CN113024278A - 一种具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷及其制备方法和应用 - Google Patents

一种具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物医用材料技术领域，公开了一种具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷及其制备方法和应用。本发明的制备方法，将多孔磷酸钙陶瓷置于一定浓度石墨烯基材料溶液中，水热反应后即得到具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷。本发明设计科学，方法简单，操作简便，其构建的具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷不仅可以有效促进细胞的黏附铺展，而且显著提升材料在体内的骨修复能力，具有巨大的临床应用潜力，预期可满足临床骨缺损再生修复的要求。

Description

一种具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷及其制备方法和应用。
背景技术
骨骼在人体中起到支撑、运动、保护和供血等作用，而肿瘤、创伤和骨质疏松等疾病往往导致严重的骨缺损。骨缺损患者的数量逐年增加，临界尺寸的骨缺损修复仍是临床上亟待解决的难题。磷酸钙陶瓷是一种具有优异的生物学性能的生物材料，其本身具有良好的成骨诱导和成血管化能力。随着再生医学的发展，磷酸钙陶瓷的生物活性有待进一步提高，特别是在应对临界尺寸的修复时，其诱导骨再生能力有限，难以满足再生医学的需求。
石墨烯及其衍生物是一种典型的二维纳米材料，近年来，有众多关于石墨烯及其衍生物促进间充质干细胞增殖、成骨分化的报道(ACS Nano 2019,13(8):9595；ACS NANO,2011,5(6):4670)，其可能的机制包括：细胞粘附、细胞形态学、力学效应、化学效应、生化及分子机制。由于表面特殊的纳米形貌，表面丰富的π-π键、含氧官能团等不仅赋予其优异的生物学性能，还为生物学反应提供了大量的反应位点。石墨烯及其衍生物优良的生物学特性，为其在骨科植入物和骨组织工程领域具有深远的应用价值。但是，由于石墨烯及其衍生物较大的比表面积，再加上片层与片层之间容易产生相互作用，极易出现团聚现象，而且团聚体难以再分开，不仅降低了自身的吸附能力而且阻碍石墨烯自身优异性能的发挥，从而影响了石墨烯增强复合材料性能的改进。
因此，本发明中通过水热法可以在磷酸钙陶瓷表面原位形成均匀的石墨烯膜，不仅可以实现石墨烯在陶瓷表面的原位负载，而且赋予陶瓷更多的活性位点，提升材料的生物活性及骨修复能力，满足临床骨缺损再生修复的要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供一种具有原位石墨烯膜骨诱导磷酸钙陶瓷的制备方法，解决现有技术中石墨烯在磷酸钙陶瓷表面不能均匀负载以及磷酸钙生物学性能进一步提高的难题。
本发明还提供了采用该制备方法制成的一种具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷。
本发明又提供了采用该制备方法制成的具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷在骨缺损再生修复材料中的应用。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所述的一种具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷的制备方法，将多孔磷酸钙陶瓷置于石墨烯基材料溶液中，水热反应后即得到表面具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷。
本发明的部分实施方案中，所述制备方法包括以下步骤：
步骤1.配置石墨烯溶液，将多孔磷酸钙陶瓷置于石墨烯基材料溶液中；
步骤2.将包含多孔磷酸钙陶瓷的石墨烯基材料溶液转移至水热反应釜中，水热反应一段时间后，取出陶瓷，洗涤，烘干。
本发明创造性地采用水热法在多孔磷酸钙陶瓷表面形成一层均匀的原位膜结构，膜的均匀性对石墨烯自身优异性能的发挥，特别是其活性位点的暴露有着显著的影响，并且对细胞行为特别是促进骨修复是至关重要的。如果原位膜结构不均匀，甚至多孔磷酸钙陶瓷的孔出现堵塞，都是不利于细胞行为和骨修复的。本发明的部分实施方案中，所述多孔磷酸钙陶瓷为羟基磷灰石、和磷酸三钙的单相或两相组成；优选地，所述多孔磷酸钙陶瓷的孔隙率≥50％。
本发明的部分实施方案中，所述石墨烯基材料包括石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯的一种或多种。
本发明的部分实施方案中，所述石墨烯基材料溶液的pH值为4.0～14.0；优选地，所述石墨烯基材料溶液的pH值为6.0～8.0。
