比为1.65：1加入三颈烧瓶中，搅拌混合均匀，采用25％氨水将pH调至11，得到白色的粉末沉淀，过滤后将白色粉末用去离子水清洗，放在真空干燥箱中80℃干燥后放入马弗炉中1125℃煅烧1h，然后研磨，过200目筛，得到纳米粉末。
(2)制备纳米骨组织支架材料：将壳聚糖溶解在1wt％的醋酸溶液中，得到浓度为2wt％的壳聚糖溶液，往壳聚糖溶液中加入明胶和双相磷钙纳米粉末，壳聚糖、明胶、双相磷钙纳米粉末质量比为2:1:1，在室温下搅拌24h，然后脱气(采用真空干燥箱，25℃的条件下真空脱气)1h使其分散均匀，将溶液倒入24孔板中循环冷冻解冻(放入-20℃冰箱内冷冻24小时，然后拿出来常温下解冻12个小时，然后再放入-20℃冰箱内冷冻)3次，最后放入冷冻干燥机中干燥48h，即得纳米骨组织支架材料，记为S1。实施例1制得的纳米骨组织支架材料的SEM图见图1。
实施例2
制备过程与实施例1基本相同，只除了步骤(2)中壳聚糖、明胶、双相磷钙纳米粉末按照质量比2:1:2混合，最后制得的纳米骨组织支架材料记为S2。实施例2制得的纳米骨组织支架材料的SEM图见图2。
实施例3
制备过程与实施例1基本相同，只除了步骤(2)中壳聚糖、明胶、双相磷钙纳米粉末按照质量比2:1:3混合，最后制得的纳米骨组织支架材料记为S3。实施例3制得的纳米骨组织支架材料的SEM图见图3。
实施例4
制备过程与实施例1基本相同，只除了步骤(2)中壳聚糖、明胶、双相磷钙纳米粉末按照质量比2:1:4混合，最后制得的纳米骨组织支架材料记为S4。实施例4制得的纳米骨组织支架材料的SEM图见图4。
实施例5
制备过程与实施例1基本相同，只除了步骤(2)中壳聚糖、明胶、双相磷钙纳米粉末按照质量比1:1:1混合，最后制得的纳米骨组织支架材料记为S5。实施例5制得的纳米骨组织支架材料的SEM图见图5。
实施例6
制备过程与实施例1基本相同，只除了步骤(2)中壳聚糖、明胶、双相磷钙纳米粉末按照质量比1.5:1:0.5混合，最后制得的纳米骨组织支架材料记为S6。实施例6制得的纳米骨组织支架材料的SEM图见图6。
性能测试
实施例1-6制得的纳米骨组织支架材料扫描电镜数据图1至图6。孔隙率图见图7，溶胀率图见图8,压缩强度图见图9。由图7可以看出这几种支架的孔隙率都达到了60％以上，其空隙连通率满足细胞在支架上的附着增殖；由图8可以看出这几种支架都有相对稳定的溶胀率，并且符合骨组织溶胀的标准。图9为支架材料的压缩强度图，是将样品做成直径为1cm的圆柱状，放在万能力学试验机上测量得到的，由图9可以看出，实施例1-6制得的纳米骨组织支架材料具有优良的力学性能。

Claims (8)

1.一种纳米骨组织支架材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备双相磷钙纳米粉末：将Ca(NO3)2·4H2O溶液和(NH4)2HPO4溶液按照钙磷摩尔比为(1.55～1.70):1加入到容器中，搅拌混合均匀，然后将pH调至11，得到白色的粉末沉淀，过滤后，将白色粉末用去离子水清洗，然后依次进行干燥、焙烧、研磨，最后过200目筛，得到双相磷钙纳米粉末；
(2)制备纳米骨组织支架材料：取壳聚糖溶解在1wt％的醋酸溶液中，得到浓度为2wt％的壳聚糖溶液，往壳聚糖溶液中加入明胶和双相磷钙纳米粉末，壳聚糖、明胶、双相磷钙纳米粉末质量比为(1～2):1:(0.5～4)，室温下搅拌20～40h后，再脱气处理，然后将得到的溶液倒入24孔板中循环冷冻解冻处理3～9次，最后放入冷冻干燥机中进行干燥，即得。
2.如权利要求1所述的纳米骨组织支架材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，Ca(NO3)2·4H2O溶液和(NH4)2HPO4溶液的钙磷比为1.65:1。
3.如权利要求1所述的纳米骨组织支架材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，Ca(NO3)2·4H2O溶液的浓度为0.4M，(NH4)2HPO4溶液的浓度为0.2M。
4.如权利要求1所述的纳米骨组织支架材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述干燥温度为80-100℃。
5.如权利要求1所述的纳米骨组织支架材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述焙烧在马弗炉中进行，温度为1100-1300℃，时间为1h。
6.如权利要求1所述的纳米骨组织支架材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，壳聚糖、明胶、双相磷钙纳米粉末的质量比为2:1:3。
7.如权利要求1所述的纳米骨组织支架材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述脱气处理是采用真空干燥箱，25℃的条件下真空脱气1h。
8.如权利要求1至7任一项所述的纳米骨组织支架材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述循环冷冻解冻处理是指：放入-20℃冰箱内冷冻24小时，然后拿出来常温下解冻12个小时，然后再放入-20℃冰箱内冷冻。
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