[发明专利]一种壳聚糖/氧化石墨烯/纳米羟基磷灰石三维多孔复合支架材料的制备方法

说明书

本发明属于生物医学组织工程复合材料制备技术领域。本发明通过羧基化氧化石墨烯与掺有纳米羟基磷灰石的壳聚糖进行共价交联反应来改善三维多孔支架的力学性能和生物活性。该支架材料具有高度连通的三维多孔结构、优良的力学性能和生物活性，能作为细胞培养支架用于骨组织损伤修复。

技术领域

本发明属于生物医学组织工程复合材料制备技术领域，具体涉及一种壳聚糖/氧化石墨烯/纳米羟基磷灰石三维多孔复合支架材料的制备方法。

背景技术

由于创伤、感染、肿瘤、骨髓炎以及各种先天性疾病等原因所造成的骨缺损是目前国内外临床医学中最常见、最棘手的困难之一，而骨组织工程在修复骨组织病变或缺损方面具有独特的优势。其基本思路是将种子细胞种植在具有一定生物活性并在人体内可逐渐降解吸收的支架材料上，经体外培养形成细胞生物材料复合物，然后将复合物植入人体的骨组织缺损部位，在细胞不断增殖并分泌基质的同时，支架材料逐渐降解被人体吸收，最终形成新的具有与原功能和形态相似的骨组织。在骨组织工程三要素：种子细胞、生长因子、支架材料中，支架材料起着至关重要的作用，它不仅将种子细胞和生长因子运送到骨缺损部位，而且还给新骨组织提供支撑作用。理想的骨支架材料应具备以下几点：(1)具有良好的生物相容性、生物可降解吸收性以及能承载并释放有利于细胞和组织生长的药物及生物活性物质；(2)具有三维连通的多孔结构，有利于细胞的生长及代谢产物和营养物质的交换；(3)具有足够的力学性能，与机体组织具有良好的生物机械适应性。目前，模仿天然骨的成分，骨修复支架材料通常是由无机相和有机相组成的。

在生物相容性好的有机材料中，壳聚糖(CS)作为天然的高分子材料，具有良好的生物相容性和生物活性，其多糖骨架结构以及其独特的化学性质，有利于细胞的粘附和增殖，因而被广泛用于组织工程领域。羟基磷灰石是人体骨骼组织的主要无机组成成分，具有优良的生物活性和骨传导性能，纳米羟基磷灰石(nHA)具有更好的理化性能，可提供对细胞在细胞质基质中粘附、生长和分化的生物刺激信号。然而，提高壳聚糖/纳米羟基磷灰石复合支架材料的生物力学性能，满足临床应用中应力集中部位骨缺损修复的要求，仍是一个巨大的挑战。

石墨烯具有优异的力学性能、大的比表面积和良好的生物相容性，因而在生物医学领域拥有巨大的应用潜力。氧化石墨烯(GO)是石墨烯的衍生物，其表面含有大量的含氧官能团，能与壳聚糖进行共价交联反应生成界面相互作用更强的共价键，因而可改善支架的机械性能。研究还表明，氧化石墨烯能促进骨髓间充质干细胞的生长和分化。然而，氧化石墨烯表面含有多种不同的含氧官能团，如羰基、羟基、环氧基和羧基等，严重影响了氧化石墨烯与壳聚糖等高分子材料的交联稳定性，导致支架材料的力学性能下降。

本发明提出利用羧基化改性的氧化石墨烯与混有纳米羟基磷灰石的壳聚糖溶液进行共价交联反应，制备壳聚糖/氧化石墨烯/纳米羟基磷灰石(CS/cGO/nHA)三维多孔复合生物支架，通过提高氧化石墨烯表面羧基官能团的含量，提高复合支架的力学性能和生物活性，进而实现复合多孔支架材料在骨组织工程中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种壳聚糖/氧化石墨烯/纳米羟基磷灰石三维多孔复合支架材料的制备方法，该支架材料具有高度连通的三维多孔结构、优良的力学性能和生物活性，可作为细胞培养支架用于骨组织损伤修复。

本发明的目的可通过以下技术方案来实现：一种壳聚糖/氧化石墨烯/纳米羟基磷灰石三维多孔复合支架材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)按羧基化氧化石墨烯、水(超纯水)的配比为1.5-30mg：10mg，称取羧基化氧化石墨烯加入水(超纯水)中，超声分散配制成羧基化氧化石墨烯水溶液；按羧基化氧化石墨烯：交联剂EDC：交联剂NHS的配比为1.5-30mg：19.7-59.1mg：23.0-69.0mg，取交联剂EDC和交联剂NHS加入到分散均匀的羧基化氧化石墨烯溶液中，室温下磁力搅拌1h,活化羧基，得到羧基活化的羧基化氧化石墨烯；