原位石墨烯膜不管是在酸性还是碱性环境都可以形成，但考虑磷酸钙陶瓷在强酸性环境(pH<4)下，反应过程中溶解较大，故选用此pH值范围。优选地，近中性环境更有利于原位石墨烯膜的形成。
本发明的技术方案中，采用酸、碱溶液调节石墨烯溶液的pH值。
本发明的部分实施方案中，所述石墨烯基材料溶液浓度为0.01mg/mL～1.0mg/mL。本发明的部分实施方案中，所述石墨烯基材料溶液的用量至少能将多孔磷酸钙陶瓷完全浸没；优选地，所述多孔磷酸钙陶瓷与石墨烯基材料溶液的质量体积比为1：10～1：200，其中质量单位为g时，体积单位为mL；更优选地，所述多孔磷酸钙陶瓷与石墨烯溶液的质量体积比为1：40～1：100。
申请人经过大量试验，付出创造性劳动后发现，如果石墨烯基材料溶液的浓度过低，原位膜形成的量就比较少；浓度过高，石墨烯团聚严重，并且原位膜会堵塞陶瓷内部的孔，影响修复效果。
本发明的部分实施方案中，所述水热反应的温度为100～200℃，水热反应的时间为2～48h。
本发明所述的制备方法制成的具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷。
本发明所述的该制备方法制成的具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷在骨缺损再生修复材料中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明设计科学，方法简单，操作简便，通过不同石墨烯基材料溶液的选择，可以实现原位石墨烯膜活性官能团的调控，从而制备得具有不同生物功能的原位石墨烯膜骨诱导磷酸钙陶瓷，有利于调控陶瓷的生物学性能。并且，原位石墨烯膜的构建大大提高了磷酸钙陶瓷表面的活性位点，可以有效促进细胞的黏附铺展，进而提升陶瓷材料的生物学性能。
本发明构建的具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷，可以显著促进磷酸钙陶瓷在体内的骨修复能力，具有巨大的临床应用潜力，预期可满足临床骨缺损再生修复的要求。
附图说明
附图1为本发明的表面具有原位石墨烯膜的生物陶瓷制备工艺流程图。
附图2为本发明实施例1制备的具有原位石墨烯膜的生物陶瓷表面SEM图。
附图3为本发明实施例2制备的具有原位石墨烯膜的生物陶瓷断面SEM图。
附图4为本发明实施例1制备的具有原位石墨烯膜的生物陶瓷与骨髓间充质干细胞(BMSCs)共培养2天后，细胞铺展的SEM照片。
附图5为本发明实施例1制备的具有原位石墨烯膜的在植入动物骨缺损部位12周后的显微CT重建图片。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例。
本发明实施例中所述的多孔磷酸钙初始陶瓷为快速成型法制备得到(如ACSBiomaterials Science&Engineering.2020,6,1787-1797)。该多孔磷酸钙初始陶瓷也可采用微球占位法(如ACS Biomaterials Science&Engineering.2017,3,1557-1566)，泡沫浸渍法(如International Journal of Nanomedicine,2019,14,7987-8000)，发泡法(如ACSApplied Materials&Interfaces.2019,11,3722-736.)等方法制得，同时也可选用市售商品级磷酸钙陶瓷，如四川拜阿蒙生物活性材料有限责任公司骨诱导人工骨
Figure BDA0002962231960000041
产品。
本发明具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷制备工艺路线图如附图1所示，实施例中所述的固液比为质量体积比，其中质量单位为g时，体积单位为mL。
本发明实施例中所述的烘干为采用常规烘箱烘干。
实施例1
本实施例公开了本发明的具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷制备方法，具体为：
(1)以水为溶剂配置0.1mg/mL的氧化石墨烯溶液80mL，调节pH值为6.0，将2g多孔双相磷酸钙陶瓷(物相质量比HA：β-TCP＝2：8，孔隙率为68％)按照固液比1：40置于氧化石墨烯溶液中。
(2)将包含多孔双相磷酸钙陶瓷的氧化石墨烯溶液转移至水热反应釜中，在180℃水热反应12后，取出陶瓷，去离子水洗涤，60℃烘干。
本实施例制得的具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷的结构如附图1所示，可以看出多孔磷酸钙陶瓷表面均匀地负载着原位石墨烯膜，且石墨烯膜没有明显的团聚现象。
实施例2
本实施例公开了本发明的具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷制备方法，具体为：
