一种黄蓍胶/壳聚糖/杂化纳米磷灰石三元复合多孔材料及其制备方法

1.本发明涉及一种黄蓍胶/壳聚糖/杂化纳米磷灰石三元复合多孔材料及其制备方法，属于生物医用材料领域。


背景技术：

2.骨组织工程支架材料是骨组织工程研究的关键要素，理想的骨组织工程支架应具有良好的骨传导性、较高的孔隙率及优异的机械强度，以及合适的降解速率。骨组织工程支架包括可降解聚合物、生物活性陶瓷和无机/有机复合支架，其中无机/有机复合支架结合了聚合物和生物活性陶瓷的优点，因而纳米羟基磷灰石/壳聚糖 (n-ha/cs)复合多孔材料成为骨组织工程支架的研究热点。但n-ha/cs在应用中存在力学性能及成骨活性不足的问题。申请人在前期的研究中，曾利用高聚物的静电自组装原理，将羧基化竹纤维引入到聚阳离子性的壳聚糖体系中，制备出了强度更高的多孔三元复合材料。但羧基化竹纤维的改性步骤繁琐，且纳米羟基磷灰石本身其成骨活性也有待提高，因而有待于探索其他聚阴离子高聚物及高成骨活性的纳米磷灰石与壳聚糖复合的多孔材料。
3.黄蓍胶是一种天然聚阴离子多糖，其主链由部分甲氧基化的d-半乳糖醛酸通过α-1,4连接而成，侧链是由许多不同的多糖组成。黄蓍胶来自于紫云英属植物上的一种胶质分泌物，具有良好的生物相容性，可降解性，无毒和耐酸性，已用于食品添加剂、增稠剂、稳定剂、乳化剂、水凝胶和制药等方面，且在药物载体、伤口愈合敷料和皮肤再生等医药方面也有广泛应用。但黄蓍胶能否与壳聚糖通过离子交联作用而制备成多孔材料用于骨组织工程支架的研究未见报道。
4.另外，为提高纳米羟基磷灰石的成骨活性，对n-ha掺杂各种微量元素如锶、硅等，可提高其生物学性能，但有效掺杂量难以控制。负载骨生长因子，有利于促进骨组织生长，但生长因子半衰期较短，容易在体内迅速降解和被体液稀释，而大剂量载入易引发局部毒性和血管瘤样病变，且生长因子价格昂贵。而双磷酸盐已用于治疗骨质疏松症，但其能否在n-ha制备过程中引入制备成具有高成骨活性的杂化纳米磷灰石，并用于与聚合物制备成多孔复合材料用于骨组织工程支架未见报道，值得深入探索。


