一种复合纳米纤维骨支架及其制备方法与流程

本发明属于生物医用材料与生物医学工程领域，具体涉及一种复合纳米纤维骨支架及其制备方法。

背景技术：

由于当代社会交通、体育等行业的高速发展、现代人生活压力的不断增加，因不良生活习惯、创伤、畸形、骨折不愈合、感染或肿瘤切除等原因造成的骨缺损尤其是大面积骨缺损在修复方面仍是一个挑战。为解决此问题，骨组织工程应运而生，其中制备良好的生物相容性、表面活性、骨传导性、骨诱导性等特性的理想骨支架材料是骨组织工程的核心问题，目前主要的研究就集中在复合材料人工骨支架上。

羟基磷灰石是人体和动物骨骼的主要无机成分。它能与机体组织在界面上实现化学键性结合，其在体内有一定的溶解度，能释放对机体无害的离子，能参与体内代谢，对骨质增生有刺激或诱导作用，能促进缺损组织的修复，显示出生物活性。phbv即新型生物高分子3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯的共聚物，在生物体内降解过程主要为水解，最终产物为水和二氧化碳，phbv最大的优势就在于其在生物体内降解时不会引起组织局部过酸而产生不良反应，因为具有良好的生物降解性、生物相容性、压电性及生物可吸收性等特性。钛酸钡(batio3)是一种强介电化合物材料，具有介电常数和压电效应。两者之间可以相互作用，共同作用于局部损伤的骨组织，加快组织愈合与修复。曾有人利用静电纺丝法制备了phbv-habr纳米纤维，将其用于组织工程骨支架，并与phbv-ha和phbv-br对照组相比较，研究了phbv-habr骨支架的机械性能以及生物活性与生物相容性。因此，利用普通静电纺丝法制备bt/ha/phbv复合纳米纤维骨支架，不仅可以优化骨支架的机械性能、生物活性及生物相容性，而且能够增加成骨促进性，加快组织愈合与修复，是用于骨组织工程骨支架材料的良好选择。

申请日为2019年3月27日，申请号为cn201910237059.5、公布日为2019年7月09日、公布号为cn110054491a、名称为《一种纳米氧化锌掺杂羟基磷灰石多孔生物陶瓷的制备方法》的发明专利申请公开了一种纳米氧化锌掺杂羟基磷灰石多孔生物陶瓷的制备方法，以纳米锌粉末和羟基磷灰石粉末为原料，利用放电等离子烧结方法制备出纳米氧化锌掺杂羟基磷灰石多孔生物陶瓷。制备出的多孔生物陶瓷成分纯净，材料的孔隙率可以达到40～70％且可控，而且纳米氧化锌的加入，能提高多孔生物陶瓷的成骨诱导能力，从而提高植入部位周围的骨形成能力。但该制备方法中氧化锌的环境友好性相较于phbv较低。

申请日为2018年6月29日，申请号为cn201810692561.0、公布日为2018年11月06日、公布号为cn108744049a、名称为《一种利用多巴胺修饰氧化石墨烯制备go-pda/phbv复合骨支架的方法》的发明专利申请公开了一种利用多巴胺修饰氧化石墨烯制备go-pda/phbv复合骨支架的方法，该方法在氧化石墨烯表面沉积多巴胺，得到go-pda粉末，go-pda粉末与phbv粉末通过液相混合后，固液分离，固体经过干燥和研磨，得到go-pda/phbv复合粉末；go-pda/phbv复合粉末通过选择性激光烧结得到go-pda/phbv复合骨支架该方法利用多巴胺修饰氧化石墨烯，来促进氧化石墨烯的分散，防止其团聚，同时对氧化石墨烯片尖锐边缘进行修饰，避免对正常细胞的损伤，能更好发挥go的生物活性，获得生物性能和机械性能更好的go-pda/phbv复合骨支架。但该制备方法操作复杂，工艺繁琐且成本较高。

申请日为2016年9月22日，申请号为cn201610842359.2、公布日为2017年2月15日、公布号为cn106400183a、名称为《一种聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)复丝及其制备方法》的发明专利申请公开了一种聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(phbv)复丝及其制备方法，该复丝的原料配比为：phbv为93～100份，无机成核剂含量为0～5份，抗氧化剂含量为0～2份。所得phbv复丝具有资源可再生、生物可降解、性能优异的特点，可广泛应用于服装、装饰和产业纺织品等领域。该方法操作简便，工艺简单但该制备方法所制备的聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(phbv)复丝生物活性与生物降解性较差。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是为了优化传统骨支架材料的机械性能与生物特性，提供一种制备简单、成本低廉、具有优异的机械性能、生物活性、生物相容性以及成骨促进性，更适用于骨组织工程复合纳米纤维骨支架材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种复合纳米纤维骨支架的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，制备ha前驱体：先称取ha纳米粉，量取30ml无水乙醇，混合用磁力搅拌机搅拌均匀后，移入超声清洗机中超声30min，得到ha溶液；

