CN115006589A - 一种碳纳米管改性矿化胶原材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种碳纳米管改性矿化胶原材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115006589A CN115006589A CN202210754127.7A CN202210754127A CN115006589A CN 115006589 A CN115006589 A CN 115006589A CN 202210754127 A CN202210754127 A CN 202210754127A CN 115006589 A CN115006589 A CN 115006589A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano tube
- carbon nano
- collagen
- modified
- solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 238
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 title claims abstract description 213
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 title claims abstract description 213
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 title claims abstract description 213
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 154
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 153
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 114
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 111
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 53
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 53
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 39
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 25
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 25
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims abstract description 25
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 claims abstract description 22
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 22
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 18
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 37
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims description 29
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 23
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 10
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 10
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000008439 repair process Effects 0.000 claims description 8
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 102000012422 Collagen Type I Human genes 0.000 claims description 4
- 108010022452 Collagen Type I Proteins 0.000 claims description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002079 double walled nanotube Substances 0.000 claims description 3
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 claims description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 3
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 claims description 3
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 7
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 abstract description 20
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 29
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 25
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 25
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 14
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 10
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 9
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 9
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 7
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 7
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 7
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 description 7
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 6
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 6
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 4
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 4
- 102000010834 Extracellular Matrix Proteins Human genes 0.000 description 3
- 108010037362 Extracellular Matrix Proteins Proteins 0.000 description 3
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 3
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 3
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 3
- 231100000263 cytotoxicity test Toxicity 0.000 description 3
- 210000002744 extracellular matrix Anatomy 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 2
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 244000309466 calf Species 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 1
- 239000006143 cell culture medium Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 239000013642 negative control Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/02—Inorganic materials
- A61L27/08—Carbon ; Graphite
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/14—Macromolecular materials
- A61L27/22—Polypeptides or derivatives thereof, e.g. degradation products
- A61L27/24—Collagen
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
- A61L2400/12—Nanosized materials, e.g. nanofibres, nanoparticles, nanowires, nanotubes; Nanostructured surfaces
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
- A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
一种碳纳米管改性矿化胶原材料及其制备方法和应用，该制备方法包括如下步骤：(1)碳纳米管与强氧化剂混合后，依次经超声处理、加热处理、过滤、洗涤和真空干燥，得到改性碳纳米管；(2)将改性碳纳米管进行粉碎、筛分，得到改性碳纳米管粉末，加入到胶原酸溶液中，得第一共混物；(3)向第一共混物中缓慢滴加钙盐溶液，持续搅拌混合均匀，缓慢加入磷酸盐溶液，并持续搅拌，形成第二共混物；(4)向第二共混物中滴加NaOH溶液至pH＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物，静置，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到碳纳米管改性矿化胶原材料。本发明的碳纳米管改性矿化胶原材料同时具有优异的力学性能和生物性能。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学材料技术领域，特别涉及一种碳纳米管改性矿化胶原材料及其制备方法和应用。
背景技术
天然骨是由70wt％羟基磷灰石(HA)和30wt％有机质构成，羟基磷灰石为骨提供强度和硬度，同时具有良好的生物相容性和生物活性及骨传导性，但是单一的羟基磷灰石强度不佳，缺乏韧性和可塑性；胶原(Col)作为骨组织中有机成分，与羟基磷灰石无机成分进行体外矿化得到的体外矿化材料更加接近于天然骨组织成分；然而体外矿化材料力学强度差、易降解，影响了其在临床中的应用，尤其是限制了其在承重部位的骨缺损修复中的应用。
碳纳米管(CNTs)具有特殊的中空管状结构，同时由于C-C共价键较强和其天然的结构完整性，具有优异的力学性能，主要用于改良修饰各种支架材料，增加材料强度；但是碳纳米管生物性能差，且具有疏水性，易发生团聚，且以裸露状态进入人体后会产生一定的安全性隐患，造成炎症，因此急需制备一种材料既能充分利用碳纳米管优异的力学性能，降低碳纳米管的生物毒性，又能充分发挥体外矿化材料优异的生物性能，使其能应用于承重部分的骨缺损修复。
发明内容
针对现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本发明提供了一种碳纳米管改性矿化胶原材料及其制备方法和应用，本发明碳纳米管改性矿化胶原材料，充分利用了碳纳米管优异的力学性能，增强了矿化胶原材料的抗压性能；同时本发明碳纳米管改性矿化胶原材料具有优异的力学性能和生物性能，可以用于承重部位的小块骨缺损的修复。
本发明在第一方面提供了一种碳纳米管改性矿化胶原材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将碳纳米管与强氧化剂混合后，依次经超声处理、加热处理、过滤、洗涤和真空干燥，得到改性碳纳米管；
(2)将所述改性碳纳米管进行粉碎、筛分，得到改性碳纳米管粉末，并将所述改性碳纳米管粉末加入到胶原酸溶液中，持续搅拌，形成第一共混物；
(3)向第一共混物中缓慢滴加钙盐溶液，持续搅拌至混合均匀，缓慢加入磷酸盐溶液，并持续搅拌，形成第二共混物；
(4)向第二共混物中缓慢滴加NaOH溶液至pH＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物，静置，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到碳纳米管改性矿化胶原材料；
优选地，在步骤(1)中，所述碳纳米管与所述强氧化剂的质量比为(0.003～2):1；
所述碳纳米管选自单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的至少一种；优选的是，所述碳纳米管的尺寸为200～300nm。
