[发明专利]一种高强度连续梯度复合支架及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医学材料及其制备领域，具体涉及用于骨软骨缺损修复的高强度连续梯度复合支架及其制备方法。

背景技术

天然骨软骨为软骨层、钙化层和软骨下骨层的多层次结构，采用骨软骨组织工程的方法修复骨软骨缺损经历了单层支架、双层支架和三层支架三个阶段。单层支架的设计仅考虑到上层的软骨层，忽略了下层的骨层，难以满足天然骨软骨的结构要求，因此，构建双层支架修复骨软骨缺损成为必然。双层支架考虑到仿生模拟上层的软骨结构和下层的骨结构，在治疗骨软骨缺损方面取得了一定的疗效，但忽略了中间层—钙化层，双层支架缺少了钙化层这一中间层，很容易使软骨和软骨下骨分层，甚至使软骨从软骨下骨的骨面脱落，严重影响治疗效果。为了进一步完善支架的设计，研究者随即开始了三层支架的研究，三层支架更精确的模拟了软骨层-钙化层-软骨下骨层的结构，向生物仿生的方向又迈进了一步。

双层支架和三层支架的构建方法相似，各层支架分别制备，随后采用胶粘、缝合等方式结合在一起。由于支架层间存在物理界面的缺陷，支架不是一个连续的整体，难以承受关节运动时所产生的较大负荷，易使支架层间产生裂纹、剥落，进而影响支架的整体力学性能和界面的生物功能，最终影响支架与周围宿主组织之间的融合。

因此，如何从根本上克服层间存在的界面问题是当今多层支架面临的共同问题。聚乙烯醇（PVA）水凝胶具有与关节软骨相似的力学性能。羟基磷灰石（HAP）是骨组织中的主要无机成分，具有良好的骨传导性和生物活性，能够与骨组织形成骨键合，被广泛应用于骨软骨和骨修复。与羟基磷灰石（HAP）相比，纳米羟基磷灰石（nHAP）具有溶解度较高、表面能较大、吸附性更强、断裂韧性和力学性能增强以及更佳的成骨活性等优点。

公开号为CN 101020083A的中国发明专利申请公开了一种具有仿生功能界面骨软骨复合组织一体化工程支架，从上至下由软骨层、钙化层和软骨下骨层组成，软骨层由II型胶原和壳聚糖组成，II型胶原/壳聚糖以共价键形式连接，钙化层由II型胶原和羟基磷灰石组成，II型胶原/羟基磷灰石以共价键形式连接，软骨下骨层由I型胶原和羟基磷灰石组成，I型胶原/羟基磷灰石以共价键形式连接，在软骨层和软骨下骨层内都设置有一个以上的空隙，空隙的孔径为100μm~500μm，虽然该技术方案中软骨层材料具有较好的生物相容性，软骨下骨层中羟基磷灰石可以具有较好的机械强度，钙化层的材料加强了组织间的连接强度，但是II型胶原、壳聚糖、I型胶原均没有较好的力学性能，单纯地依靠羟基磷灰石以及层中组分的相应设置来增加力学强度，其仿生功能界面骨软骨复合组织一体化工程支架仍然会存在强度不佳的缺点。

发明内容

本发明提供了一种高强度连续梯度复合支架，解决了传统多层支架的界面缺陷问题，能够在保持支架具备力学性能和生物功能的同时，更好地满足骨软骨天然结构的多层次要求。

一种高强度连续梯度复合支架，由水凝胶和磁性复合纳米粒子组成，其中，所述的磁性复合纳米粒子在所述高强度连续梯度复合支架的顶部和底部的重量百分含量分别为0%和8%~70%，所述的磁性复合纳米粒子的重量百分含量从所述高强度连续梯度复合支架的顶部至底部逐渐增多形成连续梯度分布；

所述的水凝胶为聚乙烯醇的水凝胶或者聚乙烯醇与天然材料两者的水凝胶；

所述的磁性复合纳米粒子为纳米羟基磷灰石/铁的氧化物的磁性复合纳米粒子（m-nHAP）。

所述的铁的氧化物为三氧化二铁（即氧化铁）或四氧化三铁。

当磁性复合纳米粒子在高强度连续梯度复合支架的底部的重量百分含量小于8%时，骨中的成骨细胞的粘附和增殖会明显降低，不利于成骨细胞的生长，当磁性复合纳米粒子在高强度连续梯度复合支架的底部的重量百分含量大于70%时，高强度连续梯度复合支架的压缩强度会明显下降，孔径过大，不利于成骨细胞的生长。

所述高强度连续梯度复合支架的顶部是指距离其顶面小于等于其高度15%的部分，所述高强度连续梯度复合支架的底部是指距离其底面小于等于其高度15%的部分。

作为优选，所述的天然材料为I型胶原（Col I）、II型胶原（Col II）、明胶（Gelatin）等中的一种或两种以上。