[发明专利]一种无机/有机双相纳米复合骨组织工程支架及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于骨组织工程支架材料制造领域，具体涉及一种无机/有机双相纳米复合骨组织工程支架及其制备方法。

背景技术

由创伤、肿瘤、感染、病理等因素造成的骨组织缺损是临床面临的重大难题之一。其修复的方法有：自体骨移植修复，异体、异种骨移植修复和金属合金、高分子聚合物等各种人工骨替代材料移植修复。然而,自体骨供应来源有限, 异体、异种骨存在免疫排斥反应和疾病感染的风险；而医学领域长期以来广泛使用的金属、有机高分子等生物医学材料，其成分和自然骨完全不一样，用来作为骨的替代材料或填补骨缺损材料，其生物相容性和人体适应性尚不能令人满意。天然骨是由低结晶度纳米羟基磷灰石和胶原蛋白、蛋白多糖等有机基质巧妙结合在一起形成的无机-有机复合材料。近年来，骨缺损修复研究最早尝试的是骨材料的成分仿生，由于羟基磷灰石（HA）与骨的无机相化学成分相近而被广泛应用于骨替代材料。但是在骨修复中，单纯由羟基磷灰石（HA）构建的材料，存在脆性大、较难成型等问题，限制了它在负重骨修复和替代领域的应用。

随着复合材料的研究发展，国内外研究者将焦点转移到羟基磷灰石（HA）与其它生物材料的结合上如：(1)HA与天然生物材料的复合(2)HA与非天然生物材料的复合(3)HA与多种材料的复合合成材料。通常 HA复合生物材料的制备大多是将HA粉体与其它生物材料通过简单、机械或化学方式混合均匀后, 再注入模具, 冷冻干燥成型。在简单复合制备的HA复合材料中羟基磷灰石颗粒分散不均匀，易发生团聚,界面结合力弱, 使得材料的力学性能下降, 微观结构无序。

然而，随着复合材料研究的不断深入,人们认识到单纯模拟骨基质的成分是不够的, 对于任何一种生物材料，成分和结构是它的相互独立又紧密关联的两个方面，共同决定材料的性能。受生物体生物矿化的启发，仿生制备法应运而生。仿生法是指模仿或利用生物体结构，生物矿化功能和生化过程的技术，把这种技术用到材料设计制造中以便获得接近或超过生物材料优异性能的新材料或用天然生物合成的方法获得所需材料。仿生合成技术模仿了无机物在有机物调制下形成的机理，合成过程中先形成有机物的自组装体，使无机先驱物于自组装聚集体和溶液的相界面发生化学反应，在自组装体的模板作用下，形成具有特殊结构和功能的无机-有机复合体。虽然骨组织工程支架的仿生学研究已经取得了相当大的进展，但迄今为止仍存在以下几个方面的问题：

(1)组成与微细结构与天然骨组织存在较大差异，从而导致材料与骨组织在理化、生物学及力学性能上存在较大差异，材料的组织及细胞亲和性不够理想；

(2)与骨组织形成化学键合的速度及可控降解性还不够理想，有些材料降解太快有些则难以降解，材料在体内的降解速度与新骨的生长速度难以匹配；

(3)复合支架中无机相分散性差，与有机相相互作用力弱，影响复合支架的力学性能；

(4)材料制备工艺条件较复杂，材料性能难以稳定，给加工造成困难。

鉴于此，本发明选用具有良好生物相容性的壳聚糖/硫酸软骨素/透明质酸为有机基质，模仿骨组织形成过程中无机钙磷矿物在有机基质生物大分子调控下原位析晶过程，采用原位仿生法和纳米自组装技术在成分仿生的基础上进行结构和功能仿生制备一种具有较好力学性能、生物性能，分级结构的新型无机-有机双相纳米复合骨组织工程支架—纳米羟基磷灰石/壳聚糖/硫酸软骨素/透明质酸骨组织工程支架。

壳聚糖是由氨基葡萄糖和N-乙酰氨基葡萄糖两种氨基多糖组成的带正电荷的天然聚多糖，N-乙酰氨基葡萄糖也是细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的成分，它可与核心蛋白通过共价键连接成蛋白多糖，形成多孔亲水的凝胶结构，有利于水分及小分子的渗透，并调节细胞生长、分化与胶原形成。因此，壳聚糖在组成和结构上与ECM具有部分相似性，且生物相容性好。

硫酸软骨素是一种带负电荷的是酸性粘多糖, 是细胞外基质的重要组成之一, 对细胞的结构形态、迁移、增殖、分化具有重要作用。透明质酸也是一种带负电荷的酸性粘多糖，由于其结构疏松，含水及多孔性特别适于细胞的迁移及增殖，防止细胞在迁移到位及增殖够数之前过早地进行分化。

壳聚糖和硫酸软骨素、透明质酸的分子结构极其类似，且均具有良好的细胞亲和性，分子中的重复单元均具有六元环的稳定结构，比较适合作为受力材料。而它们所带电荷却刚好相反，可以利用它们之间的静电作用预组织成有机基质组装体，为无机纳米晶体提供结构框架的同时，与无机离子在界面上通过静电匹配、几何相似性和立体化学互补、表面络和、氢键联接等方式来控制纳米晶体的成核和生长，制备具有一定形状和结构的无机-有机纳米复合材料。