(1)以水为溶剂配置0.01mg/mL的氧化石墨烯溶液80mL，调节pH值为7.0，将0.1g多孔羟基磷灰石陶瓷(孔隙率为55％)按照固液比1：10置于氧化石墨烯溶液中。
(2)将包含多孔磷酸钙陶瓷的氧化石墨烯溶液转移至水热反应釜中，在200℃水热反应48后，取出陶瓷，去离子水洗涤，60℃烘干。
本实施例制得的具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷的断面结构如附图2所示，可以清晰的看出石墨烯在磷酸钙陶瓷表面形成一层均匀的原位膜结构，实现对陶瓷表面有效的包覆改性。
实施例3
本实施例公开了本发明的具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷制备方法，具体为：
(1)以水为溶剂配置1.0mg/mL的还原氧化石墨烯溶液80mL，调节pH值为5.0，将0.01g多孔磷酸三钙陶瓷(孔隙率为80％)按照固液比1：100置于还原氧化石墨烯溶液中。
(2)将包含多孔磷酸钙陶瓷的还原氧化石墨烯溶液转移至水热反应釜中，在100℃水热反应4h后，取出陶瓷，去离子水洗涤，60℃烘干，得到表面均匀负载原位石墨烯膜的多孔磷酸钙陶瓷。
实施例4
本实施例公开了本发明的具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷制备方法，具体为：
(1)以水为溶剂配置0.05mg/mL的氧化石墨烯和还原氧化石墨烯(质量比例1：1)混合溶液80mL，调节pH值为14.0，将2g多孔磷酸钙陶瓷(物相质量比HA：β-TCP＝8：2，孔隙率为72％)按照固液比1：40置于石墨烯溶液中。
(2)将包含多孔磷酸钙陶瓷的氧化石墨烯溶液转移至水热反应釜中，在120℃水热反应12后，取出陶瓷，去离子水洗涤，60℃烘干，得到表面均匀负载原位石墨烯膜的多孔磷酸钙陶瓷。
实施例5
本实施例公开了本发明的具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷制备方法，具体为：
(1)以水为溶剂配置0.3mg/mL的石墨烯和还原氧化石墨烯(质量比例1：2)混合溶液80mL，调节pH值为14.0，将6g多孔磷酸钙陶瓷(物相质量比HA：β-TCP＝5：5，孔隙率为52％)按照固液比1：40置于石墨烯溶液中。
(2)将包含多孔磷酸钙陶瓷的氧化石墨烯溶液转移至水热反应釜中，在160℃水热反应48后，取出陶瓷，去离子水洗涤，60℃烘干，得到表面均匀负载原位石墨烯膜的多孔磷酸钙陶瓷。
实施例6
本实施例公开了本发明的具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷制备方法，具体为：
(1)以水为溶剂配置0.6mg/mL的石墨烯和氧化石墨烯(质量比例1：3)混合溶液80mL，调节pH值为14.0，将3g多孔磷酸钙陶瓷(物相质量比HA：β-TCP＝3：7，孔隙率为82％)按照固液比1：50置于石墨烯溶液中。
(2)将包含多孔磷酸钙陶瓷的氧化石墨烯溶液转移至水热反应釜中，在150℃水热反应24后，取出陶瓷，去离子水洗涤，60℃烘干，得到表面均匀负载原位石墨烯膜的多孔磷酸钙陶瓷。
对比例1
本对比例与实施例2相比，还原氧化石墨烯溶液的浓度为0.007mg/mL，其余条件均相同。将制得的成品置于扫描电子显微镜下观察，结果发现，石墨烯在磷酸钙陶瓷表面不能形成均匀的原位膜，部分磷酸钙陶瓷表面未被石墨烯包覆。
对比例2
本对比例与实施例3相比，还原氧化石墨烯溶液的浓度为1.1mg/mL，其余条件均相同。将制得的成品置于扫描电子显微镜下观察，结果发现，石墨烯呈团聚状，不能在磷酸钙陶瓷表面不能形成均匀的原位膜。
对比例3
本对比例与实施例5相比，石墨烯混合溶液与多孔磷酸钙陶瓷的固液比为1：35，其余条件均相同。将本对比例制得的成品置于扫描电子显微镜下观察，部分磷酸钙陶瓷表面未被石墨烯包覆。
对比例4
本对比例与实施例3相比，还原氧化石墨烯溶液与多孔磷酸钙陶瓷的固液比为1：110，其余条件均相同。将本对比例制得的成品置于扫描电子显微镜下观察，结果发现，石墨烯呈团聚状，且磷酸钙陶瓷的部分孔隙被堵塞。
试验例一、材料促干细胞成骨活性
1、试验对象：选取骨髓间充质干细胞(BMSCs)，由中国科学院典型培养保藏委员会细胞库(中国上海)提供。
2、试验材料：实施例1制备的具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷。
对照组：实施例1未经原位石墨烯膜包覆的初始磷酸钙陶瓷。
3、试验方法：
将骨髓间充质干细胞(BMSCs)复苏，传代，增殖。取长势良好的BMSCs接种在实施例1制备的具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷上(75％乙醇灭菌)，材料与细胞共培养3天后，取出材料，用PBS轻轻冲洗其表面后在4℃下置于2.5％戊二醛溶液中固定过夜。然后将材料从中取出，进行脱水：分别用体积分数为25％、50％、70％、80％、90％、100％的乙醇逐级脱水各一次，再用100％乙醇脱水两次，每次20min。完成后对样品进行CO2临界点干燥，表面喷金后用扫描电镜(SEM)观察材料表面的细胞形态。
