CN109481736B - 一种具有仿生梯度的软骨-骨修复支架及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有仿生梯度的软骨‑骨修复支架及其制备方法，该软骨‑骨修复支架以透明质酸钠和壳聚糖制备交织多孔结构的软骨层，以氧化石墨烯、壳聚糖和纳米羟基磷灰石制备取向多孔结构的软骨下骨层，并借鉴原位仿生思想，结合共沉淀法和梯度冷冻技术实现对天然关节软骨组织进行结构、组成和功能仿生。所得支架具有上下两层结构，纳米羟基磷灰石呈现从软骨层向软骨下骨层逐渐增多的仿生梯度分布变化；同时，上层软骨层为相互贯穿的交织多级孔结构，软骨下骨层是具有轴向排列的上下贯通的阵列微管结构，支架材料机械性能优越，界面结合性强，并且生物学性能良好，有望成为一种新颖的治疗软骨‑骨缺损的复合材料。

Description

一种具有仿生梯度的软骨-骨修复支架及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种具有仿生梯度的软骨-骨修复支架及其制备方法。
背景技术
由创伤、疾病、退变等因素导致的关节软骨损伤是目前临床常见的骨科疾病，特别是面对全球人口老龄化趋势的加剧，关节软骨损伤尤为突出，昂贵的医疗费用给病人家庭、社会和国家带来巨大的精神压力和沉重的经济负担。因为关节软骨细胞为分化终末期细胞，且无血管淋巴管和神经，缺乏相应的神经和体液调节，使得软骨缺损的自我修能力有限。在传统的组织工程基础上，原位组织工程技术的发展为软骨修复及功能重建提供了新契机。关节软骨内源性原位再生，是将可降解的生物相容性支架植入体内软骨缺损处，诱导多功能干细胞及趋化因子迁移聚集于缺损处，激发干细胞增殖分化为软骨细胞，进而重建软骨。该技术诱导软骨自我修复，实现原位再生，可避免传统组织工程体外扩增种子细胞的繁琐性和安全性问题，为关节软骨缺损修复提供了简便、安全、有效的新途径。因此，成功制备能够满足上述仿生匹配天然软骨组织的软骨-骨修复支架，是实现软骨组织原位内源性高效修复的关键。
此外，关节软骨主要由浅表层、中间层、深层和钙化层四部分组成，自体骨髓腔中的间充质干细胞参与的软骨重建可通过钙化层和深层从而达到中间层或浅表层。根据天然软骨层结构特点，其软骨层具有圆形的交错结构孔型，软骨下骨层具有垂直孔道的结构，垂直孔道方便营养物质的输送。
对于软骨-骨修复支架材料制备的研究国内外已有不少报道。例如，申请号为201810059754.2的发明专利公布了一种双因子程序释放的仿生取向软骨支架，将分别制备的上层表面层和下层移行层两部分通过丝素蛋白粘合形成完整支架，通过负载生长因子，发现其对BMSCs具有良好的促进增殖和分化作用；然而，上下两层支架通过组合方式结合形成整体支架，使得界面结合力欠佳；专利号为201410397070.5的发明专利公布了仿生界面结构的一体化软骨-骨支架，其是将丝素蛋白溶液和人体骨的主要无机成分羟基磷灰石水溶液按照1:1混合制备钙化层和软骨下骨层，同时利用丝素溶液本身互溶特点，将软骨-骨两部分支架很好的连接起来，在一定成度上解决了支架层与层界面结合力弱的问题。然而，这种人为定量设计羟基磷灰石粒子和有机高分子直接混合的结合方式，不能很好的模拟天然关节软骨的无机物成分的连续化渐变分布特点。
为了仿生模拟天然软骨中羟基磷灰石成分的梯度分布以及克服骨和软骨部分界面结合欠佳的问题，本发明借鉴原位仿生思想，结合共沉淀法和梯度冷冻技术对天然关节软骨组织进行结构、组成和功能仿生，所得支架具有上下两向结构，纳米羟基磷灰石呈现从软骨层向软骨下骨层逐渐增多的仿生梯度分布变化，同时，上层软骨层为相互贯穿的交织多级孔结构，软骨下骨层是具有轴向排列的上下贯通的阵列微管结构，支架材料机械性能优越，界面结合性强，并且生物学性能良好，有望成为一种新颖的治疗软骨-骨缺损的功能复合材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有仿生梯度的软骨-骨修复支架及其制备方法，其借鉴原位仿生思想，结合共沉淀法和梯度冷冻技术实现对天然关节软骨组织进行结构、组成和功能仿生。