一种碳纳米管强化矿化胶原材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及生物医学材料领域，特别涉及一种碳纳米管强化矿化胶原材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.天然骨是由70wt％羟基磷灰石(ha)和30wt％有机质构成，羟基磷灰石为骨提供强度和硬度，同时具有良好的生物相容性和生物活性及骨传导性，但是单一的羟基磷灰石强度不佳，缺乏韧性和可塑性；胶原(col)作为骨组织中有机成分，与羟基磷灰石无机成分进行体外矿化得到的体外矿化材料更加接近于天然骨组织成分；然而体外矿化材料力学强度差、易降解，影响了其在临床中的应用，尤其是限制了其在承重部位的骨缺损修复中的应用。
3.碳纳米管(cnts)具有特殊的中空管状结构，同时由于c-c共价键较强和其天然的结构完整性，具有优异的力学性能，主要用于改良修饰各种支架材料，增加材料强度；但是碳纳米管生物性能差，且具有疏水性，易发生团聚，且以裸露状态进入人体后会产生一定的安全性隐患，造成炎症，因此急需制备一种材料既能充分利用碳纳米管优异的力学性能，降低碳纳米管的生物毒性，又能充分发挥体外矿化材料优异的生物性能，使其能应用于承重部分的骨缺损修复。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本发明提供了一种碳纳米管强化矿化胶原材料及其制备方法和应用，本发明提供的碳纳米管强化矿化胶原材料具有更优异的力学性能和较高的生物性能，碳纳米管强化矿化胶原材料中矿化胶原的降解速度速度与需要较长修复时间的承重部位的骨组织细胞的生长速相匹配度，可用于承重部位的大块骨缺损的修复。
5.本发明在第一方面提供了一种碳纳米管强化矿化胶原材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
6.(1)将碳纳米管与强氧化剂混合后，依次经超声处理、加热处理、过滤、洗涤和真空干燥，得到改性碳纳米管；
7.(2)将所述改性碳纳米管进行粉碎、筛分，得到改性碳纳米管粉末，并将改性碳纳米管粉末加入到胶原酸溶液中，持续搅拌，形成第一共混物；
8.(3)向第一共混物中缓慢滴加钙盐溶液，持续搅拌至混合均匀后，缓慢加入磷酸盐溶液，并持续搅拌，形成第二共混物；
9.(4)向第二共混物中缓慢滴加naoh溶液至ph＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物，静置，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到碳纳米管改性矿化胶原材料；
10.(5)将碳纳米管改性矿化胶原材料材料与所述改性碳纳米管共混后，得到共混材
料，并将所述共混材料加入到高聚物溶液中，得共混高聚物；
11.(6)将所述共混高聚物放入模具，经冷冻干燥，得到碳纳米管强化矿化胶原材料。
12.优选地，在步骤(1)中，所述碳纳米管与所述强氧化剂的质量比为(0.003～2):1；
13.所述碳纳米管选自单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的至少一种；优选的是，所述碳纳米管的尺寸为200～300nm。
14.优选地，所述强氧化剂选自浓硫酸、浓硝酸与浓硫酸的混合物、双氧水、或浓硫酸与高锰酸钾的混合物中的至少一种，优选的是，所述强氧化剂为体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液。
15.优选地，在步骤(1)中，所述超声处理的温度为10～70℃，时间为2～5h；
16.所述加热处理的温度为80～200℃，时间为24～50h；
17.所述真空干燥的温度为50～70℃；
18.所述洗涤为用去离子水反复洗涤改性碳纳米管直至滤液呈中性。
19.优选地，在步骤(2)中，所述胶原酸溶液由胶原溶于酸溶液得到；所述胶原酸溶液的ph为4～5.5；优选的是，所述胶原酸溶液的浓度为0.01～0.5mg/ml；
20.更优选的是，所述胶原为i型胶原；所述酸溶液为盐酸、乙酸中的任意一种。
21.优选地，所述改性碳纳米管粉末与所述胶原酸溶液中i型胶原的质量比为(0.2～0.3):1；优选的是，所述改性碳纳米管粉末的粒径为10～50nm；
22.优选地，在步骤(3)中，所述钙盐溶液由可溶性钙盐溶于水配制得到；优选的是，所述可溶性钙盐为cacl2、ca(no3)2中的至少一种；
23.所述磷酸盐溶液由可溶性磷酸盐溶于水配制得到；优选的是，所述可溶性磷酸盐为nah2po4、na2hpo4、k2hpo4中的至少一种.
