一种含有石墨烯、羟基磷灰石和丝素的骨仿生材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种含有石墨締/径基憐灰石/丝素纳米骨仿生材料及其制备方法， 应用于骨修复或骨替代材料，具体设及生物医用材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 在骨科领域，因严重交通事故、肿瘤、骨髓炎等多种原因所致的骨缺损是很普遍的 现象。传统方法采用自体骨或异体骨移植进行治疗，自体骨来源有限且取骨区可能产生并 发症，取骨又造成第二术区的创伤。同种异体骨的来源比自体骨多，但与受体组织之间存在 免疫排斥反应，并有感染疾病的可能。所W，解决骨缺损修复材料的关键是开发出一种在骨 诱导性和仿生骨结构方面能满足需要的的人工骨材料，也是骨修复替代材料的发展趋势。
[0003] 目前用于骨组织修复的人工支架材料主要有=大类：无机材料巧日径基憐灰石、憐 酸=巧)、有机高分子材料(聚乳酸、聚乙酸）和纳米材料。但是无机材料材质较脆、并且降 解性能难W调控；有机高分子材料力学性能强度不足、亲水性差，其酸性降解产物易引起发 炎，缺乏与人体组织结合的生物活性；而纳米类材料的安全性能仍待研究。因此，寻找比较 理想的材料用于骨组织修复仍然是临床上的一个难点。
[0004] 天然骨由无机成分和有机成分W65:35的比例存在。有机成分主要是骨胶蛋白， 使骨具有一定的初性，无机成分为径基憐灰石结晶使骨具有一定硬度，两者的结合使骨具 有很大的初性和坚固性。径基憐灰石纳米晶体有序地嵌在胶原纤维基质中，有机和无机组 件的密切协同作用W及分子水平的独特组装，赋予了天然骨的多级结构和优异的力学性 能。因此，要制备生物相容性好且力学性能优异的骨修复或骨替代材料，需要从分子水平进 行仿生设计，模仿天然骨的结构和功能。
[0005] 石墨締是碳原子WSP2杂化轨道组成六角型蜂巢晶格的平面薄膜，其具有优良的 导电性，超大的强度和初性，使其在生物医药领域有广阔的应用前景。特别是氧化石墨结构 中含有大量的一0H、一C00H、环氧基等，其碳原子分别WSP2和SP3两种模式连接未被氧化 的芳香区和氧原子形成脂肪六元环区，运种结构赋予石墨締极高的强度和柔初性。通过簇 基化改性使大量的一0H，进一步转化为一C00H，改善了其分散性、亲水性及与聚合物的兼容 性等，且其具有较大的比表面积、较低毒性，可广泛应用于生物医学领域。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种含有石墨締、径基憐灰石和丝素的骨仿生材料的制备方 法。通过石墨締的簇基化改性和静电自组装仿生矿化得到石墨締/径基憐灰石复合粒子， 利用冷冻干燥技术使它和不同浓度的丝素共混得到密度和孔隙率呈梯度分布的多孔骨仿 生材料。运种骨仿生材料不仅在成分上模拟了天然骨，而且在结构上对天然骨仿生，具有良 好的生物相容性、生物降解性和骨诱导性能，及足够的力学性能。
[0007] 本发明目的技术方案是，一种含有石墨締、径基憐灰石和丝素的骨仿生材料的制 备方法，它由径基憐灰石粒子通过静电吸附组装在簇基化改性的石墨締表面并和丝素溶液 复合组成，石墨締、径基憐灰、丝素的质量比为1:1-10:0. 5-5。
[0008] 它由簇基化氧化石墨締、径基憐灰石和桑蚕丝素组成，质量比为1:1-10:0. 5-5,密 度梯度从外到内分别为75. 3%-82. 3%，57. 4%-67. 2%，11. 6%-30.6%，它具有相互连通的纳米 微孔结构，密度和孔隙率呈梯度分布，孔隙率从外到内依次为17. 7%-24. 7%，32. 8%-42.6%， 69. 4-88. 4%。所述的石墨締为氧化石墨締经簇基化改性制备而成，所述的丝素蛋白为桑蚕 丝素和昨蚕丝素，其蛋白分子的特性粘度[n]大于或等于0. 50。所述的径基憐灰石呈针状 分布，其粒子长度在50-300nm，粒子宽度在10-50nm。
[0009] 含有石墨締、径基憐灰石和丝素的纳米骨仿生材料的制备方法，采用如下步骤： (1) 将石墨締超声分散到0.l-2mol/L氨氧化钢的乙醇（85%)溶液中，浴比为1:500,在 20-80 °C下碱化10-120min,再加入0. 125-2. 5mol/L的氯乙酸钢溶液，在30-75 °C下超 声揽拌15-lOOmin，并用0. 1-0. 5mol/L的盐酸调溶液抑值至中性并在蒸馈水中透析S天， 得到簇基化的石墨締水溶液； (2) 按照巧憐摩尔比为1. 67,将0. 01-0.Imol/L的化(OH)2与稀释的H3PO4溶液用滴定 管同时滴入步骤（1)制得的溶液中并在超声中揽拌1-化，逐滴加入氨水控制反应抑值为 8.0~10. 