[发明专利]具有多层结构的仿生胶原蛋白骨修复材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有多层结构的仿生胶原蛋白骨修复材料及其制备方法，所述骨修复材料由上至下依次由骨密质层、中间层和骨松质层三层结构组成，所述骨密质层是采用含有2～3wt％的I型胶原蛋白、2～3wt％氧化石墨烯以及0.2～0.3wt％纳米羟基磷灰石的乙酸溶液浇筑到模具后冻干形成；所述中间层是采用含有1～2wt％I型胶原蛋白、1～2wt％氧化石墨烯以及0.1～0.2wt％纳米羟基磷灰石的乙酸溶液浇筑到模具后冻干形成；骨松质层是由含有0.5～1wt％I型胶原蛋白、0.5～1wt％纳米羟基磷的乙酸溶液浇筑到模具后冻干形成。本发明具有多层结构，可应用于不同深度的骨缺损上，可以使骨修复过程加快，并可依据临床上骨缺损的深度和范围个性化定制。

技术领域

本发明涉及人工骨修复材料领域，具体涉及一种纳米羟基磷灰石-氧化石墨烯-胶原蛋白复合形成的具有多层结构的仿生胶蛋白骨修复材料及其制备方法。

背景技术

迄今为止，创伤、感染和肿瘤切除造成的大块骨缺损的修复是国内外临床医学长期以来的一个难题。自体骨来源有限，且患者可能需要承受额外的痛苦。其他骨修复材料，如同种异体骨或异种骨则容易导致潜在感染及免疫排斥等问题。人工骨由于和天然骨结构差异较大，仍存在许多不足。因此，人工骨修复材料从成分和结构方面仿生，能大大提高其应用价值。

胶原蛋白(Collagen)是动物细胞合成并分泌的一种蛋白质，广泛存在动物骨，软骨，皮肤及其他结缔组织中。I型胶原蛋白是人体所含各种胶原蛋白最丰富的一种。胶原蛋白具有良好的生物学性质，如低免疫原性，良好的生物相容性、可降解性，并可调节细胞的增殖，粘附和分化等等，已经广泛应用于生物医学材料领域。无论在软/硬组织损伤的修复，胶原蛋白具有显著的促进组织再生作用。但单纯的胶原蛋白无论从强度还是降解速度都难以满足人工骨材料的要求，因此，将胶原和其他生物材料复合，是改善其性能的途径之一。

羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)是动物骨骼和牙齿的主要无机成分，约占总质量的60％以上，人工HA与天然HA相似，植入体内后，钙和磷会游离出材料表面被身体组织吸收，并生长出新的组织。因此，羟基磷灰石陶瓷是目前公认的具有良好的生物相容性和骨诱导性的材料。通过纳米技术合成的纳米羟基磷灰石(nHA)是体积更小，表面积更大的具有可控形态的羟基磷灰石，有研究证明羟磷灰石的晶粒越细，生物活性越高。但纳米羟基磷灰石通常以粉末状存在，不易塑性，缺乏黏连性，其应用受到一定限制。

氧化石墨烯(Graphene Oxide，GO)是石墨烯经过高度氧化的产物，是一种2维单层纳米材料，本质上是碳原子以sp²杂化的形式组成的蜂窝状单层碳原子晶体，其表面和边缘都连接着很多含氧官能团。氧化石墨烯由于有良好的机械性能，常用于与高分子材料复合，以增强支架材料的机械性能。另外，氧化石墨烯拥有良好的生物相容性，已有文献报道GO具有促进细胞粘附和促进细胞因子聚集的作用，并能介导干细胞增殖和分化，因此其在组织工程和再生医学领域都有着广泛的应用前景。

骨质的结构包括骨密质和骨松质，前者质地坚硬，耐压性大，位于骨的外层，后者呈海绵状，硬度和抗压能力较弱。因此，单一结构的骨修复材料难以做到骨的仿生。纳米羟基磷灰石/胶原蛋白复合材料是目前常见的骨修复材料，但大多材料结构单一，无法做到对骨结构的仿生。此外，由于羟基磷灰石不易分散，难以与胶原蛋白形成有效连接。再者，传统羟基磷灰石-胶原蛋白材料的机械强度仍然较低，不足以满足骨修复材料的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有多层结构的仿生胶蛋白骨修复材料及其制备方法，该仿生胶蛋白骨修复材料是由I型胶原蛋白、纳米羟基磷灰石和氧化石墨烯为原料，经过不同的配比，逐步构建出骨密质层，中间层，骨松质三层结构的仿生骨修复支架，该支架具有3维多孔结构，在体内可完全降解。