优选地，所述强氧化剂选自浓硫酸、浓硝酸与浓硫酸的混合物、双氧水、或浓硫酸与高锰酸钾的混合物中的至少一种，优选的是，所述强氧化剂为体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液。
优选地，在步骤(1)中，所述超声处理的温度为10～70℃，时间为2～5h；
所述加热处理的温度为80～200℃，时间为24～50h；
所述洗涤为用去离子水反复洗涤改性碳纳米管直至滤液呈中性；
所述真空干燥的温度为50～70℃。
优选地，在步骤(2)中，所述胶原酸溶液由胶原溶于酸溶液得到；所述胶原酸溶液的pH为4～5.5；优选的是，所述胶原酸溶液的浓度为0.01～0.5mg/mL；
更优选的是，所述胶原为I型胶原；所述酸溶液为盐酸、乙酸中的任意一种。
优选地，在步骤(2)中，所述改性碳纳米管粉末与所述胶原酸溶液中胶原的质量比为(0.1～0.3):1；优选的是，所述改性碳纳米管粉末的粒径为10～50nm；
优选地，在步骤(3)中，所述钙盐溶液由可溶性钙盐溶于水配制得到；优选的是，所述可溶性钙盐选自CaCl2、Ca(NO3)2中的至少一种；
所述磷酸盐溶液由可溶性磷酸盐溶于水配制得到；优选的是，所述可溶性磷酸盐选自NaH2PO4、Na2HPO4、K2HPO4中的至少一种。
优选地，在步骤(3)中，所述钙盐溶液中钙离子与所述胶原的质量比为(2.4～4.8):1；
所述钙盐溶液中钙元素与所述磷酸盐溶液中磷元素的摩尔比为(1.2～2):1。
优选地，在步骤(4)中，所述碳纳米管改性矿化胶原材料的粒径为100～300μm；
所述静置的时间为24～120h。
本发明在第二方面提供了一种碳纳米管改性矿化胶原材料根据第一方面所述的制备方法制备得到。
本发明在第三方面提供了一种根据第二方面所述的碳纳米管改性矿化胶原材料在骨修复中的应用。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
(1)本发明中通过强氧化剂对碳纳米管进行表面改性，在碳纳米管表面引入具有亲水性的羧基(-COOH)，能够和矿化胶原材料中的羟基磷灰石中的OH-进行键合，同时提高了碳纳米管在胶原酸溶液中的分散性，进而得到具有稳定结构和优异性能的碳纳米管改性矿化胶原材料；同时在碳纳米管表面引入具有亲水基团，增加碳纳米管的在溶液中分散性，可以降低碳纳米管因为团聚体现出的生物毒性，同时能充分利用碳纳米管优异的力学性能，将改性碳纳米管和矿化胶原材料(羟基磷灰石与胶原进行体外矿化得到的材料)进行结合，增强了矿化胶原材料的抗压性能。
(2)本发明通过控制改性碳纳米管粉末与胶原酸溶液中胶原的质量比，制备得到同时具有优异的力学性能和生物性能的碳纳米管改性矿化胶原材料，既充分发挥碳纳米管优异的力学性能，又使矿化胶原的生物性能保持在较高水平，可用于承重部位的小块骨缺损的修复；同时通过控制上述质量比，使得碳纳米管改性矿化胶原材料中矿化胶原材料的降解速度速度与需要较长修复时间的承重部位的骨组织细胞的生长速相匹配，可用于承重部位的小块骨缺损的修复。
(3)本发明制备的碳纳米管改性矿化胶原材料具有较大的比表面积，增加了碳纳米管改性矿化胶原材料与细胞的接触面积，为成骨细胞的生长提供了足够的空间，成骨细胞可以在其表面生长并通过分泌细胞外基质，进而形成新的骨组织。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明在第一方面提供了一种碳纳米管改性矿化胶原材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)碳纳米管与强氧化剂混合后，依次经超声处理、加热处理、过滤、洗涤和真空干燥，得到改性碳纳米管；
(2)将所述改性碳纳米管进行粉碎、筛分，得到改性碳纳米管粉末，并将所述改性碳纳米管粉末加入到胶原酸溶液中，持续搅拌，形成第一共混物；
(3)向第一共混物中缓慢滴加钙盐溶液，持续搅拌至混合均匀，缓慢加入磷酸盐溶液，并持续搅拌，形成第二共混物；
(4)向第二共混物中缓慢滴加NaOH溶液至pH＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物，静置，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到碳纳米管改性矿化胶原材料；
需要说明的是，本发明步骤(3)中缓慢滴加钙盐溶液和磷酸盐溶液，是为了保证充分混合；步骤(4)中冷冻干燥为先在-30～-20℃预冻6～8h，后在真空环境下于-10～-3℃升华24～48h，最后依次于0～5℃干燥4～6h、于10～30℃干燥2～4h、于30～50℃干燥2～4h、于25℃干燥2～4h。
本发明先将碳纳米管表面修饰，引入亲水性基团-COOH，得到改性碳纳米管，然后将改性碳纳米管与胶原的酸溶液混合后，依次加入钙盐溶液和磷酸盐溶液，后经调pH、静置，得到碳纳米管改性矿化胶原材料；该碳纳米管改性矿化胶原材料为矿化胶原材料包覆碳纳米管的改性矿化胶原材料。
本发明步骤(1)通过强氧化剂对碳纳米管进行表面改性，在碳纳米管表面引入具有亲水性的羧基(-COOH)，可以增加碳纳米管的亲水性在溶液更容易分散；步骤(2)-步骤(4)在改性碳纳米管表面形成矿化胶原材料，得到碳纳米管改性矿化胶原材料；其中，矿化胶原材料为羟基磷灰石和胶原进行体外矿化得到的矿化胶原材料；该矿化胶原材料中羟基磷灰石和胶原的排列结构与骨组织中羟基磷灰石和胶原的排列结构接近，具有优异的生物性能；同时用矿化胶原包裹改性碳纳米管不仅发挥了矿化胶原优异的生物性能，进一步降低了碳纳米管的生物毒性。
本发明步骤(1)中通过强氧化剂对碳纳米管进行表面改性，在碳纳米管表面引入具有亲水性的羧基(-COOH)，能够和矿化胶原材料中的羟基磷灰石中的OH-进行键合，同时提高了碳纳米管在胶原酸溶液中的分散性，进而得到具有稳定结构和优异性能的碳纳米管改性矿化胶原材料；同时在碳纳米管表面引入具有亲水基团，可以降低碳纳米管因为团聚体现出的的生物毒性，同时能充分利用碳纳米管优异的力学性能，将改性碳纳米管和矿化胶原材料(羟基磷灰石与胶原进行体外矿化得到的材料)进行结合，增强了矿化胶原材料的抗压性能。
本发明本发明步骤(2)通过控制改性碳纳米管粉末与胶原酸溶液中胶原的质量比，制备得到同时具有优异的力学性能和生物性能的碳纳米管改性矿化胶原材料，既充分发挥碳纳米管优异的力学性能，又使矿化胶原的生物性能保持在较高水平。
本发明制备得到的碳纳米管改性矿化胶原材料具有较大的比表面积，增加了碳纳米管改性矿化胶原材料与细胞的接触面积，为成骨细胞的生长提供了足够的空间，成骨细胞可以在其表面生长并通过分泌细胞外基质，进而形成新的骨组织；同时该碳纳米管改性矿化胶原材料具有优异的力学性能(抗压性能)，可用于承重部位的小块骨缺损的修复。
根据一些优选的实施方式在步骤(1)中，所述碳纳米管与所述强氧化剂的质量比为(0.003～2):1(例如，可以是0.003:1、0.005:1、0.01:1、0.05:1、0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1或2:1)；
所述碳纳米管选自单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的至少一种；优选的是，所述碳纳米管的尺寸为200～300nm(例如，可以是200nm、210nm、220nm、230nm、240nm、250nm、260nm、270nm、280nm、290nm、300nm)。
