[發(fā)明專利]一種殼聚糖-二氧化硅納米雜化材料的制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710247766.3
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN106963980B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙娜如;梁錦寧;董怡帆;吳剛
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: A61L27/20
• 分類號: A61L27/20;A61L27/02;A61L27/50;A61L27/58
• 代理公司: 44245 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 羅觀祥

本發(fā)明公開了一種殼聚糖?二氧化硅納米雜化材料的制備方法與應(yīng)用，制備步驟如下：殼聚糖與硅烷偶聯(lián)劑在酸溶液中反應(yīng)，得到殼聚糖與硅烷偶聯(lián)劑產(chǎn)生共價鍵結(jié)合的中間體溶液；正硅酸乙酯在酸溶液中水解生成二氧化硅前驅(qū)體溶液，與殼聚糖?硅烷偶聯(lián)劑中間體溶液混合，攪拌均勻后真空脫泡，然后將混合溶液倒入模具中，靜置一段時間生成凝膠，凝膠干燥固化后得到雜化材料，用堿溶液處理材料以除去其中的酸，然后用超純水洗至中性，干燥后制得殼聚糖?二氧化硅納米雜化材料。本發(fā)明材料具有高強(qiáng)度、韌性好的特點(diǎn)，本發(fā)明制備工藝簡單易操作，材料來源廣泛，材料的力學(xué)性能好，生物活性高，在再生醫(yī)學(xué)和骨修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，尤其是指一種高強(qiáng)度殼聚糖-二氧化硅納米雜化材料的制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

再生醫(yī)學(xué)和組織工程是治療組織創(chuàng)傷和缺損的有效方法，其關(guān)鍵是開發(fā)具有優(yōu)異力學(xué)性能且具有生物相容性的支架材料，特別是骨組織工程對支架材料的力學(xué)性能和韌性提出更高的要求。然而，包括生物活性玻璃、生物陶瓷、聚合物和傳統(tǒng)復(fù)合材料在內(nèi)的現(xiàn)有材料不能滿足用于骨修復(fù)材料的所有要求。近年來，有機(jī)-無機(jī)雜化材料由于具有產(chǎn)生高性能材料的潛力而吸引了研究者的興趣。雜化材料是一種特殊的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料，其有機(jī)和無機(jī)組分在分子水平上相互作用，有機(jī)和無機(jī)組分之間納米尺度的精細(xì)分散導(dǎo)致材料表現(xiàn)為單相，材料結(jié)合了兩種組分的優(yōu)點(diǎn)，雜化材料的性質(zhì)可以在無機(jī)物和聚合物的性質(zhì)之間調(diào)整，以適應(yīng)臨床應(yīng)用的綜合要求。因此，有機(jī)-無機(jī)雜化材料在骨修復(fù)中有著誘人的應(yīng)用前景。

殼聚糖是天然存在的幾丁質(zhì)的衍生物，有很好的生物可降解性，其降解產(chǎn)物與氨基葡萄糖結(jié)構(gòu)相似，對人體組織無毒、無害，可被人體吸收，因此殼聚糖具有優(yōu)異的生物相容性。殼聚糖在吸收植入材料方面的應(yīng)用的研究報道較多，但這些研究主要集中在一維線材(如手術(shù)縫線)或二維的薄膜(如人工皮膚)等，殼聚糖作為三維植入材料多應(yīng)用于水凝膠，這些線材、薄膜和水凝膠力學(xué)強(qiáng)度低，與骨的力學(xué)性能不匹配，因此，單純的殼聚糖作為材料的應(yīng)用受到限制。

二氧化硅具有良好的生物相容性，能夠與骨形成牢固的化學(xué)結(jié)合，并使修復(fù)點(diǎn)位迅速再生。最新的研究表明，二氧化硅釋放的的Si離子能從基因?qū)用嫔霞せ罱M織的修復(fù)作用，能夠激發(fā)骨祖細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期的活性階段(從G1期進(jìn)入S期)，使細(xì)胞分裂并合成可礦化成骨的細(xì)胞外基質(zhì)。二氧化硅脆性大的缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用，將二氧化硅和殼聚糖制成雜化材料，可以得到性能優(yōu)異的新型材料，有望能夠成功應(yīng)用于再生醫(yī)學(xué)和骨修復(fù)中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供了一種具有高力學(xué)強(qiáng)度、可生物降解、可吸收、能促進(jìn)骨組織修復(fù)的殼聚糖-二氧化硅納米雜化材料的制備方法與應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種殼聚糖-二氧化硅納米雜化材料的制備方法，利用殼聚糖的陽離子高分子的特性，與帶負(fù)電荷的二氧化硅產(chǎn)生電荷相互作用，以及硅烷偶聯(lián)劑在有機(jī)-無機(jī)網(wǎng)絡(luò)間產(chǎn)生共價鍵連接，用溶膠-凝膠法生成殼聚糖-二氧化硅納米分散體系，從而形成具有有機(jī)-無機(jī)互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的雜化材料；其具體包括以下步驟：

1)將殼聚糖粉末加入到酸溶液中，攪拌待其充分溶解，過濾除去不溶物后得到殼聚糖溶液；其中，所述酸溶液為醋酸、乳酸、乙醇酸或丙烯酸的水溶液；

2)將硅烷偶聯(lián)劑加入殼聚糖溶液中，反應(yīng)1～120h，得到殼聚糖-硅烷偶聯(lián)劑溶液，所述硅烷偶聯(lián)劑為含環(huán)氧基、異氰酸酯基、氨基、烯基的硅氧烷；

3)正硅酸乙酯在酸溶液中攪拌1～4h使其水解，得到透明澄清的溶液；其中，所述酸溶液為鹽酸、硝酸、醋酸、乳酸、乙醇酸或丙烯酸的水溶液；

4)將殼聚糖-硅烷偶聯(lián)劑溶液加入到步驟3)得到的透明澄清的溶液中，攪拌均勻，真空脫泡，得到混合溶液；

5)將步驟4)的混合溶液倒入模具中，靜置1～7d，生成凝膠，將凝膠從模具中倒出，放入恒溫恒濕箱中養(yǎng)護(hù)4～28d，得到透明致密的固體材料；