所得支架具有上下两层结构，无机成分纳米羟基磷灰石呈现从软骨层向软骨下骨层逐渐增多的仿生梯度分布变化；同时，上层软骨层为相互贯穿的交织多级孔结构，软骨下骨层是具有轴向排列的上下贯通的阵列微管结构，上下两层利用溶液互溶的特点进行有机连接，在满足成分和结构仿生的同时，可实现原位诱导软骨-骨再生的功能仿生。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有仿生梯度的软骨-骨修复支架，其是以透明质酸钠和壳聚糖为原料制备交织多孔结构的软骨层，以氧化石墨烯、壳聚糖和纳米羟基磷灰石为原料制备取向多孔结构的软骨下骨层，经原位仿生构建具有类骨磷灰石梯度分布的两相结构软骨-骨修复材料。
所述软骨-骨修复支架的制备方法包括以下步骤：
一、软骨层复合物前驱体溶液的制备
（1）将50~150 mg透明质酸钠溶于10 mL去离子水中，搅拌至全部溶解，得透明质酸钠水溶液；
（2）将0.5~1.0 g壳聚糖溶解于体积分数为1~2％的乙酸溶液中，得壳聚糖乙酸溶液A；
（3）磁力搅拌条件下，将步骤（1）所得透明质酸钠水溶液缓慢加入到步骤（2）所得壳聚糖乙酸溶液A中，充分搅拌，形成均匀混合液；
（4）在步骤（3）所得混合液中加入交联剂，常温交联4~8 h，得到软骨层复合物前驱体溶液；
二、软骨下骨层复合物前驱体溶液的制备
（5）将1.0~1.25 g壳聚糖溶解于体积分数为1~2％的乙酸溶液中，得壳聚糖乙酸溶液B；
（6）将20~60 mg氧化石墨烯溶于10 mL去离子水中，搅拌并超声形成均匀的氧化石墨烯分散液；
（7）磁力搅拌条件下，将步骤（6）所得氧化石墨烯分散液缓慢加入到步骤（5）所得壳聚糖乙酸溶液B中，充分搅拌，形成均匀混合液；
（8）将2 mol/L可溶性钙盐溶液和1.2 mol/L可溶性磷酸盐溶液各3 mL，依次加入到步骤（7）所得混合液中，充分搅拌，使其混合均匀；再加入交联剂，常温交联4~8 h后，得到软骨下骨层复合物前驱体溶液；
三、软骨-骨支架复合材料的制备
（9）将步骤（4）得到的软骨层复合物前驱体溶液加入模具中；
（10）将步骤（8）得到的软骨下骨层复合物前驱体溶液缓慢加入到步骤（9）所得软骨层上；
（11）将模具于快速冷冻成型的液氮气流装置中处理8-20 min，得到的成型样品放入冷冻干燥机中冷冻干燥；
（12）室温下，将冷冻干燥后的成型样品于100~250 mL、pH=8.4~9的碱性溶液中浸泡，并置于37℃恒温摇床中持续反应8-10 h后，水洗至中性，重新冷冻干燥，即得具有仿生梯度的软骨-骨修复支架。
步骤（1）中是将透明质酸钠于45~60℃水浴条件下磁力搅拌30 min，使其于水中完全溶解。
步骤（2）和（5）中是将壳聚糖于37℃水浴条件下磁力搅拌30 min，使其溶于乙酸溶液。
步骤（4）和（9）中所述交联剂为1-乙基-3-(3-二甲氨丙基)碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的水溶液混合物；其中1-乙基-3-(3-二甲氨丙基)碳二亚胺的浓度为2~4 mg/mL，N-羟基琥珀酰亚胺的浓度为1~3 mg/mL。
步骤（8）中所用可溶性钙盐为硝酸钙或氯化钙；所用可溶性磷酸盐为磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠或磷酸二氢钠；其中Ca/P摩尔比为n(Ca2+):n(PO4 3-)=1.67:1。
步骤（11）和（12）中冷冻干燥的温度为零下109℃。
步骤（12）中所述的碱性溶液为NaOH或KOH的乙醇/水溶液，其中乙醇与水的体积比为1:1。
本发明的显著优点在于：
本发明所得软骨-骨修复支架是以透明质酸钠和壳聚糖复合物构成交织多级孔结构的软骨层，以氧化石墨烯、壳聚糖和纳米羟基磷灰石构成取向多孔结构的软骨下骨层，其综合了透明质酸钠良好的润滑保湿性，壳聚糖的抗菌性和可生物降解性，氧化石墨烯独特的表面活性和力学性能，以及纳米羟基磷灰石优越的类骨活性和生物相容性，并借鉴原位仿生思想，结合共沉淀法和梯度冷冻技术实现对天然关节软骨组织进行结构、组成和功能仿生。