根据一些优选的实施方式所述强氧化剂选自浓硫酸、浓硝酸与浓硫酸的混合物、双氧水、或浓硫酸与高锰酸钾的混合物中的至少一种，优选的是，所述强氧化剂为体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液；本发明强氧化剂的作用在于对碳纳米管进行表面改性，在碳纳米管中引入羧基，得到改性碳纳米管，以便后续能更好的与胶原结合，进而得到碳纳米管改性矿化胶原材料。
根据一些优选的实施方式在步骤(1)中，所述超声处理的温度为10～70℃(例如，可以是10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃或70℃)，时间为2～5h(例如，可以是2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h或5h)；本发明中碳纳米管具有疏水性，容易发生团聚，不易与强氧化剂混合均匀，进而影响强氧化剂对碳纳米管的改性，从而导致改性后的碳纳米管表面羧基引入不均匀，因此采用超声处理主要是使碳纳米管和强氧化剂充分混合均匀，得到表面改性均匀的碳纳米管，可以避免由于碳纳米管团聚造成的生物毒性。
所述加热处理的温度为80～200℃(例如，可以是80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃)，时间为24～50h(例如，可以是24h、26h、28h、30h、32h、34h、38h、40h、42h、44h、48h或50h)；本发明加热处理的温度低于上述范围时，反应速度慢，采用上述温度即可以实现对碳纳米管的改性。
所述洗涤为用去离子水反复洗涤改性碳纳米管直至滤液呈中性；本发明洗涤主要是洗去改性碳纳米管中的残留物，以防对后续制备改性矿化胶原材料造成影响。
所述真空干燥的温度为50～70℃(例如，可以是50℃、55℃、60℃、65℃或70℃)；本发明真空干燥主要是对改性碳纳米管进行干燥，除去残留在碳纳米管中的残留的水，对于真空干燥的具体时间不做限制，只要达到干燥要求即可。
根据一些优选的实施方式在步骤(2)中，所述胶原酸溶液由胶原溶于酸溶液得到；所述胶原酸溶液的pH为4～5.5(例如，可以是4、4.2、4.4、4.6、4.8、5、5.2或5.5)；优选的是，所述胶原酸溶液的浓度为0.01～0.5mg/mL(例如，可以是0.01mg/mL、0.05mg/mL、0.1mg/mL、0.15mg/mL、0.2mg/mL、0.25mg/mL、0.3mg/mL、0.35mg/mL、0.4mg/mL、0.45mg/mL或0.5mg/mL)；
更优选的是，所述胶原为I型胶原；所述酸溶液为盐酸、乙酸中的任意一种；本发明选择I型胶原主要是因为与骨组织中的胶原成分近似，与骨组织具有更好的生物相容性。
根据一些优选的实施方式在步骤(2)中，所述改性碳纳米管粉末与所述胶原酸溶液中胶原的质量比为(0.1～0.3):1(例如，可以是0.1:1、0.12:1、0.14:1、0.16:10、0.18:1、0.2:1、0.21:1、0.22:1、0.23:10、0.24:1、0.25:1、0.26:1、0.27:1、0.28:1、0.29:1或0.3:1)；优选的是，所述改性碳纳米管粉末的粒径为10～50nm(例如，可以是10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm或50nm)。
本发明改性碳纳米管粉末与胶原酸溶液中胶原的质量比控制在上述范围，既能充分发挥碳纳米管优异的力学性能，又能使胶原的生物性能保持在较高水平，制备得到的碳纳米管改性矿化胶原材料同时具有优异的力学性能和生物性能；发明人发现，当改性碳纳米管粉末的质量占比大于上述范围，制备得到的碳纳米管改性矿化胶原材料的具有更好力学性能，但生物性能较差；当改性碳纳米管粉末的质量占比小于上述范围，制备得到的碳纳米管改性矿化胶原材料的生物性能优异，但力学性能较差。
根据一些优选的实施方式在步骤(3)中，所述钙盐溶液由可溶性钙盐溶于水配制得到；优选的是，所述可溶性钙盐选自CaCl2、Ca(NO3)2中的至少一种；
所述磷酸盐溶液由可溶性磷酸盐溶于水配制得到；优选的是，所述可溶性磷酸盐选自NaH2PO4、Na2HPO4、K2HPO4中的至少一种。
根据一些优选的实施方式在步骤(3)中，所述钙盐溶液中钙离子与所述胶原的质量比为(2.4～4.8):1(例如，可以是2.4:1、2.5:1、2.8:1、3:1、3.5:1、3.8:1、4:1、4.5:1或4.8:1)；
所述钙盐溶液中钙元素与所述磷酸盐溶液中磷元素的摩尔比为(1.2～2):1(例如，可以是1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1或2:1)。
根据一些优选的实施方式在步骤(4)中，所述碳纳米管改性矿化胶原材料的粒径为100～300μm(例如，可以是100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm或300μm)；
所述静置的时间为24～120h(例如，可以是24h、30h、40h、50h、60h、70h、80h、90h、100h、110h或120h)。
本发明第二方面提供了一种碳纳米管改性矿化胶原材料根据第一方面所述的制备方法制备得到。
本发明第三方面提供了一种根据第二方面所述的碳纳米管改性矿化胶原材料在骨修复中的应用。
本发明制备得到的碳纳米管改性矿化胶原材料生物性能和较大的比表面积，应用于骨修复时，增加了碳纳米管改性矿化胶原材料与细胞的接触面积，为成骨细胞的生长提供了足够的空间，成骨细胞可以在其表面生长并通过分泌细胞外基质，进而形成新的骨组织；同时具有优异的力学性能(抗压性能)，可用于承重部位的小块骨缺损的修复。
为了更加清楚地说明本发明的技术方案及优点，下面结合实施例对本发明作进一步说明。
需要说明的是，本发明中抗压强度测试、细胞毒性测试的方法参照如下方法。
抗压强度测试：将实施例和对比例得到材料，每份称取20g，倒入到模具中，用压力机加压至10MPa，保压20s。将材料压制成φ10×20mm的圆柱体进行抗压测试。
细胞毒性测试：将实施例和对比例的材料进行辐照灭菌，以含有10％小牛血清的细胞培养基为浸提介质，按照0.2g/mL的比例浸提实施例和对比例材料，细胞计数后接种于96孔培养板，置CO2培养箱37℃培养24h后，弃去培养液；阴性对照组中加入新鲜细胞培养液，实验组中分别加入实施例和对比例的样品浸提液，置于CO2培养箱中继续培养24h，用显微镜观察细胞形态，每孔加入20μL质量浓度为5g/L的MTT溶液，继续培养4h后弃去孔内液体，加入200μLDMSO，在酶标仪570nm波长下测定吸光度，计算相对增值率，增值率＝实验组吸光度均值/空白对照组吸光度均值×100％。
本发明中的材料和试剂均可以是在市面上直接购买得到或自行合成得到，对具体型号不做限制。
实施例1
(1)将碳纳米管(200～300nm)与强氧化剂(体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸混合溶液)按质量比0.03:1的混合并于50℃下超声处理5h后，于150℃加热处理50h，经滤膜过滤后，用去离子水反复洗涤碳纳米管直至滤液呈中性，并于70℃真空干燥，得到改性碳纳米管；
(2)将改性碳纳米管经粉碎、筛分，得到粒径为10-50nm的改性碳纳米管粉末，然后将改性碳纳米管粉末加入胶原浓度为0.1mg/mL的胶原酸溶液(胶原溶于乙酸配制而成)，持续搅拌，形成第一共混物，其中，改性碳纳米管与胶原的质量比0.1:1；
