[發明專利]一種高強度連續梯度復合支架及其制備方法

有效

• 申請號: 201210346426.3
• 申請日: 2012-09-18
• 公開（公告）號: CN102861361A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 侯瑞霞;付俊;程亞軍;張國花
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: A61L27/46
• 分類號: A61L27/46;A61L27/16;A61L27/26
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

技術領域

本發明屬于生物醫學材料及其制備領域，具體涉及用于骨軟骨缺損修復的高強度連續梯度復合支架及其制備方法。

背景技術

天然骨軟骨為軟骨層、鈣化層和軟骨下骨層的多層次結構，采用骨軟骨組織工程的方法修復骨軟骨缺損經歷了單層支架、雙層支架和三層支架三個階段。單層支架的設計僅考慮到上層的軟骨層，忽略了下層的骨層，難以滿足天然骨軟骨的結構要求，因此，構建雙層支架修復骨軟骨缺損成為必然。雙層支架考慮到仿生模擬上層的軟骨結構和下層的骨結構，在治療骨軟骨缺損方面取得了一定的療效，但忽略了中間層—鈣化層，雙層支架缺少了鈣化層這一中間層，很容易使軟骨和軟骨下骨分層，甚至使軟骨從軟骨下骨的骨面脫落，嚴重影響治療效果。為了進一步完善支架的設計，研究者隨即開始了三層支架的研究，三層支架更精確的模擬了軟骨層-鈣化層-軟骨下骨層的結構，向生物仿生的方向又邁進了一步。

雙層支架和三層支架的構建方法相似，各層支架分別制備，隨后采用膠粘、縫合等方式結合在一起。由于支架層間存在物理界面的缺陷，支架不是一個連續的整體，難以承受關節運動時所產生的較大負荷，易使支架層間產生裂紋、剝落，進而影響支架的整體力學性能和界面的生物功能，最終影響支架與周圍宿主組織之間的融合。

因此，如何從根本上克服層間存在的界面問題是當今多層支架面臨的共同問題。聚乙烯醇（PVA）水凝膠具有與關節軟骨相似的力學性能。羥基磷灰石（HAP）是骨組織中的主要無機成分，具有良好的骨傳導性和生物活性，能夠與骨組織形成骨鍵合，被廣泛應用于骨軟骨和骨修復。與羥基磷灰石（HAP）相比，納米羥基磷灰石（nHAP）具有溶解度較高、表面能較大、吸附性更強、斷裂韌性和力學性能增強以及更佳的成骨活性等優點。

公開號為CN?101020083A的中國發明專利申請公開了一種具有仿生功能界面骨軟骨復合組織一體化工程支架，從上至下由軟骨層、鈣化層和軟骨下骨層組成，軟骨層由II型膠原和殼聚糖組成，II型膠原/殼聚糖以共價鍵形式連接，鈣化層由II型膠原和羥基磷灰石組成，II型膠原/羥基磷灰石以共價鍵形式連接，軟骨下骨層由I型膠原和羥基磷灰石組成，I型膠原/羥基磷灰石以共價鍵形式連接，在軟骨層和軟骨下骨層內都設置有一個以上的空隙，空隙的孔徑為100μm~500μm，雖然該技術方案中軟骨層材料具有較好的生物相容性，軟骨下骨層中羥基磷灰石可以具有較好的機械強度，鈣化層的材料加強了組織間的連接強度，但是II型膠原、殼聚糖、I型膠原均沒有較好的力學性能，單純地依靠羥基磷灰石以及層中組分的相應設置來增加力學強度，其仿生功能界面骨軟骨復合組織一體化工程支架仍然會存在強度不佳的缺點。

發明內容

本發明提供了一種高強度連續梯度復合支架，解決了傳統多層支架的界面缺陷問題，能夠在保持支架具備力學性能和生物功能的同時，更好地滿足骨軟骨天然結構的多層次要求。

一種高強度連續梯度復合支架，由水凝膠和磁性復合納米粒子組成，其中，所述的磁性復合納米粒子在所述高強度連續梯度復合支架的頂部和底部的重量百分含量分別為0%和8%~70%，所述的磁性復合納米粒子的重量百分含量從所述高強度連續梯度復合支架的頂部至底部逐漸增多形成連續梯度分布；

所述的水凝膠為聚乙烯醇的水凝膠或者聚乙烯醇與天然材料兩者的水凝膠；

所述的磁性復合納米粒子為納米羥基磷灰石/鐵的氧化物的磁性復合納米粒子（m-nHAP）。

所述的鐵的氧化物為三氧化二鐵（即氧化鐵）或四氧化三鐵。

當磁性復合納米粒子在高強度連續梯度復合支架的底部的重量百分含量小于8%時，骨中的成骨細胞的粘附和增殖會明顯降低，不利于成骨細胞的生長，當磁性復合納米粒子在高強度連續梯度復合支架的底部的重量百分含量大于70%時，高強度連續梯度復合支架的壓縮強度會明顯下降，孔徑過大，不利于成骨細胞的生長。

所述高強度連續梯度復合支架的頂部是指距離其頂面小于等于其高度15%的部分，所述高強度連續梯度復合支架的底部是指距離其底面小于等于其高度15%的部分。

作為優選，所述的天然材料為I型膠原（Col?I）、II型膠原（Col?II）、明膠（Gelatin）等中的一種或兩種以上。