[發明專利]一種摻雜石墨烯的仿生復合支架材料及其構建方法

有效

• 申請號: 201810136137.8
• 申請日: 2018-02-07
• 公開（公告）號: CN108273139B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 宋克東;盧延國;李麗穎;李文芳;胡雪巖;劉天慶
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: A61L27/44
• 分類號: A61L27/44;A61L27/46;A61L27/48;A61L27/52;A61L27/58;A61L27/50
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

本發明屬于組織工程支架材料領域，提供一種摻雜石墨烯的仿生復合支架材料及其構建方法。首先制備Cs乙酸溶液、GP水溶液、Gel水溶液、石墨烯懸液，在將Cs乙酸溶液與GP水溶液混合制備Cs/GP溶液A；將Gel水溶液加入Cs/GP溶液A中制備Cs/GP/Gel溶液B；最后，將石墨烯懸液加入到Cs/GP/Gel溶液B中制備Cs/GP/Gel/Gr溶液C，將其轉移到低溫模具中，進行低溫冷凍干燥及后續處理后，得到仿生軟骨復合支架材料。仿生軟骨復合支架材料中殼聚糖Cs、β?甘油磷酸鈉GP、明膠Gel、石墨烯Gr的質量比為1:(5～20):(1～5):(0.02～0.08)。本發明工藝簡單、易控，制造成本較低，所制得的支架產品孔徑較均勻，孔道結構相互貫通，具有優異的仿生效果。

技術領域

本發明屬于組織工程支架材料領域，特別涉及一種由殼聚糖、β-甘油磷酸鈉、明膠、石墨烯構建組織工程仿生軟骨復合支架材料的方法。

背景技術

正常關節的骨軟骨組織結構主要由透明軟骨、軟骨鈣化層和軟骨下骨三部分組成。關節軟骨因在各種活動中使用量巨大，極易在創傷及急慢性炎癥中導致損傷，多現為軟骨磨損、撕裂、斷裂和粉碎性損傷等。關節假體置換為目前有效的治療方法之一，但該方法不僅價格昂貴，且存在并發癥危險。此外，關節軟骨極脆弱且自身修復能力低下，軟骨組織自身無血液供應，營養主要來自周圍關節滑液的滋潤，一旦出現病變或缺損，軟骨下骨層常伴隨發生硬化等退行病變，逐步惡化并導致運動功能障礙。軟骨組織工程是一種新型、高效的軟骨組織缺損的修復方法，其關鍵步驟之一，是制備出無毒、可降解、生物相容性好、具有軟骨誘導性、具有可塑性、適宜機械強度、三維孔隙結構的組織工程生理分層支架材料。但幾乎沒有一種單一材料能夠同時滿足以上所有功能，因此將不同種類、具有互補特性的材料按照一定比例和方式進行復合，協同發揮每一種材料的優點和功能，構建適宜的軟骨修復材料是研究趨勢。

殼聚糖(Chitosan，Cs)是天然的高分子聚合物，結構與軟骨基質糖氨多糖相似，降解產物為氨基葡萄糖單體，對人體無不良反應，具有良好的生物相容性、生物降解性、無毒性和免疫原性，而且具有抗菌、止血、消炎、促進傷口愈合等功能，能夠促進生物組織細胞的粘附、增殖、分化，是常見的軟骨組織工程的支架材料。β-甘油磷酸鈉(Sodiumβ-GlycerolPhosphate，GP)在醫療上廣泛用于人靜脈營養的磷補充劑和各種磷缺乏癥狀，以滿足人體每天對磷元素的需要。磷元素參與骨質的形成，以磷脂形式參與細胞膜的組成，同時磷與許多代謝中的酶活性有關，在能量代謝中的作用至關重要。明膠(Gelatin，Gel)是一種天然高分子材料，其結構與生物體組織結構相似，具有優良的生物相容性、生物活性和可降解性，普遍應用于臨床醫學、醫藥工業中，明膠基復合材料用作組織工程支架材料和信號分子載體是目前生物材料的研究熱點之一。石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成的二維蜂窩狀晶格結構的碳質材料，由于其特殊的納米結構以及優異的光、電、磁、力學等物理和化學性質，使其在電子學、光學、磁學、生物醫學、傳感器等諸多領域顯示出了優越性和巨大的應用潛能。專利CN103480343 A“一種氧化石墨烯多孔復合材料及其制備方法”，公開了一種以氧化石墨烯、海藻酸鈉、明膠為原料制備的多孔復合材料，所得多孔復合材料機械性能好、組織結構規整、孔隙率高及生物相容性好。專利CN105268026 A“一種殼聚糖/氧化石墨烯/納米羥基磷灰石三維多孔復合支架材料的制備方法”，通過羧基化氧化石墨烯與摻雜納米羥基磷灰石的殼聚糖進行共價交聯反應來改善三維多孔支架的力學性能和生物活性，所制備的支架材料能作為細胞培養支架用于骨組織損傷修復。專利CN105688285 A“一種石墨烯材料涂覆殼聚糖三維支架的制備方法”，將殼聚糖支架浸泡在不同濃度的氧化石墨烯分散液中，通過氧化石墨烯片層吸附在殼聚糖支架孔壁上，進而形成具有不同還原程度氧化石墨烯涂層的殼聚糖支架。專利CN106581768 A“一種用于心肌修復的組織工程支架的制備方法”，以氧化石墨烯、殼聚糖為原料，制備出能夠有利于心肌細胞之間傳導電信號的、可望應用于心肌組織工程的支架材料。但將殼聚糖、β-甘油磷酸鈉、明膠、石墨烯四種材料復合用于軟骨組織工程仿生修復支架材料的研究則未見相關報道。