(3)向第一共混物中缓慢滴加滴加Ca(NO3)2的溶液(Ca(NO3)2溶液中Ca与胶原的质量为2.4:1)，持续搅拌至混合均匀后，再缓慢加入NaH2PO4的溶液(Ca(NO3)2溶液中Ca与NaH2PO4溶液中的P的摩尔比为1.2:1)，并持续搅拌，形成第二共混物；
(4)向第二共混物中缓慢滴加NaOH溶液至pH＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物停止搅拌，静置72h，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到粒径为100-300μm的碳纳米管改性矿化胶原材料。
实施例1制备的碳纳米管改性矿化胶原材料的抗压强度见表1。
实施例1制备的碳纳米管改性矿化胶原材料的相对增值率见表2。
实施例2
(1)将碳纳米管(200～300nm)与强氧化剂(体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸混合溶液)按质量比0.04:1的混合并于50℃下超声处理5h后，于150℃加热处理50h，经滤膜过滤后，用去离子水反复洗涤碳纳米管直至滤液呈中性，并于70℃真空干燥，得到改性碳纳米管；
(2)将改性碳纳米管经粉碎、筛分，得到粒径为10-50nm的改性碳纳米管粉末，然后将改性碳纳米管粉末加入胶原浓度为0.2mg/mL的胶原酸溶液(胶原溶于乙酸配制而成)，持续搅拌，形成第一共混物，其中，改性碳纳米管与胶原的质量比0.2:1；
(3)向第一共混物中缓慢滴加滴加Ca(NO3)2的溶液(Ca(NO3)2溶液中Ca与胶原的质量为3.2:1)，持续搅拌至混合均匀后，再缓慢加入NaH2PO4(Ca(NO3)2溶液中Ca与NaH2PO4溶液中的P的摩尔比为1.2:1)的溶液，并持续搅拌，形成第二共混物；
(4)向第二共混物中缓慢滴加NaOH溶液至pH＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物停止搅拌，静置72h，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到粒径为100-300μm的碳纳米管改性矿化胶原材料。
实施例2制备的碳纳米管改性矿化胶原材料的抗压强度见表1。
实施例2制备的碳纳米管改性矿化胶原材料的相对增值率见表2。
实施例3
(1)将碳纳米管(200～300nm)与强氧化剂(体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸混合溶液)按质量比0.02:1的混合并于50℃下超声处理5h后，于150℃加热处理50h，经滤膜过滤后，用去离子水反复洗涤碳纳米管直至滤液呈中性，并于70℃真空干燥，得到改性碳纳米管；
(2)将改性碳纳米管经粉碎、筛分，得到粒径为10-50nm的改性碳纳米管粉末，然后将改性碳纳米管粉末加入胶原浓度为0.5mg/mL的胶原酸溶液(胶原溶于乙酸配制而成)，持续搅拌，形成第一共混物，其中，改性碳纳米管与胶原的质量比0.3:1；
(3)向第一共混物中缓慢滴加滴加Ca(NO3)2的溶液(Ca(NO3)2溶液中Ca与胶原的质量为4.8:1)，持续搅拌至混合均匀后，再缓慢加入NaH2PO4的溶液(Ca(NO3)2溶液中Ca与NaH2PO4溶液中的P的摩尔比为1.8:1)，并持续搅拌，形成第二共混物；
(4)向第二共混物中缓慢滴加NaOH溶液至pH＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物停止搅拌，静置72h，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到粒径为100-300μm的碳纳米管改性矿化胶原材料。
实施例3制备的碳纳米管改性矿化胶原材料的抗压强度见表1。
实施例3制备的碳纳米管改性矿化胶原材料的相对增值率见表2。
对比例1
胶原溶于乙酸配置成胶原酸溶液(胶原浓度为0.2mg/mL)，缓慢滴加Ca(NO3)2的溶液(Ca(NO3)2溶液中Ca与胶原的质量为3.2:1)，并持续搅拌，然后缓慢滴加NaH2PO4的溶液(Ca(NO3)2溶液中Ca与NaH2PO4溶液中的P的摩尔比为1.2:1)继续搅拌，缓慢滴加NaOH溶液至混合溶液pH＝6-8，待溶液开始出现白色悬浊物时停止搅拌，静置72h，用去离子水洗涤沉淀物并抽滤，获得抽滤物，并将抽滤物进行冷冻干燥得到冻干物，将冻干物进行粉碎，筛分，得到粒径100-300μm的矿化胶原材料。
对比例1制备的矿化胶原材料的抗压强度见表1。
对比例1制备的矿化胶原材料的相对增值率见表2。
对比例2
(1)将碳纳米管(200～300nm)经粉碎、筛分，得到粒径为10-50nm的碳纳米管粉末，然后将碳纳米管粉末加入胶原浓度为0.2mg/mL的胶原酸溶液(胶原溶于乙酸配制而成)，持续搅拌，形成第一共混物，其中，碳纳米管与胶原的质量比0.2:1；
(2)向第一共混物中缓慢滴加滴加Ca(NO3)2的溶液(Ca(NO3)2溶液中Ca与胶原的质量为3.2:1)，持续搅拌至混合均匀后，再缓慢加入NaH2PO4的溶液(Ca(NO3)2溶液中Ca与NaH2PO4溶液中的P的摩尔比为1.2:1)，并持续搅拌，形成第二共混物；
(3)向第二共混物中缓慢滴加NaOH溶液至pH＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物停止搅拌，静置72h，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到粒径为100-300μm的碳纳米管改性矿化胶原材料。
由于碳纳米管具有高度疏水性，其在胶原酸溶液中分散性差，容易形成聚集，进而在体外矿化过程中，矿化胶原不能均匀包裹碳纳米管，可能造成碳纳米管裸露的情况，不能有效降低碳纳米管的生物毒性，制得碳纳米管改性矿化胶原材料用于承重部位骨缺损修复时可能造成炎症。
对比例2制备的碳纳米管改性矿化胶原材料的抗压强度见表1。
对比例2制备的碳纳米管改性矿化胶原材料的相对增值率见表2。
对比例3
(1)将碳纳米管(200～300nm)与强氧化剂(体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸混合溶液)按质量比0.04:1的混合并于50℃下超声处理5h后，于150℃加热处理50h，经滤膜过滤后，用去离子水反复洗涤碳纳米管直至滤液呈中性，并于70℃真空干燥，得到改性碳纳米管；
(2)将改性碳纳米管经粉碎、筛分，得到粒径为10-50nm的改性碳纳米管粉末，然后将改性碳纳米管粉末与羟基磷灰石粉末按质量比1:40混合，得到混合粉末；
(3)将混合粉末加入胶原浓度为0.2mg/mL的胶原酸溶液(胶原溶于乙酸配制而成)，持续搅拌，形成第一共混物，其中，改性碳纳米管与胶原的质量比0.2:1；
(4)向第一共混物中缓慢滴加NaOH溶液至pH＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物停止搅拌，静置72h，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到粒径为100-300μm的复合材料。
将改性碳纳米管与羟基磷灰石混合后，再加入胶原酸溶液，羟基磷灰石并不能与胶原进行体外矿化，得到的仅仅是胶原与羟基磷灰石和改性碳纳米管混合的复合材料，而并非与骨组织中羟基磷灰石和胶原的排列结构相同的矿化胶原材料，生物性能差。
