[发明专利]一种具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明属于生物医用材料技术领域，公开了一种具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷及其制备方法和应用。本发明的制备方法，将多孔磷酸钙陶瓷置于一定浓度石墨烯基材料溶液中，水热反应后即得到具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷。本发明设计科学，方法简单，操作简便，其构建的具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷不仅可以有效促进细胞的黏附铺展，而且显著提升材料在体内的骨修复能力，具有巨大的临床应用潜力，预期可满足临床骨缺损再生修复的要求。

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种具有原位石墨烯膜的磷酸钙陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

骨骼在人体中起到支撑、运动、保护和供血等作用，而肿瘤、创伤和骨质疏松等疾病往往导致严重的骨缺损。骨缺损患者的数量逐年增加，临界尺寸的骨缺损修复仍是临床上亟待解决的难题。磷酸钙陶瓷是一种具有优异的生物学性能的生物材料，其本身具有良好的成骨诱导和成血管化能力。随着再生医学的发展，磷酸钙陶瓷的生物活性有待进一步提高，特别是在应对临界尺寸的修复时，其诱导骨再生能力有限，难以满足再生医学的需求。

石墨烯及其衍生物是一种典型的二维纳米材料，近年来，有众多关于石墨烯及其衍生物促进间充质干细胞增殖、成骨分化的报道(ACS Nano 2019,13(8):9595；ACS NANO,2011,5(6):4670)，其可能的机制包括：细胞粘附、细胞形态学、力学效应、化学效应、生化及分子机制。由于表面特殊的纳米形貌，表面丰富的π-π键、含氧官能团等不仅赋予其优异的生物学性能，还为生物学反应提供了大量的反应位点。石墨烯及其衍生物优良的生物学特性，为其在骨科植入物和骨组织工程领域具有深远的应用价值。但是，由于石墨烯及其衍生物较大的比表面积，再加上片层与片层之间容易产生相互作用，极易出现团聚现象，而且团聚体难以再分开，不仅降低了自身的吸附能力而且阻碍石墨烯自身优异性能的发挥，从而影响了石墨烯增强复合材料性能的改进。

因此，本发明中通过水热法可以在磷酸钙陶瓷表面原位形成均匀的石墨烯膜，不仅可以实现石墨烯在陶瓷表面的原位负载，而且赋予陶瓷更多的活性位点，提升材料的生物活性及骨修复能力，满足临床骨缺损再生修复的要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种具有原位石墨烯膜骨诱导磷酸钙陶瓷的制备方法，解决现有技术中石墨烯在磷酸钙陶瓷表面不能均匀负载以及磷酸钙生物学性能进一步提高的难题。

本发明还提供了采用该制备方法制成的一种具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷。

本发明又提供了采用该制备方法制成的具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷在骨缺损再生修复材料中的应用。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所述的一种具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷的制备方法，将多孔磷酸钙陶瓷置于石墨烯基材料溶液中，水热反应后即得到表面具有原位石墨烯膜的骨诱导磷酸钙陶瓷。

本发明的部分实施方案中，所述制备方法包括以下步骤：

步骤1.配置石墨烯溶液，将多孔磷酸钙陶瓷置于石墨烯基材料溶液中；

步骤2.将包含多孔磷酸钙陶瓷的石墨烯基材料溶液转移至水热反应釜中，水热反应一段时间后，取出陶瓷，洗涤，烘干。

本发明创造性地采用水热法在多孔磷酸钙陶瓷表面形成一层均匀的原位膜结构，膜的均匀性对石墨烯自身优异性能的发挥，特别是其活性位点的暴露有着显著的影响，并且对细胞行为特别是促进骨修复是至关重要的。如果原位膜结构不均匀，甚至多孔磷酸钙陶瓷的孔出现堵塞，都是不利于细胞行为和骨修复的。本发明的部分实施方案中，所述多孔磷酸钙陶瓷为羟基磷灰石、和磷酸三钙的单相或两相组成；优选地，所述多孔磷酸钙陶瓷的孔隙率≥50％。

本发明的部分实施方案中，所述石墨烯基材料包括石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯的一种或多种。