24.优选地，在步骤(3)中，所述钙盐溶液中钙元素与所述胶原的质量比为(2.4～4.8):1；
25.所述钙盐溶液中钙元素与所述磷酸盐溶液中磷元素的摩尔比为(1.2～2):1。
26.优选地，在步骤(4)中，所述碳纳米管改性矿化胶原材料的粒径为100～300μm；
27.所述静置的时间为24～120h。
28.优选地，在步骤(5)中，所述碳纳米管改性矿化胶原材料与所述改性碳纳米管质量比为(0.5～2):1；
29.所述高聚物溶液为将高聚物溶解于有机溶剂配制得到；
30.优选的是，所述高聚物为聚己内酯、聚乳酸和聚乳酸-羟基乙酸共聚物中的任意一种；
31.所述有机溶剂为1,4-二氧六环、氯仿、丙酮、二甲基亚砜中的一种或者两种；更优选的是，所述高聚物溶液的浓度为0.05～0.2g/ml的高聚物溶液；
32.优选地，所述共混材料与所述高聚物质量比为(0.3～3):1。
33.本发明在第二方面提供了一种碳纳米管强化矿化胶原材料根据第一方面所述的制备方法制备得到。
34.本发明在第三方面提供了一种根据第二方面所述的碳纳米管强化矿化胶原材料在骨修复中的应用。
35.本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
36.(1)本发明中通过强氧化剂对碳纳米管进行表面改性，在碳纳米管表面引入具有亲水性的羧基(-cooh)，能够和矿化胶原材料中的羟基磷灰石中的oh-进行键合，同时提高了碳纳米管在胶原酸溶液中的分散性，进而得到具有稳定结构和优异性能的碳纳米管改性矿化胶原材料；同时能充分利用碳纳米管优异的力学性能，将改性碳纳米管和矿化胶原材料(羟基磷灰石与胶原进行体外矿化得到的材料)进行结合，增强了矿化胶原材料的抗压性能。
37.(2)本发明通过控制改性碳纳米管粉末与胶原酸溶液中胶原的质量比，制备得到同时具有优异的力学性能和生物性能的碳纳米管改性矿化胶原材料，既充分发挥碳纳米管优异的力学性能，又使矿化胶原的生物性能保持在较高水平。
38.(3)本发明通过控制碳纳米管改性矿化胶原材料与改性碳纳米管质量比，在保持碳纳米管改性矿化胶原材料的生物活性的同时，又充分发挥改性碳纳米管优异的力学性能，最终制得具有更优异的力学性能，同时具有较高的生物性能的碳纳米管强化矿化胶原材料；同时通过控制上述质量比，使得碳纳米管强化矿化胶原材料中矿化胶原材料的降解速度速度与需要较长修复时间的承重部位的骨组织细胞的生长速相匹配度，可用于承重部位的大块骨缺损的修复。
39.(4)本发明制备的碳纳米管强化矿化胶原材料具有较大的比表面积，增加了碳纳米管强化矿化胶原材料与细胞的接触面积，为成骨细胞的生长提供了足够的空间，成骨细胞可以在其表面生长并通过分泌细胞外基质，进而形成新的骨组织。
具体实施方式
40.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.本发明在第一方面提供了一种碳纳米管强化矿化胶原材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
42.(1)碳纳米管与强氧化剂混合后，依次经超声处理、加热处理、过滤、洗涤和真空干燥，得到改性碳纳米管；
43.(2)将所述改性碳纳米管进行粉碎、筛分，得到改性碳纳米管粉末，并将改性碳纳米管粉末加入到胶原酸溶液中，持续搅拌，形成第一共混物；
44.(3)向第一共混物中缓慢滴加钙盐溶液，持续搅拌至混合均匀后，缓慢加入磷酸盐溶液，并持续搅拌，形成第二共混物；
45.(4)向第二共混物中缓慢滴加naoh溶液至ph＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物，静置，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到碳纳米管改性矿化胶原材料；
46.(5)将碳纳米管改性矿化胶原材料材料与所述改性碳纳米管共混后，得到共混材料，并将所述共混材料加入到高聚物溶液中，得共混高聚物；
47.(6)将所述共混高聚物放入模具，经冷冻干燥，得到碳纳米管强化矿化胶原材料。
48.需要说明的是，本发明步骤(3)中缓慢滴加钙盐溶液和磷酸盐溶液，是为了保证充
分混合；步骤(4)和步骤(6)中中冷冻干燥为先在-30～-20℃预冻6～8h，后在真空环境下于-10～-3℃升华24～48h，最后依次于0～5℃干燥4～6h、于10～30℃干燥2～4h、于30～50℃干燥2～4h、于25℃干燥2～4h；步骤(6)中模具根据需要进行修复的部位进行选择。
49.本发明先将碳纳米管表面修饰，引入亲水性基团-cooh，得到改性碳纳米管，然后将改性碳纳米管与胶原的酸溶液混合后，依次加入钙盐溶液和磷酸盐溶液，后经调ph、静置，得到碳纳米管改性矿化胶原材料；然后将碳纳米管改性矿化胶原材料材料与改性碳纳米管加入高聚物溶液，放入模具，经冷冻干燥得到碳纳米管强化矿化胶原材料。
50.本发明步骤(1)中通过强氧化剂对碳纳米管进行表面改性，在碳纳米管表面引入具有亲水性的羧基(-cooh)，能够和矿化胶原材料中的羟基磷灰石中的oh-进行键合，同时提高了碳纳米管在胶原酸溶液中的分散性，进而得到具有稳定结构和优异性能的碳纳米管改性矿化胶原材料；同时能充分利用碳纳米管优异的力学性能，将改性碳纳米管和矿化胶原材料(羟基磷灰石与胶原进行体外矿化得到的材料)进行结合，增强了矿化胶原材料的抗压性能；同时，在碳纳米管表面引入具有亲水性的羧基(-cooh)，可以降低碳纳米管的生物毒性。
51.本发明步骤(2)-步骤(4)在改性碳纳米管表面形成矿化胶原材料，得到碳纳米管改性矿化胶原材料；其中，矿化胶原材料为羟基磷灰石和胶原进行体外矿化得到的矿化胶原材料；该矿化胶原材料中羟基磷灰石和胶原的排列结构与骨组织中羟基磷灰石和胶原的排列结构接近，具有优异的生物性能；同时用矿化胶原包裹改性碳纳米管不仅发挥了矿化胶原优异的生物性能，进一步降低了碳纳米管的生物毒性。
52.本发明本发明步骤(2)通过控制改性碳纳米管粉末与胶原酸溶液中胶原的质量比，制备得到同时具有优异的力学性能和生物性能的碳纳米管改性矿化胶原材料，既充分发挥碳纳米管优异的力学性能，又使矿化胶原的生物性能保持在较高水平。