对比例3制备的复合材料的抗压强度见表1。
对比例3制备的复合材料的相对增值率见表2。
对比例4
(1)将碳纳米管(200～300nm)经粉碎、筛分，得到粒径为10-50nm的改性碳纳米管粉末，然后将碳纳米管粉末与羟基磷灰石粉末按质量比1:40混合，得到混合粉末；
(2)将混合粉末加入胶原浓度为0.2mg/mL的胶原酸溶液(胶原溶于乙酸配制而成)，持续搅拌，形成第一共混物，其中，改性碳纳米管与胶原的质量比0.2:1；
(3)向第一共混物中缓慢滴加NaOH溶液至pH＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物停止搅拌，静置72h，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到粒径为100-300μm的复合材料。
碳纳米管与羟基磷灰石之间弱的物理界面结合使碳纳米管在受到应力时容易发生管间的滑移，力学性能不足，碳纳米管与羟基磷灰石的润湿性差，混合后再加入胶原酸溶液，羟基磷灰石并不能与胶原进行体外矿化，得到的仅仅是胶原与羟基磷灰石和碳纳米管混合的复合材料，而并非与骨组织中羟基磷灰石和胶原的排列结构相同的矿化胶原材料，生物性能差。
对比例4制备的复合材料的抗压强度见表1。
对比例4制备的复合材料的相对增值率见表2。
对比例5
(1)将碳纳米管(200～300nm)与强氧化剂(体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸混合溶液)按质量比0.04:1的混合并于50℃下超声处理5h后，于150℃加热处理50h，经滤膜过滤后，用去离子水反复洗涤碳纳米管直至滤液呈中性，并于70℃真空干燥，得到改性碳纳米管；
(2)将改性碳纳米管经粉碎、筛分，得到粒径为10-50nm的改性碳纳米管粉末，然后将改性碳纳米管粉末加入胶原浓度为0.2mg/mL的胶原酸溶液(胶原溶于乙酸配制而成)，持续搅拌，形成第一共混物，其中，改性碳纳米管与胶原的质量比0.5:1；
(3)向第一共混物中缓慢滴加滴加Ca(NO3)2的溶液(Ca(NO3)2溶液中Ca与胶原的质量为3.2:1)，持续搅拌至混合均匀后，再缓慢加入NaH2PO4(Ca(NO3)2溶液中Ca与NaH2PO4溶液中的P的摩尔比为1.2:1)的溶液，并持续搅拌，形成第二共混物；
(4)向第二共混物中缓慢滴加NaOH溶液至pH＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物停止搅拌，静置72h，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到粒径为100-300μm的碳纳米管改性矿化胶原材料。
改性碳纳米管与胶原的质量比大于本申请范围，得到的碳纳米管改性矿化胶原材料具有更好的力学性能，但生物性能有所下降。
对比例5制备的碳纳米管改性矿化胶原材料的抗压强度见表1。
对比例5制备的碳纳米管改性矿化胶原材料的相对增值率见表2。
对比例6
(1)将碳纳米管(200～300nm)与强氧化剂(体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸混合溶液)按质量比0.04:1的混合并于50℃下超声处理5h后，于150℃加热处理50h，经滤膜过滤后，用去离子水反复洗涤碳纳米管直至滤液呈中性，并于70℃真空干燥，得到改性碳纳米管；
(2)将改性碳纳米管经粉碎、筛分，得到粒径为10-50nm的改性碳纳米管粉末，然后将改性碳纳米管粉末加入胶原浓度为0.2mg/mL的胶原酸溶液(胶原溶于乙酸配制而成)，持续搅拌，形成第一共混物，其中，改性碳纳米管与胶原的质量比0.05:1；
(3)向第一共混物中缓慢滴加滴加Ca(NO3)2的溶液(Ca(NO3)2溶液中Ca与胶原的质量为3.2:1)，持续搅拌至混合均匀后，再缓慢加入NaH2PO4(Ca(NO3)2溶液中Ca与NaH2PO4溶液中的P的摩尔比为1.2:1)的溶液，并持续搅拌，形成第二共混物；
(4)向第二共混物中缓慢滴加NaOH溶液至pH＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物停止搅拌，静置72h，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到粒径为100-300μm的碳纳米管改性矿化胶原材料。
改性碳纳米管与胶原的质量比小于本申请范围，得到的碳纳米管改性矿化胶原材料具有较高的生物性能，但力学性能明显下降。
对比例6制备的碳纳米管改性矿化胶原材料的抗压强度见表1。
对比例6制备的碳纳米管改性矿化胶原材料的相对增值率见表2。
表1
表2
由表1-2可知，实施例1-3制备得到的碳纳米管改性矿化胶原材料中羟基磷灰石和胶原的排列结构与骨组织中羟基磷灰石和胶原的排列结构相同的矿化胶原材料，具有优异的生物性能，同时具有优异的抗压性能，可用于承重部分小缺损骨修复；实施例1-3，随着改性碳纳米管与胶原的质量比增大，碳纳米管改性矿化胶原材料的抗压强度也得到了一定提升，表现出优异的力学性能；在进行细胞毒性测试时，相对增值率虽然较对比例有所下降，但相对增值率级别与对比例1相同；对比例1为直接制备矿化胶原材料，虽然具有优异的生物性能，但因未引入改性碳纳米管，力学性能明显不足；对比例2与实施例2的区别在于，碳纳米管未进行改性，因碳纳米管具有高度疏水性，其在胶原酸溶液中分散性差，在体外矿化过程中，矿化胶原不能均匀包裹碳纳米管，最终得到的碳纳米管改性矿化胶原材料的力学性能和生物性能均有所下降；对比例3-4因羟基磷灰石和胶原之间均未进行体外矿化，最终并未得到碳纳米管改性改性矿化胶原材料；对比例5与实施例2的区别在于，改性碳纳米管与胶原的质量比大于本申请范围，得到的碳纳米管改性矿化胶原材料具有更好的力学性能，但生物性能有所下降；对比例6与实施例2的区别在于，改性碳纳米管与胶原的质量比小于本申请范围，得到的碳纳米管改性矿化胶原材料具有较高的生物性能，但力学性能明显下降。
综上，本发明制备的碳纳米管改性矿化胶原材料同时具备优异力学性能和生物性能，适用于小块骨缺损的修复。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种碳纳米管改性矿化胶原材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将碳纳米管与强氧化剂混合后，依次经超声处理、加热处理、过滤、洗涤和真空干燥，得到改性碳纳米管；
(2)将所述改性碳纳米管进行粉碎、筛分，得到改性碳纳米管粉末，并将所述改性碳纳米管粉末加入到胶原酸溶液中，持续搅拌，形成第一共混物；
(3)向第一共混物中缓慢滴加钙盐溶液，持续搅拌至混合均匀，缓慢加入磷酸盐溶液，并持续搅拌，形成第二共混物；
(4)向第二共混物中缓慢滴加NaOH溶液至pH＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物，静置，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到碳纳米管改性矿化胶原材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：
所述碳纳米管与所述强氧化剂的质量比为(0.003～2):1；
所述碳纳米管选自单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的至少一种；优选的是，所述碳纳米管的尺寸为200～300nm；和/或