本发明充分利用溶液中质子化的壳聚糖与透明质酸钠、氧化石墨烯表面官能团间能通过静电相互吸引和共价结合方式，促进各层中及层与层间的物化结合相互作用，同时，羟基磷灰石的无机纳米粒子的梯度掺杂，在一定程度上也巩固了杂化支架整体的力学性能。
本发明所得支架具有上下两层结构，纳米羟基磷灰石呈现从软骨层向软骨下骨层逐渐增多的仿生梯度分布变化；同时，上层软骨层为相互贯穿的交织多级孔结构，软骨下骨层是具有轴向排列的上下贯通的阵列微管结构，很好的实现了支架材料对天然关节软骨组织的结构和组成的仿生过程。通过兔子关节软骨体内缺损修复实验发现，本发明软骨-骨修复支架具有良好的原位诱导软骨组织生长的功效。
本发明合成的骨修复复合材料相对于其他骨修复材料有以下优点：
（1）合成的复合材料综合了各组分的自身优势，具有很好的抑菌性、生物相容性和原位诱导软骨生长的特效；
（2）氧化石墨烯、壳聚糖以及透明质酸钠相互作用的三维多孔网络结构能有效调控羟基磷灰石纳米粒子在其表面的原位成核与生长，同时结合自然重力作用，有效实现纳米羟基磷灰石类软骨-骨结构的梯度分布；
（3）复合材料软骨层具有相互贯穿的微纳多级孔交织结构，软骨下骨层具有轴向排列的贯通的阵列微管结构，这种取向结构有利于骨髓腔内的干细胞定向迁移和分化以及营养物质的运输、交换和代谢产物的输出；
（4）软骨层和软骨下骨层通过有机连接方式结合，增强了两相界面的结合力，从而实现支架结构一体化；
（5）可以通过各组分间的配比、交联剂的用量及模具样式来调控和匹配生物体不同部位所需修复材料的降解速率、力学性能及形状；
（6）该复合支架的制备条件温和，可塑性强，工艺较简单，操作方便，成本低。
附图说明
图1是实施例1所得的仿生梯度软骨-骨修复支架的样品图。
图2是实施例1所得支架上层软骨层的SEM图。
图3是实施例1所得支架软骨下骨层的SEM图。
图4是实施例1所得的支架上渐变梯度分布的钙离子EDX mapping图。
图5是实施例1所得的支架上渐变梯度分布的磷离子EDX mapping图。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
一、软骨层复合物前驱体溶液的制备
（1）将50 mg透明质酸钠溶于10 mL去离子水中，45~60℃水浴条件下磁力搅拌30min至全部溶解，得透明质酸钠水溶液；
（2）将0.5 g壳聚糖溶于体积分数为1％的乙酸溶液中，37℃水浴条件下磁力搅拌30 min，得壳聚糖乙酸溶液A；
（3）磁力搅拌条件下，将步骤（1）所得透明质酸钠水溶液缓慢加入到步骤（2）所得壳聚糖乙酸溶液A中，充分搅拌，形成均匀混合液；
（4）在步骤（3）所得混合液中加入4.5 mL、4 mg/mL的EDC和5.6 mL、1 mg/mL的NHS，常温交联4 h，得到软骨层复合物前驱体溶液；
二、软骨下骨层复合物前驱体溶液的制备
（5）将1.0 g壳聚糖溶解于体积分数为2％的乙酸溶液中，37℃水浴条件下磁力搅拌30 min，得壳聚糖乙酸溶液B；
（6）将20 mg氧化石墨烯溶于10 mL去离子水中，搅拌并超声形成均匀的氧化石墨烯分散液；
（7）磁力搅拌条件下，将步骤（6）所得氧化石墨烯分散液缓慢加入到步骤（5）所得壳聚糖乙酸溶液B中，充分搅拌，形成均匀混合液；
（8）将2 mol/L硝酸钙溶液和1.2 mol/L磷酸氢二钾溶液各3 mL，依次加入到步骤（7）所得混合液中，充分搅拌，使其混合均匀；再加入4.5 mL、4 mg/mL的EDC和5.6 mL、1 mg/mL的NHS，常温交联4 h后，得到软骨下骨层复合物前驱体溶液；其中Ca/P摩尔比为n(Ca2+):n(PO4 3-)=1.67:1；
三、软骨-骨支架复合材料的制备
（9）将步骤（4）得到的软骨层复合物前驱体溶液加入模具中；
（10）将步骤（8）得到的软骨下骨层复合物前驱体溶液缓慢加入到步骤（9）所得软骨层上；
（11）将模具于快速冷冻成型的液氮气流装置中处理8-20 min，得到的成型样品放入冷冻干燥机中，于-109℃下进行冷冻干燥；