53.本发明本发明步骤(5)通过控制碳纳米管改性矿化胶原材料与改性碳纳米管质量比，在保持碳纳米管改性矿化胶原材料的生物活性的同时，又充分发挥改性碳纳米管优异的力学性能，最终制得具有更优异的力学性能，同时具有较高的生物性能的碳纳米管强化矿化胶原材料；同时通过控制上述质量比，使得碳纳米管强化矿化胶原材料中矿化胶原材料的降解速度速度与需要较长修复时间的承重部位的骨组织细胞的生长速相匹配度，可用于承重部位的大块骨缺损的修复；此外，通过高聚物溶液的加入可以使碳纳米管改性矿化胶原材料与改性碳纳米管更好的粘合在一起，同时高聚物本身具有一定的生物活性和抗压性能，可以一定程度上减少改性碳纳米管引入对生物活性的影响；最终得到的碳纳米管强化矿化胶原材料结构更稳定，进而具有更优异地力学性能和生物性能性能。
54.本发明步骤(6)可以根据需要修复的承重部位选择合适模具，制得与修复部位相匹配碳纳米管强化矿化胶原材料。
55.本发明制备的碳纳米管强化矿化胶原材料具有较大的比表面积，增加了碳纳米管强化矿化胶原材料与细胞的接触面积，为成骨细胞的生长提供了足够的空间，成骨细胞可以在其表面生长并通过分泌细胞外基质，进而形成新的骨组织。
56.根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中，所述碳纳米管与所述强氧化剂的质量比为(0.003～2):1(例如，可以是0.003:1、0.005:1、0.01:1、0.05:1、0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、
1.7:1、1.8:1、1.9:1或2:1)；
57.所述碳纳米管选自单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的至少一种；优选的是，所述碳纳米管的尺寸为200～300nm(例如，可以是200nm、210nm、220nm、230nm、240nm、250nm、260nm、270nm、280nm、290nm、300nm)。
58.根据一些优选的实施方式，所述强氧化剂选自浓硫酸、浓硝酸与浓硫酸的混合物、双氧水、或浓硫酸与高锰酸钾的混合物中的至少一种，优选的是，所述强氧化剂为体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液；本发明强氧化剂的作用在于对碳纳米管进行表面改性，在碳纳米管中引入亲水基团羧基，得到表面改性碳纳米管，以便后续能更好的与胶原结合，进而得到碳纳米管改性矿化胶原材料。
59.根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中，所述超声处理的温度为10～70℃(例如，可以是10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃或70℃)，时间为2～5h(例如，可以是2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h或5h)；本发明中碳纳米管具有疏水性，容易发生团聚，不易与强氧化剂混合均匀，进而影响强氧化剂对碳纳米管的改性，从而导致改性后的碳纳米管表面的羧基分布不均匀，因此采用超声处理主要是使碳纳米管和强氧化剂充分混合均匀，得到表面改性均匀的碳纳米管，可以避免由于碳纳米管团聚造成的生物毒性。
60.所述加热处理的温度为80～200℃(例如，可以是80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃)，时间为24～50h(例如，可以是24h、26h、28h、30h、32h、34h、38h、40h、42h、44h、48h或50h)；本发明加热处理的温度低于上述范围时，反应速度慢，采用上述温度即可以实现对碳纳米管的改性。
61.所述真空干燥的温度为50～70℃(例如，可以是50℃、55℃、60℃、65℃或70℃)；
62.所述洗涤为用去离子水反复洗涤改性碳纳米管直至滤液呈中性；本发明洗涤主要是洗去改性碳纳米管中的残留物，以防对后续制备改性矿化胶原材料造成影响。
63.所述真空干燥的温度为50～70℃(例如，可以是50℃、55℃、60℃、65℃或70℃)；本发明真空干燥主要是对改性碳纳米管进行干燥，除去残留在碳纳米管中的残留的水，对于真空干燥的具体时间不做限制，只要达到干燥要求即可。
64.根据一些优选的实施方式，在步骤(2)中，所述胶原酸溶液由胶原溶于酸溶液得到；所述胶原酸溶液的ph为4～5.5(例如，可以是4、4.2、4.4、4.6、4.8、5、5.2或5.5)；优选的是，所述胶原酸溶液的浓度为0.01～0.5mg/ml(例如，可以是0.01mg/ml、0.05mg/ml、0.1mg/ml、0.15mg/ml、0.2mg/ml、0.25mg/ml、0.3mg/ml、0.35mg/ml、0.4mg/ml、0.45mg/ml或0.5mg/ml)；
65.更优选的是，所述胶原为i型胶原；所述酸溶液为盐酸、乙酸中的任意一种；本发明选择i型胶原主要是因为与骨组织中的胶原成分近似，与骨组织具有更好的生物相容性。
66.根据一些优选的实施方式，所述改性碳纳米管粉末与所述胶原酸溶液中i型胶原的质量比为(0.1～0.3):1(例如，可以是0.1:1、0.12:1、0.14:1、0.16:10、0.18:1、0.2:1、0.21:1、0.22:1、0.23:10、0.24:1、0.25:1、0.26:1、0.27:1、0.28:1、0.29:1或0.3:1)；优选的是，所述改性碳纳米管粉末的粒径为10～50nm(例如，可以是10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm或50nm)。
67.本发明改性碳纳米管粉末与胶原酸溶液中胶原的质量比控制在上述范围，既能充分发挥碳纳米管优异的力学性能，又能使胶原的生物性能保持在较高水平，制备得到的碳
纳米管改性矿化胶原材料同时具有优异的力学性能和生物性能；发明人发现，当改性碳纳米管粉末的质量占比大于上述范围，制备得到的碳纳米管改性矿化胶原材料的具有更好力学性能，但生物性能较差；当改性碳纳米管粉末的质量占比小于上述范围，制备得到的碳纳米管改性矿化胶原材料的生物性能优异，但力学性能较差。
68.根据一些优选的实施方式，在步骤(3)中，所述钙盐溶液由可溶性钙盐溶于水配制得到；优选的是，所述可溶性钙盐为cacl2、ca(no3)2中的至少一种；
69.所述磷酸盐溶液由可溶性磷酸盐溶于水配制得到；优选的是，所述可溶性磷酸盐为nah2po4、na2hpo4、k2hpo4中的至少一种.