所述强氧化剂选自浓硫酸、浓硝酸与浓硫酸的混合物、双氧水、或浓硫酸与高锰酸钾的混合物中的至少一种，优选的是，所述强氧化剂为体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：
所述超声处理的温度为10～70℃，时间为2～5h；
所述加热处理的温度为80～200℃，时间为24～50h；
所述洗涤为用去离子水反复洗涤改性碳纳米管直至滤液呈中性；
所述真空干燥的温度为50～70℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中：
所述胶原酸溶液由胶原溶于酸溶液得到；所述胶原酸溶液的pH为4～5.5；优选的是，所述胶原酸溶液的浓度为0.01～0.5mg/mL；
更优选的是，所述胶原为I型胶原；所述酸溶液为盐酸、乙酸中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中：
所述改性碳纳米管粉末与所述胶原酸溶液中胶原的质量比为(0.1～0.3):1；优选的是，所述改性碳纳米管粉末的粒径为10～50nm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中：
所述钙盐溶液由可溶性钙盐溶于水配制得到；优选的是，所述可溶性钙盐选自CaCl2、Ca(NO3)2中的至少一种；
所述磷酸盐溶液由可溶性磷酸盐溶于水配制得到；优选的是，所述可溶性磷酸盐选自NaH2PO4、Na2HPO4、K2HPO4中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中：
所述钙盐溶液中钙离子与所述胶原的质量比为(2.4～4.8):1；
所述钙盐溶液中钙元素与所述磷酸盐溶液中磷元素的摩尔比为(1.2～2):1。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中：
所述碳纳米管改性矿化胶原材料的粒径为100～300μm；
所述静置的时间为24～120h。
9.一种碳纳米管改性矿化胶原材料根据权利要求1-8任一所述的制备方法制备得到。
10.一种根据权利要求9所述的碳纳米管改性矿化胶原材料在骨修复中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210754127.7A CN115006589A (zh) | 2022-06-28 | 2022-06-28 | 一种碳纳米管改性矿化胶原材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210754127.7A CN115006589A (zh) | 2022-06-28 | 2022-06-28 | 一种碳纳米管改性矿化胶原材料及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115006589A true CN115006589A (zh) | 2022-09-06 |
Family
ID=83078202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210754127.7A Pending CN115006589A (zh) | 2022-06-28 | 2022-06-28 | 一种碳纳米管改性矿化胶原材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115006589A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1338315A (zh) * | 2001-10-12 | 2002-03-06 | 清华大学 | 用于骨修复的纳米晶磷酸钙胶原基复合材料的制备方法 |
| CN1958517A (zh) * | 2006-10-17 | 2007-05-09 | 山东大学 | 一种以羟基磷灰石包覆碳纳米管的方法 |
| WO2007115388A1 (en) * | 2006-04-12 | 2007-10-18 | Universidade Federal De Minas Gerais | A composite comprising collagen and carbon nanotubes, process of produing same and uses thereof |
| CN103007357A (zh) * | 2012-12-25 | 2013-04-03 | 福建省博特生物科技有限公司 | 一种碳纳米管/胶原基复合材料的应用 |
| US20130084636A1 (en) * | 2010-02-24 | 2013-04-04 | Te Bios Co., Ltd | Scaffold for articular cartilage regeneration and method for manufacturing same |
| CN106178100A (zh) * | 2016-07-20 | 2016-12-07 | 太原理工大学 | 碳纳米管/壳聚糖复合微球表面形成取向性纳米磷灰石的制备方法 |
| CN110292661A (zh) * | 2016-10-31 | 2019-10-01 | 北京奥精医药科技有限公司 | 矿化胶原/高分子复合多孔骨材料及其制备方法 |
-
2022
- 2022-06-28 CN CN202210754127.7A patent/CN115006589A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1338315A (zh) * | 2001-10-12 | 2002-03-06 | 清华大学 | 用于骨修复的纳米晶磷酸钙胶原基复合材料的制备方法 |
| WO2007115388A1 (en) * | 2006-04-12 | 2007-10-18 | Universidade Federal De Minas Gerais | A composite comprising collagen and carbon nanotubes, process of produing same and uses thereof |
| CN1958517A (zh) * | 2006-10-17 | 2007-05-09 | 山东大学 | 一种以羟基磷灰石包覆碳纳米管的方法 |
| US20130084636A1 (en) * | 2010-02-24 | 2013-04-04 | Te Bios Co., Ltd | Scaffold for articular cartilage regeneration and method for manufacturing same |
| CN103007357A (zh) * | 2012-12-25 | 2013-04-03 | 福建省博特生物科技有限公司 | 一种碳纳米管/胶原基复合材料的应用 |
| CN106178100A (zh) * | 2016-07-20 | 2016-12-07 | 太原理工大学 | 碳纳米管/壳聚糖复合微球表面形成取向性纳米磷灰石的制备方法 |