技术实现要素：

5.针对上述情况，本发明的目的在于提供一种黄蓍胶/壳聚糖/杂化纳米磷灰石三元复合多孔材料及其制备方法。本发明制备的复合多孔材料具有较高的力学性能、降解性能及生物相容性，是一种新型高强度、高成骨活性的可降解多孔材料，能满足骨组织工程支架材料性能的基本要求。
6.本发明采用以下技术方案：黄蓍胶是指市场购买其粘度大于1000；杂化纳米磷灰石是指纳米磷灰石中含有少量如唑来膦酸盐、阿仑膦酸盐、帕米膦酸盐的双磷酸盐；壳聚糖是指脱乙酰度为90 %以上，粘均分子量在20~40万。
7.本发明中的杂化纳米磷灰石，其特征是指将双磷酸盐溶于水缓慢滴加到硝酸钙溶液中，反应1 h后，将磷酸钠溶液缓慢滴加于上述混合溶液中，保持ca/p摩尔比为1.67，双磷酸盐添加含量为纳米磷灰石质量的0.1-1%，用1 mol/l氢氧化钠调ph 值至10以上，70 ℃加热搅拌4 h，陈化48 h，用去离子水洗涤至中性，干燥研磨成粉。
8.本发明提供的黄蓍胶/壳聚糖/杂化纳米磷灰石三元复合多孔材料，由下述技术方案实现的，其特征在于采用如下工艺步骤：将一定量的杂化纳米磷灰石浆液超声分散，然后缓慢加入一定量的壳聚糖和黄蓍胶的混合粉末，高速机械搅拌2~4小时，加入浓度为2~4 %的冰醋酸后即得复合物凝胶；置于-20 ℃下冷冻12小时，然后进行冷冻干燥；将干燥好的多孔材料浸泡于5~10 %的naoh溶液浸泡30分钟，随后用去离子水洗涤至中性，40℃真空干燥至恒重。
9.本发明的多孔材料与现有的多孔材料相比，其优越性在于：（1）本发明所用的壳聚糖和黄蓍胶都是生物相容性良好的天然可降解高分子，其原材料来源广泛，且价格便宜；且由于黄蓍胶带负电，能与带正电的壳聚糖溶液产生离子交联，从而提高复合多孔材料的力学性能，且其降解性能大有减缓，可使复合多孔材料提供更长时间支撑作用；更重要的是壳聚糖和黄蓍胶都具有天然抗菌性，可持续缓慢防止感染；另外添加的含有双磷酸盐的杂化纳米磷灰石可具有比传统的纳米羟基磷灰石更好的骨传导性，且能持续缓慢释放。综上所述，本发明所选用的黄蓍胶及杂化纳米磷灰石有利于提高n-ha/cs复合多孔材料的力学性能、降解性能及骨传导性，同时还能改善其抗菌性。
10.（2）本发明提供的黄蓍胶/壳聚糖/杂化纳米磷灰石三元复合多孔材料，其制备过程简单易行，生产成本低廉，绿色环保，适合大批量生产；其该多孔复合材料的力学性能、降解性能、骨传导性及抗菌性能可通过调节其各组分含量来进行调控，同时还可通过添加其他药物获得性能更好的骨组织工程支架材料。
附图说明
11.图1为黄蓍胶/壳聚糖/杂化纳米磷灰石三元复合多孔材料及其在模拟体液中浸泡8周后的sem照片。
具体实施方式
12.实施例1：称取4.0 g 壳聚糖（脱乙酰度90 %，分子量为20万），加入100 ml去离子水，再加入2.0 g黄蓍胶，同时将含0.5 wt%唑来膦酸盐的杂化纳米磷灰石2.0 g在100 ml去离子水中超声分散后滴加于上述黄蓍胶/壳聚糖混合溶液中，继续超声磁力搅拌3 h后，加入5 ml冰醋酸，即得黄蓍胶/壳聚糖/杂化纳米磷灰石三元复合凝胶物。放入-20 ℃的冰箱中冷冻12 h，用冷冻干燥机冷冻干燥至恒重。最后将其置于8 % 的naoh溶液中浸泡30分钟，洗至中性，干燥即可。将其切割成10 mm
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10 mm
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10 mm的块状材料，测得抗压强度为0.8 mpa左右, 孔隙率为81 %，平均孔径为200 um；体外模拟体液中浸泡8 w，表面有大量类骨磷灰石沉积，抗压强度仍能维持0.3 mpa左右。
13.实施例2：称取4.0 g 壳聚糖（脱乙酰度95 %，分子量为30万），加入100 ml去离子水，再加入1.0 g黄蓍胶，同时将含0.3 wt%阿仑膦酸盐的杂化纳米磷灰石2.5 g在100 ml去离子水中超声分散后滴加于上述黄蓍胶/壳聚糖混合溶液中，继续超声磁力搅拌3 h后，加
入6 ml冰醋酸，即得黄蓍胶/壳聚糖/杂化纳米磷灰石三元复合凝胶物。放入-20 ℃的冰箱中冷冻12 h，用冷冻干燥机冷冻干燥至恒重。然后将其置于10 % 的naoh溶液中浸泡30分钟，洗至中性，干燥即可。将其切割成10 mm
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10 mm