（12）室温下，将冷冻干燥后的成型样品于100~250 mL、pH=8.4~9的NaOH乙醇/水溶液（1:1，v/v）中浸泡，并置于37℃恒温摇床中持续反应8 h后，水洗至中性，重新于-109℃下进行冷冻干燥，即得具有仿生梯度的软骨-骨修复支架。
实施例2
一、软骨层复合物前驱体溶液的制备
（1）将100 mg透明质酸钠溶于10 mL去离子水中，45~60℃水浴条件下磁力搅拌30min至全部溶解，得透明质酸钠水溶液；
（2）将0.75 g壳聚糖溶于体积分数为1.5％的乙酸溶液中，37℃水浴条件下磁力搅拌30 min，得壳聚糖乙酸溶液A；
（3）磁力搅拌条件下，将步骤（1）所得透明质酸钠水溶液缓慢加入到步骤（2）所得壳聚糖乙酸溶液A中，充分搅拌，形成均匀混合液；
（4）在步骤（3）所得混合液中加入4.5 mL、4 mg/mL的EDC和5.6 mL、1 mg/mL的NHS，常温交联4 h，得到软骨层复合物前驱体溶液；
二、软骨下骨层复合物前驱体溶液的制备
（5）将1.25 g壳聚糖溶解于体积分数为2％的乙酸溶液中，37℃水浴条件下磁力搅拌30 min，得壳聚糖乙酸溶液B；
（6）将40 mg氧化石墨烯溶于10 mL去离子水中，搅拌并超声形成均匀的氧化石墨烯分散液；
（7）磁力搅拌条件下，将步骤（6）所得氧化石墨烯分散液缓慢加入到步骤（5）所得壳聚糖乙酸溶液B中，充分搅拌，形成均匀混合液；
（8）将2 mol/L氯化钙溶液和1.2 mol/L磷酸二氢钠溶液各3 mL，依次加入到步骤（7）所得混合液中，充分搅拌，使其混合均匀；再加入4.5 mL、4 mg/mL的EDC和5.6 mL、1 mg/mL的NHS，常温交联4 h后，得到软骨下骨层复合物前驱体溶液；其中Ca/P摩尔比为n(Ca2+):n(PO4 3-)=1.67:1；
三、软骨-骨支架复合材料的制备
（9）将步骤（4）得到的软骨层复合物前驱体溶液加入模具中；
（10）将步骤（8）得到的软骨下骨层复合物前驱体溶液缓慢加入到步骤（9）所得软骨层上；
（11）将模具于快速冷冻成型的液氮气流装置中处理8-20 min，得到的成型样品放入冷冻干燥机中，于-109℃下进行冷冻干燥；
（12）室温下，将冷冻干燥后的成型样品于100~250 mL、pH=8.4~9的NaOH乙醇/水溶液（1:1，v/v）中浸泡，并置于37℃恒温摇床中持续反应8 h后，水洗至中性，重新于-109℃下进行冷冻干燥，即得具有仿生梯度的软骨-骨修复支架。
实施例3
一、软骨层复合物前驱体溶液的制备
（1）将150 mg透明质酸钠溶于10 mL去离子水中，45~60℃水浴条件下磁力搅拌30min至全部溶解，得透明质酸钠水溶液；
（2）将1.0 g壳聚糖溶于体积分数为2％的乙酸溶液中，37℃水浴条件下磁力搅拌30 min，得壳聚糖乙酸溶液A；
（3）磁力搅拌条件下，将步骤（1）所得透明质酸钠水溶液缓慢加入到步骤（2）所得壳聚糖乙酸溶液A中，充分搅拌，形成均匀混合液；
（4）在步骤（3）所得混合液中加入4.5 mL、4 mg/mL的EDC和5.6 mL、1 mg/mL的NHS，常温交联4 h，得到软骨层复合物前驱体溶液；
二、软骨下骨层复合物前驱体溶液的制备
（5）将1.25 g壳聚糖溶解于体积分数为2％的乙酸溶液中，37℃水浴条件下磁力搅拌30 min，得壳聚糖乙酸溶液B；
（6）将60 mg氧化石墨烯溶于10 mL去离子水中，搅拌并超声形成均匀的氧化石墨烯分散液；
（7）磁力搅拌条件下，将步骤（6）所得氧化石墨烯分散液缓慢加入到步骤（5）所得壳聚糖乙酸溶液B中，充分搅拌，形成均匀混合液；
（8）将2 mol/L硝酸钙溶液和1.2 mol/L磷酸二氢钾溶液各3 mL，依次加入到步骤（7）所得混合液中，充分搅拌，使其混合均匀；再加入6.7 mL、3 mg/mL的EDC和8.3 mL、2 mg/mL的NHS，常温交联4 h后，得到软骨下骨层复合物前驱体溶液；其中Ca/P摩尔比为n(Ca2+):n(PO4 3-)=1.67:1；
三、软骨-骨支架复合材料的制备
（9）将步骤（4）得到的软骨层复合物前驱体溶液加入模具中；