| CN110292661A (zh) * | 2016-10-31 | 2019-10-01 | 北京奥精医药科技有限公司 | 矿化胶原/高分子复合多孔骨材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 李银峰: "碳纳米材料制备及其应用研究", 中国原子能出版社, pages: 138 - 141 * |
| 杨何东宁;秦博恒;张保平;: "载锌功能化多壁碳纳米管/壳聚糖复合支架的制备与性能评价", no. 06 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kawaguchi et al. | Preparation of carbon nanotube-alginate nanocomposite gel for tissue engineering | |
| Türk et al. | 3D porous collagen/functionalized multiwalled carbon nanotube/chitosan/hydroxyapatite composite scaffolds for bone tissue engineering | |
| Peng et al. | Bone tissue engineering via carbon‐based nanomaterials | |
| Koyyada et al. | Natural gum polysaccharides as efficient tissue engineering and drug delivery biopolymers | |
| Liu et al. | In vitro evaluation of alginate/halloysite nanotube composite scaffolds for tissue engineering | |
| Sivashankari et al. | Preparation and characterization of three-dimensional scaffolds based on hydroxypropyl chitosan-graft-graphene oxide | |
| Müller et al. | The biopolymer bacterial nanocellulose as drug delivery system: investigation of drug loading and release using the model protein albumin | |
| Mohamed et al. | In vitro study of nano-hydroxyapatite/chitosan–gelatin composites for bio-applications | |
| Purohit et al. | Fabrication of graphene oxide and nanohydroxyapatite reinforced gelatin–alginate nanocomposite scaffold for bone tissue regeneration | |
| Tamburaci et al. | Bioactive diatomite and POSS silica cage reinforced chitosan/Na-carboxymethyl cellulose polyelectrolyte scaffolds for hard tissue regeneration | |
| Bibi et al. | Alginate-nanoparticles composites: kinds, reactions and applications | |
| Salama et al. | Bioactive cellulose grafted soy protein isolate towards biomimetic calcium phosphate mineralization | |
| CN102205149B (zh) | 羟基磷灰石/壳聚糖/聚乳酸复合骨修复材料及制备方法 | |
| Zhu et al. | 3D printed gellan gum/graphene oxide scaffold for tumor therapy and bone reconstruction | |
| Li et al. | Biodegradation and compressive strength of phosphorylated chitosan/chitosan/hydroxyapatite bio-composites | |
| Fonseca‐García et al. | Effect of doping in carbon nanotubes on the viability of biomimetic chitosan‐carbon nanotubes‐hydroxyapatite scaffolds | |
| Yang et al. | Biomimetic design of oxidized bacterial cellulose-gelatin-hydroxyapatite nanocomposites | |
| CN115120774A (zh) | 一种碳纳米管强化矿化胶原材料及其制备方法和应用 | |
| Vedhanayagam et al. | Dimension effect: Dendrimer functionalized carbon based nanomaterial mediated collagen scaffold for wound healing application | |
| Pourjavadi et al. | Preparation of PVA nanocomposites using salep-reduced graphene oxide with enhanced mechanical and biological properties | |
| Feng et al. | Polydopamine constructed interfacial molecular bridge in nano-hydroxylapatite/polycaprolactone composite scaffold | |
| CN115006589A (zh) | 一种碳纳米管改性矿化胶原材料及其制备方法和应用 | |
| Alesaeidi et al. | Soy protein isolate/sodium alginate hybrid hydrogel embedded with hydroxyapatite for tissue engineering | |
| CN113292762A (zh) | 一种双醛纳米纤维素三维柔性材料及其制备方法与应用 | |
| Sheikh-Mehdi Mesgar et al. | Novel biopolymers/functionalized multi-walled carbon nanotube composite scaffolds for cardiac tissue engineering |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220906 |