70.根据一些优选的实施方式，在步骤(3)中，所述钙盐溶液中钙元素与所述胶原的质量比为(2.4～4.8):1(例如，可以是2.4:1、2.5:1、2.8:1、3:1、3.5:1、3.8:1、4:1、4.5:1或4.8:1)；
71.所述钙盐溶液中钙元素与所述磷酸盐溶液中磷元素的摩尔比为(1.2～2):1(例如，可以是1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1或2:1)。
72.根据一些优选的实施方式，在步骤(4)中，所述碳纳米管改性矿化胶原材料的粒径为100～300μm(例如，可以是100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm或300μm)；
73.所述静置的时间为24～120h(例如，可以是24h、30h、40h、50h、60h、70h、80h、90h、100h、110h或120h)。
74.根据一些优选的实施方式，在步骤(5)中，所述碳纳米管改性矿化胶原材料与所述改性碳纳米管质量比为(0.5～2):1例如，可以是0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1或2:1)；
75.本发明碳纳米管改性矿化胶原材料与改性碳纳米管质量比控制在上述范围，可以兼顾碳纳米管改性矿化胶原材料的生物活性，同时又能充分发挥改性碳纳米管优异的力学性能，最终制得的碳纳米管强化矿化胶原材料具体有更优异的力学性能，生物性能也保持较高水平；同时控制在上述比例范围，碳纳米管强化矿化胶原材料中矿化胶原的降解速度较慢，与需要较长修复时间的承重部位的骨组织细胞的生长速相匹配，可用于承重部位的大块骨缺损的修复。
76.所述高聚物溶液为将高聚物溶解于有机溶剂配制得到；
77.优选的是，所述高聚物为聚己内酯、聚乳酸和聚乳酸-羟基乙酸共聚物中的任意一种；
78.所述有机溶剂为1,4-二氧六环、氯仿、丙酮、二甲基亚砜中的一种或者两种；更优选的是，所述高聚物溶液的浓度为0.05～0.2g/ml(例如，可以是0.05mg/ml、0.06mg/ml、0.07mg/ml、0.08mg/ml、0.09mg/ml、0.10mg/ml、0.11mg/ml、0.12mg/ml、0.13mg/ml、0.14mg/ml、0.15mg/ml、0.16mg/ml、0.17mg/ml、0.18mg/ml、0.19mg/ml或0.20mg/ml)的高聚物溶液；
79.本发明中高聚物溶液的加入可以使碳纳米管改性矿化胶原材料与改性碳纳米管更好的粘合在一起，同时高聚物本身具有一定的生物活性和抗压性能，可以一定程度上减少改性碳纳米管引入对生物活性的影响；最终得到的碳纳米管强化矿化胶原材料结构更稳定，进而具有更优异地力学性能和生物性能性能。
80.根据一些优选的实施方式，所述共混材料与所述高聚物质量比为(0.3～3):1(例
如，可以是0.3:1、0.5:1、0.8:1、1:1、1.2:1、1.4:1、1.5:1、1.8:1、2:1、2.2:1、2.5:1、2.8:1或3:1)。
81.本发明在第二方面提供了一种碳纳米管强化矿化胶原材料根据第一方面所述的制备方法制备得到。
82.本发明在第三方面提供了一种根据第二方面所述的碳纳米管强化矿化胶原材料在骨修复中的应用。
83.本发明制得的碳纳米管强化矿化胶原材料同时具有更优异的力学性能和较高的生物性能；同时碳纳米管强化矿化胶原材料中矿化胶原的降解速度速度与需要较长修复时间的承重部位的骨组织细胞的生长速相匹配，可用于承重部位的大块骨缺损的修复，同时可以根据需要修复的承重部位选择合适模具，制得与修复部位相匹配碳纳米管强化矿化胶原材料。
84.为了更加清楚地说明本发明的技术方案及优点，下面结合实施例对本发明作进一步说明。
85.需要说明的是，本发明中抗压强度测试、细胞毒性测试的方法参照如下方法。
86.抗压强度测试：将实施例和对比例中将共混的高聚物倒入φ10
×
20mm的圆柱模具中，经过冷冻干燥得到抗压测样品进行抗压测试。
87.细胞毒性测试：将实施例和对比例的材料进行辐照灭菌，以含有10％小牛血清的细胞培养基为浸提介质，按照0.2g/ml的比例浸提实施例和对比例材料，细胞计数后接种于96孔培养板，置co2培养箱37℃培养24h后，弃去培养液；阴性对照组中加入新鲜细胞培养液，实验组中分别加入实施例和对比例的样品浸提液，置于co2培养箱中继续培养24h，用显微镜观察细胞形态，每孔加入20μl质量浓度为5g/l的mtt溶液，继续培养4h后弃去孔内液体，加入200μldmso，在酶标仪570nm波长下测定吸光度，计算相对增值率，增值率＝实验组吸光度均值/空白对照组吸光度均值
×
100％。
88.本发明中的材料和试剂均可以是在市面上直接购买得到或自行合成得到，对具体型号不做限制。
89.实施例1
90.(1)将碳纳米管(200～300nm)与强氧化剂(体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液)按质量比0.03:1的混合并于50℃下超声处理5h后，于150℃加热处理50h，经滤膜过滤后，用去离子水反复洗涤碳纳米管直至滤液呈中性，并于70℃真空干燥，得到改性碳纳米管；