（10）将步骤（8）得到的软骨下骨层复合物前驱体溶液缓慢加入到步骤（9）所得软骨层上；
（11）将模具于快速冷冻成型的液氮气流装置中处理8-20 min，得到的成型样品放入冷冻干燥机中，于-109℃下进行冷冻干燥；
（12）室温下，将冷冻干燥后的成型样品于100~250 mL、pH=8.4~9的NaOH乙醇/水溶液（1:1，v/v）中浸泡，并置于37℃恒温摇床中持续反应8 h后，水洗至中性，重新于-109℃下进行冷冻干燥，即得具有仿生梯度的软骨-骨修复支架。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种具有仿生梯度的软骨-骨修复支架，其特征在于：以透明质酸钠和壳聚糖制备交织多孔结构的软骨层，以氧化石墨烯、壳聚糖和纳米羟基磷灰石制备取向多孔结构的软骨下骨层，经原位仿生构建具有类骨磷灰石梯度分布的两相结构软骨-骨修复材料。
2. 一种如权利要求1所述的软骨-骨修复支架的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
一、软骨层复合物前驱体溶液的制备
（1）将50~150 mg透明质酸钠溶于10 mL去离子水中，搅拌至全部溶解，得透明质酸钠水溶液；
（2）将0.5~1.0 g壳聚糖溶解于体积分数为1~2％的乙酸溶液中，得壳聚糖乙酸溶液A；
（3）磁力搅拌条件下，将步骤（1）所得透明质酸钠水溶液缓慢加入到步骤（2）所得壳聚糖乙酸溶液A中，充分搅拌，形成均匀混合液；
（4）在步骤（3）所得混合液中加入交联剂，常温交联4~8 h，得到软骨层复合物前驱体溶液；
二、软骨下骨层复合物前驱体溶液的制备
（5）将1.0~1.25 g壳聚糖溶解于体积分数为1~2％的乙酸溶液中，得壳聚糖乙酸溶液B；
（6）将20~60 mg氧化石墨烯溶于10 mL去离子水中，搅拌并超声形成均匀的氧化石墨烯分散液；
（7）磁力搅拌条件下，将步骤（6）所得氧化石墨烯分散液缓慢加入到步骤（5）所得壳聚糖乙酸溶液B中，充分搅拌，形成均匀混合液；
（8）将2 mol/L可溶性钙盐溶液和1.2 mol/L可溶性磷酸盐溶液各3 mL，依次加入到步骤（7）所得混合液中，充分搅拌，使其混合均匀；再加入交联剂，常温交联4~8 h后，得到软骨下骨层复合物前驱体溶液；
三、软骨-骨支架复合材料的制备
（9）将步骤（4）得到的软骨层复合物前驱体溶液加入模具中；
（10）将步骤（8）得到的软骨下骨层复合物前驱体溶液缓慢加入到步骤（9）所得软骨层上；
（11）将模具于液氮气流中快速梯度冷冻成型处理8-20 min，得到的成型样品进行冷冻干燥；
（12）室温下，将冷冻干燥后的成型样品于100~250 mL、pH=8.4~9的碱性溶液中浸泡，并置于37℃恒温摇床中持续反应8-10 h后，水洗至中性，重新冷冻干燥，即得具有仿生梯度的软骨-骨修复支架。
3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中是将透明质酸钠于45~60℃水浴条件下磁力搅拌30 min，使其于水中完全溶解。
4. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）和（5）中是将壳聚糖于37℃水浴条件下磁力搅拌30 min，使其溶于乙酸溶液。
5. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）和（9）中所述交联剂为1-乙基-3-(3-二甲氨丙基)碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的水溶液混合物；其中1-乙基-3-(3-二甲氨丙基)碳二亚胺的浓度为2~4 mg/mL，N-羟基琥珀酰亚胺的浓度为1~3 mg/mL。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（8）中所用可溶性钙盐为硝酸钙或氯化钙；所用可溶性磷酸盐为磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠或磷酸二氢钠；其中Ca/P摩尔比为1.67:1。