[发明专利]碳纤维基羟基磷灰石/壳聚糖复合多孔支架材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料领域、生物医用材料技术领域，具体为一种碳纤维基羟基磷灰石/壳聚糖复合多孔支架材料及其制备方法。

背景技术

组织工程是应用工程学和生命学的原理与方法来了解正常的和病理的哺乳类动物的组织结构-功能关系，并研制生物组织代用品，用于修复、维持和改善人体组织功能的一门高新技术。它的基本原理是将细胞种植到由生物可降解材料制备的多孔支架生物材料上后再进行体外培养扩增,最终生成细胞-生物材料复合物植入到体内病损部位，以达到无损伤修复创伤和重建功能的目的。理想组织工程支架需具备一下几个性能性能：①良好的生物相容性，与植入的细胞或组织无免疫排斥性；②适宜的降解性能，降解与组织再生速度相匹配，且在缺损部位完全修复后能够完全降解；③三维立体的多孔结构，为细胞的生长繁殖，细胞外基质的沉淀以及必要的营养物质和氧气的传输，血管的长入等提供足够的空间；④适当的机械性能及良好的可加工性能，能与修复组织的机械性能相匹配；⑤具备骨传导性能，有利于引导跟组织的长入。

目前国内外对支架材料的相关报导也越来越多，张其清等（专利ZL03144308.7）公开的“复合骨组织工程支架材料及其制备方法”中，将胶原、羟基磷灰石、硫酸软骨素与骨形态发生蛋白交联复合，得到具有三维多孔的结构特征，孔径为50～150μm的支架材料，但是该方法过程繁杂，且得到的支架材料强度较弱。李晓明等（专利CN102430154A）公开的“含碳纳米管的三维多孔支架材料的制备方法”中，采用物理混合和超声波分散技术相结合的方法，将聚乳酸PLA、多糖甲壳素纤维CHI和碳纳米管CNTs交联成一种三维多孔结构材料，但是此材料的空隙分布不均匀，而且引入的聚乳酸亲水性能差，在生物体内降解时会导致局部组织pH值下降，引发无菌性炎症等不良反应。姚芳莲等（专利CN1935271A）发明的“壳聚糖/明胶-聚乳酸共混物三维多孔支架的制备方法”中，将聚乳酸、壳聚糖或明胶、多聚磷酸钠等浇铸到模具成型并真空干燥，然后于醋酸溶液中浸泡，最后除去致孔剂得到多孔支架，虽然此制备工艺简单，但是所得到的支架由于壳聚糖与聚乳酸二者的界面相容性较差，导致材料稳定、力学性能降低。

碳纤维是一种含碳量极高的新一代增强的无机高分子纤维，它既具有碳材料的固有本质特性，又兼具纺织纤维柔软的韧性与可塑性性，是一种力学性能优异、耐蚀性出类拔萃的新材料。然而，碳纤维是一种生物惰性材料，植入体内后难以与骨组织直接键合，不能诱导新生骨组织的形成。本发明就是将具有良好生物相容性、生物活性的羟基磷灰石和天然高分子活性物质壳聚糖涂敷到碳纤维表面得到具有较高孔隙率的多孔支架材料。该支架材料不仅充分发挥出多孔支架基体碳纤维高孔隙率和优良力学性能等优势，而且还可以发挥壳聚糖有机质与羟基磷灰石优良的生物相容性和生物活性。因此，碳纤维基羟基磷灰石/壳聚糖复合多孔支架材料在骨组织工程领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维基羟基磷灰石/壳聚糖多孔支架及其制备方法，该材料主要应用于骨缺损的修复或者骨替代材料。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

（1）碳纤维多孔支架基体的预处理：首先对碳纤维多孔支架基体进行有机溶剂除油与化学除油处理；再进行羧基化处理，改善其亲水性能。

（2）浸渍-提拉工序：按钙磷摩尔比为0.1～5:1称取相应的钙盐、磷酸盐溶于壳聚糖溶液当中；将经过预处理的碳纤维多孔支架基体浸入上述配制的溶液中，超声分散处理后，缓慢提拉出来，于20℃～120℃干燥箱中干燥。

（3）转化过程：将步骤（2）中得到的含有钙、磷、壳聚糖的碳纤维多孔支架材料置于碱溶液或含有磷酸根离子的碱溶液中反应0.01h～10days，取出用去离子水清洗并干燥得到碳纤维基羟基磷灰石/壳聚糖多孔支架材料。

上述的碳纤维基羟基磷灰石/壳聚糖多孔支架材料的制备方法，有机溶剂除油采用的有机溶剂溶剂为烃类、醇类、酮类、芳香类等，优选乙醇、丙酮，除油时间为1min～4h。

上述的碳纤维基羟基磷灰石/壳聚糖多孔支架材料的制备方法，化学除油采用的化学试剂为可溶性强碱溶液，优选氢氧化钠、氢氧化钾，摩尔浓度为0.001～5M，除油时间为1min～4h。

上述的碳纤维基羟基磷灰石/壳聚糖多孔支架材料的制备方法，羧基化处理使用的酸为硫酸与硝酸的混酸溶液，摩尔浓度为0.01～饱和溶液，羧基化处理时间为1min～1day。