按同样试验方法观察未经原位石墨烯膜包覆的初始磷酸钙陶瓷材料表面的细胞形态。
4、试验结果如图4所示，其中A图为细胞在未经原位石墨烯膜包覆的初始磷酸钙陶瓷的铺展情况，B图为细胞在本发明实施例1制备的具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷的铺展情况。
SEM结果显示，BMSCs在实施例1制备的具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷相对于初始磷酸钙陶瓷伸展出更多的伪足，且具有更大的铺展面积。试验结果表明，采用本发明提供的具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷更能促进细胞在陶瓷表面的黏附和铺展。
试验例二、动物体内植入评价材料的骨修复能力
1、试验材料：实施例1制备的具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷。
2、实验对象：SD大鼠5只，由四川大学华西实验动物中心提供。
3、试验方法：构建大鼠颅骨临界尺寸(直径5mm)骨缺损模型，每只大鼠植入1个样品，共5个平行样，样品采用实施例1制备的具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷。头部备皮，切开皮肤和皮下组织直至骨面，暴露颅骨，用低速钻头钻出直径为5mm的孔，在钻孔时用生理盐水冷却以防温度过高使周围的骨组织坏死。然后分层缝合肌、皮肤，严密闭合创口。
术后3个月取材，采用SCANCO viva CT80型显微CT对样品进行立体重建并分析，分辨率选用22nm。
4、试验结果如图5所示。
由显微CT可以看出(图5)，材料植入骨缺损3月后，临界骨缺损有较好的修复效果，且骨体积分数(BV/TV)达到了30％，说明这种材料具有较好的骨修复能力，临床骨缺损再生修复中具有较好的应用前景。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷的制备方法，其特征在于，将多孔磷酸钙陶瓷置于石墨烯基材料溶液中，水热反应后即得到具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.配置石墨烯基材料溶液，将多孔磷酸钙陶瓷置于石墨烯基材料溶液中；
步骤2.将包含多孔磷酸钙陶瓷的石墨烯基材料溶液转移至水热反应釜中，水热反应一段时间后，取出陶瓷，洗涤，烘干。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷的制备方法，其特征在于，所述多孔磷酸钙陶瓷为羟基磷灰石和磷酸三钙的单相或两相组成；
优选地，所述多孔磷酸钙陶瓷的孔隙率≥50％。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷的制备方法，其特征在于，所述石墨烯基材料包括石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯的一种或多种。
5.根据权利要求1或2所述的一种具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷的制备方法，其特征在于，所述石墨烯基材料溶液pH值为4.0～14.0；
优选地，所述石墨烯基材料溶液的pH值为6.0～8.0。
6.根据权利要求1或2所述的一种具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷的制备方法，其特征在于，所述石墨烯基材料溶液浓度为0.01mg/mL～1.0mg/mL。
7.根据权利要求1或2所述的一种具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷的制备方法，其特征在于，所述石墨烯基材料溶液的用量至少能将多孔磷酸钙陶瓷完全浸没；优选地，多孔磷酸钙陶瓷与石墨烯基材料溶液的质量体积比为1：10～1：200，其中质量单位为g时，体积单位为mL；
更优选地，所述多孔磷酸钙陶瓷与石墨烯基材料溶液的质量体积比为1：40～1：100。
8.根据权利1或2所述的一种具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为100～200℃，水热反应的时间为2～48h。
9.权力要求1～8任意一项所述的制备方法制成的具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷。
