[发明专利]天然高分子一羟基磷灰石二级三维网络结构骨组织工程支架材料及其籽晶诱导制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及适用于修复人体硬组织缺损的生物医学工程支架材料及其制备，尤其涉及一种天然高分子－羟基磷灰石二级三维网络结构骨组织工程支架材料及其籽晶诱导模拟生物矿化的方法；属生物材料技术领域。 

背景技术

骨组织工程材料是骨修复的关键材料，是骨修复医学发展所需要的重要基础。按照骨组织工程支架材料设计原理，这种材料应该由可降解的高分子材料与钙－磷无机材料制备的复合材料，其结构应该是多级网络结构。可降解的高分子材料主要为合成高分子材料、天然高分子材料，其中合成高分子材料主要包括：聚乙醇酸和聚乳酸及其复合物；天然高分子材料主要包括胶原蛋白、明胶和壳聚糖等；钙－磷无机材料主要包括羟基磷灰石和三磷酸钙等。

理想的骨组织工程材料应该具有二级三维网络结构。其中一级结构是可降解聚合物，其孔径大小在50－200微米，主要是为支架提供初始强度，并为细胞提供粘附、迁移、增殖和分化以及组织构建的空间；二级结构为羟基磷灰石纳米网络结构，主要是提供钙源，并且对以及网络提供有效补强作用，更重要的是提供通道供降解产物的排出。

一般情况下，骨组织工程材料有两种制备方法，一种是将合成好的羟基磷灰石与聚合物混合，制备成凝胶后，采用冷冻干燥的方法制备具有三维网络结构的复合支架材料。这种方法复合的羟基磷灰石含量有限，如果含量太高则会降低支架的强度；另外一种方法是，先将高分子材料制备成凝胶后，进行冷冻干燥，制备单一组分的高分子三维结构支架，然后在支架表面采用化学沉积法涂覆一层羟基磷灰石。后一种方法由于可以获得足够的钙源，并且表面的羟基磷灰石层可以对支架材料起到补强作用，而为人们广泛重视。但是，由于纯的聚合物支架孔道表面均匀光滑，没有晶体成核所需要的位点，羟基磷灰石难以在上面生长，无法在支架孔道表面得到羟基磷灰石层；经过长时间沉积，可能会生长一层致密的羟基磷灰石，无法实现高分子降解产物的排出，更难以实现羟基磷灰石的重构，从为造成骨修复带来困难。 

发明内容

针对现有技术中材料和制备方法的缺点，本发明提出了一种天然高分子－羟基磷灰石二级三维网络结构骨组织工程支架材料及其籽晶诱导模拟生物矿化的方法。

本发明所述天然高分子－羟基磷灰石二级三维网络结构骨组织工程支架材料，由天然高分子材料与纳米羟基磷灰石采用诱导模拟生物矿化的方法制得；其特征在于：所述支架材料由两级网络结构组成，一级结构为由天然高分子组成的三维网络结构，其壁厚为1－3微米，孔道直径为50－150微米，二级结构为在一级结构孔道表面形成的由纳米羟基磷灰石组成的三维网络结构，其壁厚为20－40纳米，孔道直径为100－120纳米；其中，所述天然高分子材料是壳聚糖或I型胶原蛋白，所述纳米羟基磷灰石是直径20±5纳米、长度120±50纳米的羟基磷灰石纳米棒，所述天然高分子材料与纳米羟基磷灰石复合的重量比例是4:1－2:1。

其中，上述壳聚糖的脱乙酰度≥90%，粘度(1%溶液，20℃) ≤100 mpa.s，pH值为7.0－8.0。

上述I型胶原蛋白的分子量为3000－20000道尔顿。

本发明所述天然高分子－羟基磷灰石二级三维网络结构骨组织工程支架材料的制备方法，步骤是：

(1) 配制浓度为2－10wt%的可降解天然高分子材料溶液，然后按天然高分子材料与纳米羟基磷灰石的重量比例为4:1－2:1的比例，将直径20±5纳米、长度120±50纳米的羟基磷灰石纳米棒作为纳米籽晶分散在高分子材料溶液中，再按天然高分子材料与京尼平的重量比例为100:1－300:1的比例，将交联剂京尼平加入含有羟基磷灰石纳米棒的溶液中，形成溶胶；

(2) 将上述溶胶放入超低温冰箱中快速冷冻，并在－30℃～－50℃温度下冷冻干燥，得到含有羟基磷灰石纳米籽晶的高分子多孔支架材料；