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（11）和（12）中冷冻干燥的温度为零下109℃。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（12）中所述的碱性溶液为NaOH或KOH的乙醇/水溶液，其中乙醇与水的体积比为1:1。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111330084B (zh) * 2020-03-10 2021-06-15 四川大学 一种仿生异质一体化骨-软骨修复支架及其制备方法
CN114949371B (zh) * 2022-04-12 2023-04-14 重庆大学 修复关节骨软骨缺损的双层多孔支架及其制备方法
CN115554475B (zh) * 2022-09-29 2023-09-05 中国人民解放军总医院第一医学中心 一种骨软骨支架及其制备方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1943801A (zh) * 2006-11-01 2007-04-11 华中科技大学 一种基于仿生结构的叠层梯度复合支架材料及其制备方法
KR20090010607A (ko) * 2007-07-24 2009-01-30 (주)씨네이처 콜라겐을 함유한 관절연골 치료용 이중 지지체
CN101574540A (zh) * 2008-05-09 2009-11-11 中国人民解放军总医院 组织工程骨/软骨双层支架及其构建方法和应用
CN101584886A (zh) * 2009-06-26 2009-11-25 安徽理工大学 层状仿生关节软骨修复与置换材料及其制备方法
WO2010107236A2 (ko) * 2009-03-17 2010-09-23 주식회사 바이오폴 연골 재생을 위한 다공성 연골-골 복합 지지체 및 이의 제조 방법
CN102552981A (zh) * 2012-01-18 2012-07-11 北京申佑生物科技有限公司 一种组织工程骨/软骨一体支架的制备方法
CN105999420A (zh) * 2016-05-16 2016-10-12 西南交通大学 一种用于骨-软骨修复的功能梯度水凝胶的制备方法
CN106075590A (zh) * 2016-07-29 2016-11-09 福州大学 一种有机/无机多相诱导纳米羟基磷灰石的复合材料
CN106267357A (zh) * 2016-08-09 2017-01-04 上海交通大学 一种修复骨软骨组织的双层复合水凝胶、制备方法及应用
CN107126583A (zh) * 2017-05-03 2017-09-05 中国矿业大学 多层异构仿生关节软骨材料的制备工艺
CN107537066A (zh) * 2017-08-15 2018-01-05 广东泰宝医疗器械技术研究院有限公司 一种基于3d打印的仿生软骨及其制造方法
CN108159496A (zh) * 2018-01-22 2018-06-15 福州大学 一种双因子程序释放的仿生取向软骨支架及其制备方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1943801A (zh) * 2006-11-01 2007-04-11 华中科技大学 一种基于仿生结构的叠层梯度复合支架材料及其制备方法
KR20090010607A (ko) * 2007-07-24 2009-01-30 (주)씨네이처 콜라겐을 함유한 관절연골 치료용 이중 지지체
CN101574540A (zh) * 2008-05-09 2009-11-11 中国人民解放军总医院 组织工程骨/软骨双层支架及其构建方法和应用