0,控制反应溫度为20-80°C，得到石墨締/径基憐灰石比例为1 :1-10的复合粒 子悬浊液； (3) 将步骤（2)所得的石墨締/径基憐灰石纳米复合粒子悬浊液室溫静置24-72小时 后除去上层清液，离屯、分离出沉淀物，蒸馈水洗涂=次后，冷冻干燥制得石墨締/径基憐灰 石复合粒子； (4) 将步骤（3)中所得到石墨締/径基憐灰石复合粒子超声分散到浓度分别为5%-15%， 35%-45%，55%-65%的丝素溶液中，得到不同质量浓度的石墨締/径基憐灰石/丝素共混溶 液，运些共混溶液中石墨締/径基憐灰石复合粒子与丝素的质量比为65:35 ; (5) 将步骤（4)中制得的质量浓度最高的石墨締/径基憐灰石/丝素共混溶液倒入自 制的模具中，在液氮条件骤冷后，于-50--99°C冷冻干燥，再将其它共混溶液按照质量浓度 由高到低的顺序逐层冷冻干燥，制得密度和孔隙率呈梯度分布的含有石墨締、径基憐灰石 和丝素的纳米骨仿生材料。
[0010] 与现有的骨替代材料及其制备方法相比，本发明具有W下优点： (1) 本发明制备的一种含有石墨締、径基憐灰石和丝素的骨仿生材料，其中石墨締/径 基憐灰石复合粒子，它是由径基憐灰石通过静电吸附组装到簇基化改性的氧化石墨締的表 面制备而成的；由于静电作用，棒状的径基憐灰石分布于蜂巢状的石墨締片层之间，将片层 的石墨締连接在一起，石墨締和径基憐灰石交替排列形成钢筋-混凝±结构。因而，可提高 径基憐灰石的抗压力学强度和初性； (2) 本发明中制备的一种含有石墨締、径基憐灰石和丝素的骨仿生材料具有梯度分布 的孔隙结构，从而在宏观上对天然骨进行仿生。本发明制备的复合支架材料可W容易的获 得所需的形状和大小；可W形成一定结构和含量的孔隙，充分满足骨移植过程中组织工程 支架的需要； (3) 本发明中制备的一种含有石墨締、径基憐灰石和丝素的骨仿生材料具有无毒性、无 刺激性、生物相容性好、细胞亲和性好、生物可降解性好W及优良的力学性能。
[0011] 本发明主要基于氧化石墨締的蜂巢晶格结构及其表面大量的活性基团，通过静电 自组装仿生矿化得到石墨締/径基憐灰石复合粒子，并结合丝素来制备密度和孔隙率梯度 分布的多孔骨仿生材料。
【附图说明】
[0012] 图1为石墨締/径基憐灰石复合粒子结构放大倍数为10万倍的SEM照片； 图2为石墨締/径基憐灰石复合粒子结构放大倍数为2万倍的SEM照片。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合实例对本发明进一步描述。
[0014] 一种含有石墨締、径基憐灰石和丝素的骨仿生材料的制备方法，它由径基憐灰石 粒子通过静电吸附组装在簇基化改性的石墨締表面并和丝素溶液复合组成，石墨締、径基 憐灰、丝素的质量比为1:1-10:0.5-5。它由簇基化氧化石墨締、径基憐灰石和桑蚕丝素 组成，质量比为1:1-10:0. 5-5,密度梯度从外到内分别为75. 3%-82. 3%，57. 4%-67. 2%， 11. 6%-30. 6%，它具有相互连通的纳米微孔结构，密度和孔隙率呈梯度分布，孔隙率从外到 内依次为17. 7%-24. 7%，32. 8%-42. 6%，69. 4-88. 4%。所述的石墨締为氧化石墨締经簇基化改 性制备而成，所述的丝素蛋白为桑蚕丝素和昨蚕丝素，其蛋白分子的特性粘度[n]大于或 等于0. 50。所述的径基憐灰石呈针状分布，其粒子长度在50-300nm，粒子宽度在10-50nm。 阳〇1引实施例1 一种含有石墨締、径基憐灰石和丝素的纳米骨仿生材料的制备方法，采用如下步骤： (1) 将氧化石墨締超声分散到0. 5mol/L氨氧化钢的乙醇（85%)溶液中，浴比为1:500， 在30°C下碱化60min。再加入0. 725mol/L的氯乙酸钢溶液，在60 °C下超声揽拌50min， 并用0.Imol/L的盐酸调溶液抑值至中性并在蒸馈水中透析S天，得到簇基化的石墨締水 溶液； (2) 按照巧憐摩尔比为1.67，将0.05111〇1/1的化(0巧2与稀释的113?〇4溶液用滴定管同 时滴入步骤（1)制得的溶液中并在超声中揽拌地，逐滴加入氨水控制反应抑值为8. 0~ 9. 0,控制反应溫度为60°C，得到石墨締/径基憐灰石比例为1 :2的复合粒子悬浊液； (3) 将步骤（2)所得的石墨締/径基憐灰石复合粒子悬浊液室溫静置48小时后除去上 层清液，离屯、分离出沉淀物，蒸馈水洗涂=次后，冷冻干燥制得石墨締/径基憐灰石复合粒 子； (4) 将步骤（3)中所得到氧化石墨締/径基憐灰石复合粒子超声分散到浓度分别为 5%-15%，35%-45%，55%-65%的丝素溶液，得到不同质量浓度的石墨締/径基憐灰石/丝素共 混溶液，运些共混溶液中石墨締/径基憐灰石纳米复合粒子与丝素的质量比为65:35 ; (5) 将步骤（4)中制得的质量浓度最高