10.权利要求1～8任意一项所述的制备方法制成的具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷在骨缺损再生修复材料中的应用。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022183717A1 (zh) * 2021-03-04 2022-09-09 四川大学 一种具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷及其制备方法和应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102757218A (zh) * 2012-07-31 2012-10-31 山东大学 石墨烯/双相磷酸钙复合材料及其制备方法
CN103751850A (zh) * 2013-12-23 2014-04-30 西南交通大学 三维石墨烯/羟基磷灰石水凝胶材料
CN105126160A (zh) * 2015-07-21 2015-12-09 常州大学 一种表面石墨烯修饰的羟基磷灰石支架材料及其制备方法
CN106139242A (zh) * 2015-04-27 2016-11-23 中国科学院上海硅酸盐研究所 石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料及其制备方法和应用
US20170088969A1 (en) * 2015-09-25 2017-03-30 Jackson State University Method for obtaining a composite coating on titanium implants for tissue engineering
CN106986625A (zh) * 2017-03-17 2017-07-28 山东师范大学 一种石墨烯/羟基磷灰石复合陶瓷材料的制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2383356B1 (es) * 2012-02-06 2013-04-04 Abengoa Solar New Technologies S.A. Procedimiento para la preparación de películas de grafeno ó materiales grafénicos sobre sustratos no metálicos
CN102534545B (zh) * 2012-03-20 2013-10-16 上海大学 一种羟基磷灰石表面生长图案化石墨烯膜的方法
CN103611431B (zh) * 2013-11-11 2015-10-28 南京工业大学 一种多孔陶瓷支撑的石墨烯膜的制备方法
CN104874301B (zh) * 2014-02-28 2019-04-23 中国科学院上海高等研究院 氧化石墨烯膜及其制备方法和应用
CN110117003A (zh) * 2018-02-05 2019-08-13 庄鹏宇 一种还原氧化石墨烯膜的制备方法
CN113024278A (zh) * 2021-03-04 2021-06-25 四川大学 一种具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷及其制备方法和应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102757218A (zh) * 2012-07-31 2012-10-31 山东大学 石墨烯/双相磷酸钙复合材料及其制备方法
CN103751850A (zh) * 2013-12-23 2014-04-30 西南交通大学 三维石墨烯/羟基磷灰石水凝胶材料
CN106139242A (zh) * 2015-04-27 2016-11-23 中国科学院上海硅酸盐研究所 石墨烯修饰的生物陶瓷支架材料及其制备方法和应用
CN105126160A (zh) * 2015-07-21 2015-12-09 常州大学 一种表面石墨烯修饰的羟基磷灰石支架材料及其制备方法
US20170088969A1 (en) * 2015-09-25 2017-03-30 Jackson State University Method for obtaining a composite coating on titanium implants for tissue engineering
CN106986625A (zh) * 2017-03-17 2017-07-28 山东师范大学 一种石墨烯/羟基磷灰石复合陶瓷材料的制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022183717A1 (zh) * 2021-03-04 2022-09-09 四川大学 一种具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷及其制备方法和应用

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