[發(fā)明專利]磷酸鈣/膠原蛋白/類骨磷灰石三級(jí)仿生骨組織工程支架及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310231000.8
• 申請(qǐng)日: 2013-06-09
• 公開（公告）號(hào): CN103341206A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周長(zhǎng)春;葉興江;樊渝江;譚言飛;朱向東;張興棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): A61L27/12
• 分類號(hào): A61L27/12;A61L27/24;A61L27/50
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 吳彥峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種由磷酸鈣陶瓷、膠原蛋白和類骨磷灰石復(fù)合而成的三級(jí)仿生骨組織工程支架材料及其制備方法，屬于生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域。?

技術(shù)背景

天然骨是一種具有精密分級(jí)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜生物復(fù)合材料，它通過有機(jī)、無機(jī)成分共同構(gòu)建而成，其有機(jī)成分主要是I型膠原蛋白（Type?I?collagen），它賦予骨組織彈性及韌性，其無機(jī)成分主要由磷酸鈣（Calcium?phosphate），尤其是生物磷灰石（Biological?aptite）構(gòu)成，它賦予骨組織足夠的剛度和強(qiáng)度。天然骨的最小骨單元始于納米晶磷灰石在膠原蛋白纖維上的沉積，膠原纖維以規(guī)則排列的陣列結(jié)構(gòu)提供磷灰石的礦化形核位點(diǎn)并控制其取向，定向沉積形成長(zhǎng)度大約為30-50?nm，寬度為10-30?nm，厚度為2-10?nm的骨晶體單元，無數(shù)的基本骨單元通過有序組裝形成骨組織基本結(jié)構(gòu)，賦予天然骨獨(dú)特的材料結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。?

理想的骨組織“修復(fù)”或者“替換”策略需要滿足植入體的材料成分與受損組織相當(dāng)或者接近，植入體材料結(jié)構(gòu)盡量符合受損組織的解剖結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有足夠的生物活性，容易整合修復(fù)周圍骨組織，并有可能具有主動(dòng)誘導(dǎo)、修復(fù)、重建骨再生的生物學(xué)功能。為此，理想的骨組織工程支架材料應(yīng)當(dāng)具有三維多級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中一級(jí)基底結(jié)構(gòu)可為成分與天然骨相似的可降解磷酸鈣鹽，同時(shí)要求具有特定的約幾百微米大小的貫通孔隙，為支架提供初始強(qiáng)度和細(xì)胞生長(zhǎng)及組織重建的空間；二級(jí)結(jié)構(gòu)為支架內(nèi)部復(fù)合的膠原基質(zhì)，對(duì)支架起到有效地增韌補(bǔ)強(qiáng)和提高生物活性；三級(jí)結(jié)構(gòu)為礦化納米羥基磷灰石網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它是支架/組織交接的重要生物活性界面，為骨組織的生長(zhǎng)提供有效位點(diǎn)和所需的鈣源。因此通過對(duì)天然骨自身的成分、結(jié)構(gòu)特征及礦化過程進(jìn)行仿生合成，進(jìn)而獲得具有較好生物學(xué)功能的仿生骨修復(fù)材料被視為硬組織修復(fù)的發(fā)展重點(diǎn)之一。?

由于天然骨在本質(zhì)上主要是由磷酸鈣和膠原蛋白復(fù)合而成，因此從仿生的角度，磷酸鈣/膠原復(fù)合材料是骨組織修復(fù)替代材料的極佳選擇。膠原蛋白是一種天然的聚合物，它是人體皮膚和骨頭的主要有機(jī)成分，是骨基質(zhì)中含量最豐富的蛋白質(zhì)。膠原蛋白具有優(yōu)良的生物相容性及低免疫力，適合作為新骨細(xì)胞貼附生長(zhǎng)的基質(zhì)，是一種用于骨組織修復(fù)的理想材料。最近已有研究致力于開發(fā)制備膠原蛋白基或以其作為添加相的生物材料用作骨組織的修復(fù)，但所得材料的綜合性能以及仿生程度離應(yīng)用要求尚有較大差距。?

因此，本發(fā)明提供了一種磷酸鈣/膠原蛋白/類骨磷灰石三級(jí)仿生的骨組織工程支架材料及其制備方法。該支架材料通過定制一級(jí)多孔磷酸鈣陶瓷賦予支架材料優(yōu)異的力學(xué)性能和孔結(jié)構(gòu)，灌注復(fù)合二級(jí)膠原纖維及礦化形成三級(jí)類骨磷灰石可高度仿生天然骨成分及結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升支架生物活性，有望促進(jìn)承力部位骨組織的修復(fù)重建。?

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種三級(jí)仿生的骨組織工程支架復(fù)合材料及其制備合成方法。?

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：?

一種三級(jí)仿生的骨組織工程支架材料，主要由多孔磷酸鈣陶瓷、膠原蛋白，類骨磷灰石層復(fù)合而成，具有無機(jī)/有機(jī)/無機(jī)三級(jí)仿生結(jié)構(gòu)。所述的仿生支架材料由三級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其一級(jí)結(jié)構(gòu)為定制的多孔磷酸鈣陶瓷（作為基體材料），二級(jí)結(jié)構(gòu)為復(fù)合于陶瓷孔結(jié)構(gòu)中的膠原蛋白纖維，三級(jí)結(jié)構(gòu)為通過仿生物礦化形成的類骨磷灰石層。所述三級(jí)結(jié)構(gòu)高度模仿天然骨組織解剖結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選方式，該仿生復(fù)合支架材料組分可靈活調(diào)整，各級(jí)成分的質(zhì)量百分比（Wt%）為：磷酸鈣陶瓷50%～90%，膠原蛋白9.5～45%，類骨磷灰石0.1～5%。?

作為優(yōu)選方式，所述多孔磷酸鈣陶瓷材料成分可為：羥基磷灰石、β相磷酸三鈣或雙相磷酸鈣陶瓷。所述陶瓷的具有多級(jí)連通的仿生孔結(jié)構(gòu)，可以采用雙氧水發(fā)泡法或微球占位法或注漿法或其他方法設(shè)計(jì)定制。?

作為優(yōu)選方式，所述多孔磷酸鈣陶瓷孔隙結(jié)構(gòu)特征為陶瓷總體孔隙率為60%～95%，大孔孔徑為100～500微米，大孔之間有微孔相互貫通，大孔內(nèi)壁布滿毛細(xì)微孔。?

作為優(yōu)選方式，所述膠原蛋白填充于陶瓷孔隙中形成三維膠原蛋白纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)一方面有利于提高材料的力學(xué)性能，提升增韌補(bǔ)強(qiáng)的效果，另一方面與陶瓷基體材料的多孔結(jié)構(gòu)形成鎖合，使兩者的結(jié)合更牢固，材料更穩(wěn)定，同時(shí)也有利于細(xì)胞其上黏附生長(zhǎng)。更重要的是所述三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)膠原能夠?yàn)殁}磷離子的礦化沉積提供形核位點(diǎn)，同時(shí)為類骨磷灰石層的定向生長(zhǎng)提供有機(jī)模板，促進(jìn)生物礦化和類骨磷灰石層的形成，而且是所述類三級(jí)仿生結(jié)構(gòu)均勻遍布于支架材料內(nèi)部，而不是僅出現(xiàn)在材料表面。?