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10 mm的块状材料，测得抗压强度为1.0 mpa左右, 孔隙率为79 %，平均孔径为220 um；体外模拟体液中浸泡8 w，表面有大量类骨磷灰石沉积，抗压强度仍能维持0.4 mpa左右。
14.实施例3：称取4.5 g 壳聚糖（脱乙酰度95 %，分子量为20万），加入100 ml去离子水，再加入1.5 g黄蓍胶，同时将含1.0 wt%阿仑膦酸盐的杂化纳米磷灰石4.0 g在100 ml去离子水中超声分散后滴加于上述黄蓍胶/壳聚糖混合溶液中，继续超声磁力搅拌4 h后，加入8 ml冰醋酸，即得黄蓍胶/壳聚糖/杂化纳米磷灰石三元复合凝胶物。放入-20 ℃的冰箱中冷冻12 h，用冷冻干燥机冷冻干燥至恒重。然后将其置于10 % 的naoh溶液中浸泡30分钟，洗至中性，干燥。将其切割成10 mm
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10 mm
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10 mm的块状材料，测得抗压强度为0.6 mpa左右, 孔隙率为78 %，平均孔径为150 um；体外模拟体液中浸泡8 w，表面有大量类骨磷灰石沉积，抗压强度仍能维持0.1 mpa左右。
15.对比实施例1：称取4.0 g 壳聚糖（脱乙酰度95 %，分子量为30万），加入200 ml去离子水，加入6 ml冰醋酸，搅拌至溶解后，将2.0 g 纳米羟基磷灰石超声分散于100 ml水的分散液滴加到上述壳聚糖溶液中，继续超声磁力搅拌2 h后，即得纳米羟基磷灰石/壳聚糖二元复合凝胶物。放入-20 ℃的冰箱中冷冻48 h，用冷冻干燥机冷冻干燥至恒重。然后将其置于10 % 的naoh溶液中浸泡30分钟，洗至中性，干燥。将其切割成10 mm
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10 mm
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10 mm的块状材料，测得抗压强度为0.4 mpa左右, 孔隙率为73 %，平均孔径为150 um；体外模拟体液中浸泡8 w，多孔材料已降解成粉状。
16.对比实施例2：称取4.5 g 壳聚糖（脱乙酰度95 %，分子量为20万），加入100 ml去离子水，再加入1.5 g黄蓍胶，同时将2.0 g 纳米羟基磷灰石超声分散于300 ml水的分散液滴加到上述黄蓍胶/壳聚糖混合液中，继续超声磁力搅拌4 h后，加入8 ml冰醋酸，即得黄蓍胶/壳聚糖/纳米磷灰石三元复合凝胶物。放入-20 ℃的冰箱中冷冻12 h，用冷冻干燥机冷冻干燥至恒重。然后将其置于10 % 的naoh溶液中浸泡30分钟，洗至中性，干燥。将其切割成10 mm
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10 mm
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10 mm的块状材料，测得抗压强度为0.7 mpa左右, 孔隙率为80 %，平均孔径为150 um；体外模拟体液中浸泡8 w，表面有少量类骨磷灰石沉积，抗压强度仍能维持0.2 mpa左右。
17.抗压强度测试条件：将切好的10 mm
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10 mm
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10 mm块状材料用万能材料试验机（sanscmt4503，中国深圳sans公司）测试其压缩变形为40 %时的压缩性能。测试温度为20 ℃
±
2℃，加载速度为1 mm/min。每组测试五个平行样，结果取平均值。
18.孔隙率的测定：向量筒中加入适量无水乙醇，将切好的10 mm
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10 mm
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10 mm块状材料称干重记为m1，放入无水乙醇中，称乙醇和样品初始体积记为v1。在室温下浸泡1周后将材料取出称材料湿重为m2，剩余乙醇体积为v2。则孔隙率θ=[ (m
2-m1)/ρ]/(v
1-v2)。每个样品测三个平行样，取平均值。