91.(2)将改性碳纳米管经粉碎、筛分，得到粒径为10-50nm的改性碳纳米管粉末，然后将改性碳纳米管粉末加入胶原浓度为0.1mg/ml的胶原酸溶液(胶原溶于乙酸配制而成)，持续搅拌，形成第一共混物，其中，改性碳纳米管与胶原的质量比0.1:1；
92.(3)向第一共混物中缓慢滴加滴加ca(no3)2的溶液(ca(no3)2溶液中ca与胶原的质量为2.4:1)，持续搅拌至混合均匀后，再缓慢加入nah2po4的溶液(ca(no3)2溶液中ca与nah2po4溶液中的p的摩尔比为1.2:1)，并持续搅拌，形成第二共混物；
93.(4)向第二共混物中缓慢滴加naoh溶液至ph＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物停止搅拌，静置72h，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到粒径为100-300μm的碳纳米管改性矿化胶原材料；
94.(5)将碳纳米管改性矿化胶原材料材料与改性碳纳米管按质量比0.5:1共混后，得到共混材料，并将所述共混材料加入到浓度为0.05g/ml的高聚物溶液(高聚物为聚己内酯，有机溶剂为1,4-二氧六环)中，共混材料和高聚物的质量比为0.3:1，得共混高聚物；
95.(6)将所述共混高聚物放入模具，经冷冻干燥，得到碳纳米管强化矿化胶原材料。
96.实施例1制备的碳纳米管强化矿化胶原材料的抗压强度见表1。
97.实施例1制备的碳纳米管强化矿化胶原材料的相对增值率见表2。
98.实施例2
99.(1)将碳纳米管(200～300nm)与强氧化剂(体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液)按质量比0.04:1的混合并于50℃下超声处理5h后，于150℃加热处理50h，经滤膜过滤后，用去离子水反复洗涤碳纳米管直至滤液呈中性，并于70℃真空干燥，得到改性碳纳米管；
100.(2)将改性碳纳米管经粉碎、筛分，得到粒径为10-50nm的改性碳纳米管粉末，然后将改性碳纳米管粉末加入胶原浓度为0.2mg/ml的胶原酸溶液(胶原溶于乙酸配制而成)，持续搅拌，形成第一共混物，其中，改性碳纳米管与胶原的质量比0.2:1；
101.(3)向第一共混物中缓慢滴加滴加ca(no3)2的溶液(ca(no3)2溶液中ca与胶原的质量为3.2:1)，持续搅拌至混合均匀后，再缓慢加入nah2po4的溶液(ca(no3)2溶液中ca与nah2po4溶液中的p的摩尔比为1.2:1)，并持续搅拌，形成第二共混物；
102.(4)向第二共混物中缓慢滴加naoh溶液至ph＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物停止搅拌，静置72h，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到粒径为100-300μm的碳纳米管改性矿化胶原材料；
103.(5)将碳纳米管改性矿化胶原材料材料与改性碳纳米管按质量比1:1共混后，得到共混材料，并将所述共混材料加入到浓度为0.1g/ml的高聚物溶液(高聚物为聚己内酯，有机溶剂为1,4-二氧六环)中，共混材料和高聚物的质量比为0.5:1，得共混高聚物；
104.(6)将所述共混高聚物放入模具，经冷冻干燥，得到碳纳米管强化矿化胶原材料。
105.实施例2制备的碳纳米管强化矿化胶原材料的抗压强度见表1。
106.实施例2制备的碳纳米管强化矿化胶原材料的相对增值率见表2。
107.实施例3
108.(1)将碳纳米管(200～300nm)与强氧化剂(体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液)按质量比0.02:1的混合并于50℃下超声处理5h后，于150℃加热处理50h，经滤膜过滤后，用去离子水反复洗涤碳纳米管直至滤液呈中性，并于70℃真空干燥，得到改性碳纳米管；
109.(2)将改性碳纳米管经粉碎、筛分，得到粒径为10-50nm的改性碳纳米管粉末，然后将改性碳纳米管粉末加入胶原浓度为0.5mg/ml的胶原酸溶液(胶原溶于乙酸配制而成)，持续搅拌，形成第一共混物，其中，改性碳纳米管与胶原的质量比0.3:1；
110.(3)向第一共混物中缓慢滴加滴加ca(no3)2的溶液(ca(no3)2溶液中ca与胶原的质量为4.8:1)，持续搅拌至混合均匀后，再缓慢加入nah2po4的溶液(ca(no3)2溶液中ca与nah2po4溶液中的p的摩尔比为1.8:1)，并持续搅拌，形成第二共混物；
111.(4)向第二共混物中缓慢滴加naoh溶液至ph＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物停止搅拌，静置72h，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到粒径为