WO2010107236A2 (ko) * 2009-03-17 2010-09-23 주식회사 바이오폴 연골 재생을 위한 다공성 연골-골 복합 지지체 및 이의 제조 방법
CN101584886A (zh) * 2009-06-26 2009-11-25 安徽理工大学 层状仿生关节软骨修复与置换材料及其制备方法
CN102552981A (zh) * 2012-01-18 2012-07-11 北京申佑生物科技有限公司 一种组织工程骨/软骨一体支架的制备方法
CN105999420A (zh) * 2016-05-16 2016-10-12 西南交通大学 一种用于骨-软骨修复的功能梯度水凝胶的制备方法
CN106075590A (zh) * 2016-07-29 2016-11-09 福州大学 一种有机/无机多相诱导纳米羟基磷灰石的复合材料
CN106267357A (zh) * 2016-08-09 2017-01-04 上海交通大学 一种修复骨软骨组织的双层复合水凝胶、制备方法及应用
CN107126583A (zh) * 2017-05-03 2017-09-05 中国矿业大学 多层异构仿生关节软骨材料的制备工艺
CN107537066A (zh) * 2017-08-15 2018-01-05 广东泰宝医疗器械技术研究院有限公司 一种基于3d打印的仿生软骨及其制造方法
CN108159496A (zh) * 2018-01-22 2018-06-15 福州大学 一种双因子程序释放的仿生取向软骨支架及其制备方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Biomimetic Mineralized Hierarchical Graphene Oxide/Chitosan Scaffolds with Adsorbability for Immobilization of Nanoparticles for Biomedical Applications;Chaoming Xie等;《ACS Applied Materials & Interfaces》;20151229;第8卷(第3期);全文 *
Biomimetic mineralized hierarchical hybrid scaffolds based on in situ synthesis of nano-hydroxyapatite/chitosan/chondroitin sulfate/hyaluronic acid for bone tissue engineering;Hu Y等;《Colloids & Surfaces B Biointerfaces》;20170901;第157卷;全文 *
Characterization and biocompatibility of nanohybrid scaffold prepared via in situ crystallization of hydroxyapatite in chitosan matrix;Jingdi Chen等;《Colloids and Surfaces B:Biointerfaces》;20101201;第81卷(第2期);全文 *
ChS/CSA/nHAP原位复合支架的研制及细胞学研究;陈景帝等;《稀有金属材料与工程》;20140330;第43卷(第S1期);全文 *
Manufacture of layered collagen/chitosan-polycaprolactone scaffolds with biomimetic microarchitecture;Zhu Y等;《Colloids Surf B Biointerfaces》;20140101;第113卷;全文 *
多糖基纳米复合支架的仿生构建及性能研究;张玉珏等;《稀有金属材料与工程》;20140314;第43卷(第S1期);全文 *

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