[发明专利]一种骨组织工程复合多孔支架材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种骨组织工程复合多孔支架材料及其制备方法，属于生物医用材料技术应用领域。

背景技术

长期以来,骨修复材料主要采取自体或异体骨移植物,但自体骨移植在材料来源方面存在着严重的缺陷。从自体异位取骨，会给患者造成新的局部病损，无异拆了东墙补西墙，使病人易患手术后并发症。异体骨移植在材料筛选，储存方面相当困难，昂贵，还容易产生免疫排斥反应，同时异体骨被取代缓慢，新生骨体积偏小。为了克服自体骨和异体骨移植存在的种种问题人们试图通过天然的或合成途径取得理想的骨修复材料。

过去的几十年中，人们通过各种方法和途径制备出许多用于骨修复的替代材料，尤其是近年来发展起来的组织工程，通过引入形态上与骨单位相容的，且其管道可连入骨缺损组织的孔状支架结构，建立起生物材料与骨架再生之间的联系，这种支架材料孔隙率在80%以上，易于骨细胞的植入、贴附、营养物质的渗透及代谢废物的排出等，为细胞的生长、增值提供良好的微环境，很有可能发展成为骨修复替代材料，并得到临床推广应用。

魔芋葡甘聚糖（Konjac glucomannan，KGM）是一种提取自魔芋块茎的pH值敏感性多糖，可以通过调节系统的pH值来控制魔芋葡甘聚糖的凝胶产生时间和凝胶度，这种特性对控制支架材料的力学性能、生物降解性能及其与其他材料的复合非常有利。此外魔芋葡甘聚糖本身也具有良好的持水能力、生物相容性和降解性。

纳米羟基磷灰石（nano-Hydroxyapatite,nano-HAP）是骨组织的主要成分，微溶于水而易溶于酸，分子式为 ，具有良好的生物相容性，骨传导性，无细胞毒性，同时具有表面效应和体积效应，在生物学方面有很大的优越性和应用价值。

壳聚糖（Chitosan，CS）是由甲壳素部分脱乙酰化得到的，分子间存在强氢键作用，不溶于有机溶剂和水，仅溶于稀有机酸和无机酸溶液，是一种天然可降解的高分子物质，生物相容性良好，具有杀菌、消炎、抗溃疡、促进伤口和骨折愈合等活性。与纳米HAP复合后，可获得良好的骨诱导、适中的力学性能、可调控的降解速率等多方面的性能。

发明内容

本发明提出的一种复合骨组织工程多孔支架材料及其制备方法，是一种魔芋葡甘聚糖、纳米羟基磷灰石、壳聚糖三相复合生物材料的简单制备方案，该多孔支架材料其具有成本低廉、制作工艺简单、生物相容性良好、骨传导和诱导性能优异等性能特点，为骨缺损手术提供了一种新的修复材料解决现有骨修复替代物制备成本高，存储困难等问题。

本发明最终制得的复合骨组织工程多孔支架材料的组分及百分比范围：1.4～5.0wt%魔芋葡甘聚糖、5.0～8.0%纳米羟基磷灰石和1.0～2.0%壳聚糖，孔隙率70～92%，抗压强度在0.14MPa～0.75MPa。具体制备步骤包括：

（1）按照纳米羟基磷灰石与蒸馏水质量比5～8：70～92，将纳米羟基磷灰石加入蒸馏水中分散均匀，得到悬浮液A；

（2）向悬浮液A中加入其质量1.0～2.0%的壳聚糖，充分混合，得到溶液B；

（3）向溶液B中加入交联剂，得到pH值为9～11的呈碱性的溶液C；

（4）向溶液C中加入其质量1.4～5%的魔芋葡甘聚糖，搅拌至搅拌漩涡消失1～3s，停止搅拌，得到凝胶D；

（5）在50～80℃的条件下，对凝胶D进行熟化处理0.5～24h，熟化温度40～80℃，得到熟化后的凝胶E；

（6）将凝胶E在40～80℃的温度条件下除碱处理24～96h，处理的时间截止为检测凝胶浸泡液的酸碱度为中性，得到中性凝胶F；

（7）将凝胶F在-10～-80℃下冷冻12～48h，得到冻凝胶G；

（8）将冻凝胶G在-10～-80℃环境下冷冻干燥处理3～7天，得到干燥的魔芋葡甘聚糖/纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合可降解多孔支架，即为复合骨组织工程多孔支架材料。

所述步骤（1）中分散纳米羟基磷灰石是采用超声分散，手动搅拌或机械搅拌；

所述步骤（2）中加入的壳聚糖的粒径均匀，粒径范围120目～400目。

所述步骤（3）中的交联剂为氨水，氢氧化钠，氢氧化钾，碳酸钠或碳酸氢钠中的一种。

所述步骤（4）溶液C中加入魔芋葡甘聚糖的匀速流量为0.4g/s。

所述步骤（5）和（6）的温度环境均为水浴加热。

所述步骤（7）中热凝胶冷冻前须用室温蒸馏水静置冷却。