100-300μm的碳纳米管改性矿化胶原材料；
112.(5)将碳纳米管改性矿化胶原材料材料与改性碳纳米管按质量比1.5:1共混后，得到共混材料，并将所述共混材料加入到浓度为0.15g/ml的高聚物溶液(高聚物为聚乳酸-羟基乙酸共聚物，有机溶剂为氯仿)中，共混材料和高聚物的质量比为0.8:1，得共混高聚物；
113.(6)将所述共混高聚物放入模具，经冷冻干燥，得到碳纳米管强化矿化胶原材料。
114.实施例3制备的碳纳米管强化矿化胶原材料的抗压强度见表1。
115.实施例3制备的碳纳米管强化矿化胶原材料的相对增值率见表2。
116.实施例4
117.(1)将碳纳米管(200～300nm)与强氧化剂(体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液)按质量比0.02:1的混合并于50℃下超声处理5h后，于150℃加热处理50h，经滤膜过滤后，用去离子水反复洗涤碳纳米管直至滤液呈中性，并于70℃真空干燥，得到改性碳纳米管；
118.(2)将改性碳纳米管经粉碎、筛分，得到粒径为10-50nm的改性碳纳米管粉末，然后将改性碳纳米管粉末加入胶原浓度为0.5mg/ml的胶原酸溶液(胶原溶于乙酸配制而成)，持续搅拌，形成第一共混物，其中，改性碳纳米管与胶原的质量比0.3:1；
119.(3)向第一共混物中缓慢滴加滴加ca(no3)2的溶液(ca(no3)2溶液中ca与胶原的质量为4.8:1)，持续搅拌至混合均匀后，再缓慢加入nah2po4的溶液(ca(no3)2溶液中ca与nah2po4溶液中的p的摩尔比为1.8:1)，并持续搅拌，形成第二共混物；
120.(4)向第二共混物中缓慢滴加naoh溶液至ph＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物停止搅拌，静置72h，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到粒径为100-300μm的碳纳米管改性矿化胶原材料；
121.(5)将碳纳米管改性矿化胶原材料材料与改性碳纳米管按质量比2:1共混后，得到共混材料，并将所述共混材料加入到浓度为0.2g/ml的高聚物溶液(高聚物为聚乳酸，有机溶剂为二甲基亚砜)中，共混材料和高聚物的质量比为1:1，得共混高聚物；
122.(6)将所述共混高聚物放入模具，经冷冻干燥，得到碳纳米管强化矿化胶原材料。
123.实施例3制备的碳纳米管强化矿化胶原材料的抗压强度见表1。
124.实施例3制备的碳纳米管强化矿化胶原材料的相对增值率见表2。
125.对比例1
126.胶原溶于乙酸配置成胶原酸溶液(胶原浓度为0.2mg/ml)，缓慢滴加ca(no3)2的溶液(ca(no3)2溶液中ca与胶原的质量为3.2:1)，并持续搅拌，然后缓慢滴加nah2po4的溶液(ca(no3)2溶液中ca与nah2po4溶液中的p的摩尔比为1.2:1)继续搅拌，缓慢滴加naoh溶液至混合溶液ph＝6-8，待溶液开始出现白色悬浊液时停止搅拌，静置72h，用去离子水洗涤沉淀物并抽滤，获得抽滤物，并将抽滤物进行冷冻干燥得到冻干物，将冻干物进行粉碎，筛分，得到粒径100-300μm的矿化胶原材料。
127.对比例1制备的矿化胶原材料的抗压强度见表1。
128.对比例1制备的矿化胶原材料的相对增值率见表2。
129.对比例2
130.(1)将碳纳米管(200～300nm)经粉碎、筛分，得到粒径为10-50nm的碳纳米管粉末，然后将碳纳米管粉末加入胶原浓度为0.2mg/ml的胶原酸溶液(胶原溶于乙酸配制而成)，持
续搅拌，形成第一共混物，其中，碳纳米管与胶原的质量比0.2:1；
131.(2)向第一共混物中缓慢滴加滴加ca(no3)2的溶液(ca(no3)2溶液中ca与胶原的质量为3.2:1)，持续搅拌至混合均匀后，再缓慢加入nah2po4的溶液(ca(no3)2溶液中ca与nah2po4溶液中的p的摩尔比为1.2:1)，并持续搅拌，形成第二共混物；
132.(3)向第二共混物中缓慢滴加naoh溶液至ph＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物停止搅拌，静置72h，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到粒径为100-300μm的碳纳米管改性矿化胶原材料。
133.(4)将碳纳米管改性矿化胶原材料材料与碳纳米管按质量比1:1共混后，得到共混材料，并将所述共混材料加入到浓度为0.1g/ml的高聚物溶液(高聚物为聚己内酯，有机溶剂为1,4-二氧六环)中，共混材料和高聚物的质量比为0.5:1，得共混高聚物；
134.(5)将所述共混高聚物放入模具，经冷冻干燥，得到碳纳米管强化矿化胶原材料。
135.由于碳纳米管具有高度疏水性，其在胶原酸溶液中分散性差，容易形成聚集，进而在体外矿化过程中，矿化胶原不能均匀包裹碳纳米管，制得碳纳米管强化矿化胶原材料力学性能和生物性能较差。
136.对比例2制备的碳纳米管改性矿化胶原材料的抗压强度见表1。
137.对比例2制备的碳纳米管改性矿化胶原材料的相对增值率见表2。
138.对比例3
139.(1)将碳纳米管(200～300nm)与强氧化剂(体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液)按质量比0.04:1的混合并于50℃下超声处理5h后，于150℃加热处理50h，经滤膜过滤后，用去离子水反复洗涤碳纳米管直至滤液呈中性，并于70℃真空干燥，得到改性碳纳米管；
140.(2)将改性碳纳米管经粉碎、筛分，得到粒径为10-50nm的改性碳纳米管粉末，然后将改性碳纳米管粉末与羟基磷灰石粉末按质量比1:40混合，得到混合粉末；
141.(3)将混合粉末加入胶原浓度为0.2mg/ml的胶原酸溶液(胶原溶于乙酸配制而成)，持续搅拌，形成第一共混物，其中，改性碳纳米管与胶原的质量比0.2:1；
142.(4)向第一共混物中缓慢滴加naoh溶液至ph＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物停止搅拌，静置72h，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到粒径为100-300μm的碳纳米管改性矿化胶原材料。
143.(5)将碳纳米管改性矿化胶原材料材料与改性碳纳米管按质量比1:1共混后，得到共混材料，并将所述共混材料加入到浓度为0.1g/ml的高聚物溶液(高聚物为聚己内酯，有机溶剂为1,4-二氧六环)中，共混材料和高聚物的质量比为0.5:1，得共混高聚物；
144.(6)将所述共混高聚物放入模具，经冷冻干燥，得到碳纳米管强化矿化胶原材料。
145.将改性碳纳米管与羟基磷灰石混合后，再加入胶原酸溶液，羟基磷灰石并不能与胶原进行体外矿化，进一步与改性碳纳米管混合，加入到高聚物溶液。得到的仅仅是胶原、羟基磷灰石、改性碳纳米管和高聚物混合的复合材料，其中羟基磷灰石和胶原的排列结构与骨组织中羟基磷灰石和胶原的排列结构不相同，生物性能差。
146.对比例3制备的复合材料的抗压强度见表1。
147.对比例3制备的复合材料的相对增值率见表2。
148.对比例4
149.(1)将碳纳米管(200～300nm)与强氧化剂(体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液)按质量比0.04:1的混合并于50℃下超声处理5h后，于150℃加热处理50h，经滤膜过滤后，用去离子水反复洗涤碳纳米管直至滤液呈中性，并于70℃真空干燥，得到改性碳纳米管；
150.(2)将改性碳纳米管经粉碎、筛分，得到粒径为10-50nm的改性碳纳米管粉末，然后将改性碳纳米管粉末加入胶原浓度为0.2mg/ml的胶原酸溶液(胶原溶于乙酸配制而成)，持续搅拌，形成第一共混物，其中，改性碳纳米管与胶原的质量比0.2:1；
151.(3)向第一共混物中缓慢滴加滴加ca(no3)2的溶液(ca(no3)2溶液中ca与胶原的质量为3.2:1)，持续搅拌至混合均匀后，再缓慢加入nah2po4的溶液(ca(no3)2溶液中ca与nah2po4溶液中的p的摩尔比为1.2:1)，并持续搅拌，形成第二共混物；
152.(4)向第二共混物中缓慢滴加naoh溶液至ph＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物停止搅拌，静置72h，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到粒径为100-300μm的碳纳米管改性矿化胶原材料；
153.(5)将碳纳米管改性矿化胶原材料材料加入到浓度为0.1g/ml的高聚物溶液(高聚物为聚己内酯，有机溶剂为1,4-二氧六环)中，共混材料和高聚物的质量比为0.5:1，得共混高聚物；
154.(6)将所述共混高聚物放入模具，经冷冻干燥，得到碳纳米管强化矿化胶原材料。
155.对比例4制备的碳纳米管强化矿化胶原材料的抗压强度见表1。
156.对比例4制备的碳纳米管强化矿化胶原材料相对增值率见表2。
157.对比例5
158.(1)将碳纳米管(200～300nm)与强氧化剂(体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液)按质量比0.04:1的混合并于50℃下超声处理5h后，于150℃加热处理50h，经滤膜过滤后，用去离子水反复洗涤碳纳米管直至滤液呈中性，并于70℃真空干燥，得到改性碳纳米管；
159.(2)将改性碳纳米管经粉碎、筛分，得到粒径为10-50nm的改性碳纳米管粉末，然后将改性碳纳米管粉末加入胶原浓度为0.2mg/ml的胶原酸溶液(胶原溶于乙酸配制而成)，持续搅拌，形成第一共混物，其中，改性碳纳米管与胶原的质量比0.2:1；
160.(3)向第一共混物中缓慢滴加滴加ca(no3)2的溶液(ca(no3)2溶液中ca与胶原的质量为3.2:1)，持续搅拌至混合均匀后，再缓慢加入nah2po4的溶液(ca(no3)2溶液中ca与nah2po4溶液中的p的摩尔比为1.2:1)，并持续搅拌，形成第二共混物；
161.(4)向第二共混物中缓慢滴加naoh溶液至ph＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物停止搅拌，静置72h，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到粒径为100-300μm的碳纳米管改性矿化胶原材料；
162.(5)将碳纳米管改性矿化胶原材料材料与改性碳纳米管按质量比3:1共混后，得到共混材料，并将所述共混材料加入到浓度为0.1g/ml的高聚物溶液(高聚物为聚己内酯，有机溶剂为1,4-二氧六环)中，共混材料和高聚物的质量比为0.5:1，得共混高聚物；
163.(6)将所述共混高聚物放入模具，经冷冻干燥，得到碳纳米管强化矿化胶原材料。
164.碳纳米管改性矿化胶原材料材料与改性碳纳米管按质量比大于本技术范围，得到的碳纳米管强化矿化胶原材料具有较高的生物性能，但力学性能明显下降。
165.对比例5制备的碳纳米管强化矿化胶原材料的抗压强度见表1。
166.对比例5制备的碳纳米管强化矿化胶原材料的相对增值率见表2。
167.对比例6
168.(1)将碳纳米管(200～300nm)与强氧化剂(体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液)按质量比0.04:1的混合并于50℃下超声处理5h后，于150℃加热处理50h，经滤膜过滤后，用去离子水反复洗涤碳纳米管直至滤液呈中性，并于70℃真空干燥，得到改性碳纳米管；
169.(2)将改性碳纳米管经粉碎、筛分，得到粒径为10-50nm的改性碳纳米管粉末，然后将改性碳纳米管粉末加入胶原浓度为0.2mg/ml的胶原酸溶液(胶原溶于乙酸配制而成)，持续搅拌，形成第一共混物，其中，改性碳纳米管与胶原的质量比0.2:1；
170.(3)向第一共混物中缓慢滴加滴加ca(no3)2的溶液(ca(no3)2溶液中ca与胶原的质量为3.2:1)，持续搅拌至混合均匀后，再缓慢加入nah2po4的溶液(ca(no3)2溶液中ca与nah2po4溶液中的p的摩尔比为1.2:1)，并持续搅拌，形成第二共混物；
171.(4)向第二共混物中缓慢滴加naoh溶液至ph＝6～8，持续搅拌至出现白色悬浊物停止搅拌，静置72h，获得沉淀物，沉淀物经洗涤、抽滤、冷冻干燥、粉碎和筛分，得到粒径为100-300μm的碳纳米管改性矿化胶原材料；
172.(5)将碳纳米管改性矿化胶原材料材料与改性碳纳米管按质量比0.2:1共混后，得到共混材料，并将所述共混材料加入到浓度为0.1g/ml的高聚物溶液(高聚物为聚己内酯，有机溶剂为1,4-二氧六环)中，共混材料和高聚物的质量比为0.5:1，得共混高聚物；
173.(6)将所述共混高聚物放入模具，经冷冻干燥，得到碳纳米管强化矿化胶原材料。
174.碳纳米管改性矿化胶原材料材料与改性碳纳米管按质量比小于本技术范围，得到的碳纳米管改性矿化胶原材料具有更好的力学性能，但生物性能有所下降。
175.对比例6制备的碳纳米管强化矿化胶原材料的抗压强度见表1。
176.对比例6制备的碳纳米管强化矿化胶原材料的相对增值率见表2。
177.表1
178.[0179][0180]
表2
[0181][0182]
由表1-2可知，实施例1-4制备得到的碳纳米管强化矿化胶原材料中羟基磷灰石和胶原的排列结构与骨组织中羟基磷灰石和胶原的排列结构相同的矿化胶原材料，具有优异的生物性能，同时具有优异的抗压性能；实施例1-4，随着改性碳纳米管与胶原的质量比增大，碳纳米管强化矿化胶原材料的抗压强度也得到了一定提升，表现出优异的力学性能；在进行细胞毒性测试时，相对增值率虽然较对比例有所下降，但相对增值率级别与对比例1相同。
[0183]
对比例1为直接制备矿化胶原材料，虽然具有优异的生物性能，但因未引入改性碳纳米管，力学性能明显不足；对比例2与实施例2的区别在于，碳纳米管未进行改性，因碳纳米管具有高度疏水性，其在胶原酸溶液中分散性差，在体外矿化过程中，矿化胶原不能均匀包裹碳纳米管，最终得到的碳纳米管强化矿化胶原材料的力学性能和生物性能均有所下降；对比例3因羟基磷灰石和胶原之间均未进行体外矿化，最终并未得到碳纳米管强化矿化胶原材料；对比例4与实施例2的区别在于，制备得到改性矿化胶原材料后，直接与高聚物溶液混合，未加入改性碳纳米管，最终得到的碳纳米管强化矿化胶原材料具有优异的生物性能，但力学性能明显低于实施例2；对比例5与实施例2的区别在于，碳纳米管改性矿化胶原
材料材料与改性碳纳米管按质量比大于本技术范围，得到的碳纳米管强化矿化胶原材料具有较高的生物性能，但力学性能明显下降；对比例6与实施例2的区别在于，碳纳米管改性矿化胶原材料材料与改性碳纳米管按质量比小于本技术范围，得到的碳纳米管强化矿化胶原材料具有更好的力学性能，但生物性能有所下降。
[0184]
综上，本发明制备的碳纳米管强化矿化胶原材料同时具备优异力学性能和生物性能。
[0185]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。