步骤2，制备钛酸钡前驱体：称取氯化钡，量取25ml去离子水，混合磁力搅拌5min，在此期间称取4.5g氢氧化钠、0.3g柠檬酸，待磁力搅拌均匀，缓慢且逐渐加入氢氧化钠，搅拌完全溶解使溶液呈现强碱体系，再将柠檬酸加入其中磁力搅拌5min，在此期间量得5ml钛酸丁酯，待结束搅拌后加入钛酸丁酯，再次磁力搅拌5min，得到钛酸钡前驱体；

步骤3，制备bt/ha粉末：将步骤1得到的ha溶液与钛酸钡前驱体溶液混合，磁力搅拌5min，结束后，超声5min，超声结束后移入高压反应釜中，放入干燥箱进行160℃，12h水热反应，然后空冷至室温，洗涤离心后烘干得到bt/ha粉末；

步骤4，制备纺丝液：取0.2gbt/ha与5ml氯仿混合搅拌30min，另取1gphbv商粉与10ml氯仿混合，搅拌均匀后，将两种溶液混合搅拌90min，制成纺丝液；

步骤5，使用标准的电纺设备对步骤4得到的bt/ha/phbv纺丝液进行静电纺丝，电纺纤维在锡纸上收集，制得bt/ha/phbv复合纳米纤维骨支架。

进一步地，所述步骤1中ha的质量为3.3g，摩尔质量为0.0033mol。

进一步地，所述步骤2中氯化钡的质量为2.5g，摩尔质量为0.01mol。

进一步地，所述步骤3中所制得bt/ha摩尔比为3:1。

进一步地，所述步骤5中静电纺丝的参数为：电压为13-19kv，推速为0.0010mm/s，接收距离为13.7cm。

一种使用上述制备方法制得的复合纳米纤维骨支架。

进一步地，所述制得的bt/ha复合产物为纳米球状颗粒，颗粒粒径为50-100nm，所述复合纳米纤维骨支架纤维直径为500nm-1μm。

本发明的有益效果是：

通过普通静电纺丝法，成功地制备了bt/ha/phbv复合纳米纤维骨支架。所制备的bt/ha/phbv复合纳米纤维骨支架纤维直径分布均匀，具有良好的亲水性，有利于骨组织细胞的粘附与生长；有一定的生物活性和降解性，有利于增加成骨促进性，加快骨组织的愈合和再生；并且成本较低、工艺简单，适用于骨组织工程中的骨缺损填充与骨组织修复，是一种具有应用前景的生物医药材料，能够用于临床骨组织修复的实际应用中。

附图说明

图1是为复合纳米纤维骨支架的制备方法流程图；

图2是利用本发明实施例2制备得到的bt/ha/phbv复合纳米的x射线衍射图谱；

图3是利用本发明实施例2制备得到的bt/ha/phbv的表面形貌图；

图4是利用本发明实施例2制备得到的bt/ha/phbv复合纳米的矿化形貌图；

图5是利用本发明实施例2制备得到的bt/ha/phbv复合纳米的降解形貌图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种复合纳米纤维骨支架的方法，具体操作步骤如下：

步骤1，制备ha前驱体

称取3.3g(0.0033mol)ha纳米粉，量取30ml无水乙醇，混合用磁力搅拌机搅拌均匀后，移入超声清洗机中超声30min，得到ha溶液；

步骤2，制备钛酸钡前驱体

称取2.5g(0.01mol)氯化钡，量取25ml去离子水，混合磁力搅拌5min，在此期间称取4.5g氢氧化钠、0.3g柠檬酸，待磁力搅拌均匀，缓慢且逐渐加入氢氧化钠，搅拌完全溶解使溶液呈现强碱体系，再将柠檬酸加入其中磁力搅拌5min，在此期间量得5ml钛酸丁酯，待结束搅拌后加入钛酸丁酯，再次磁力搅拌5min，得到钛酸钡前驱体；

步骤3，制备bt/ha粉末

将步骤1得到的ha与步骤2得到的钛酸钡前驱体溶液混合，磁力搅拌5min，结束后，超声5min，超声结束后移入高压反应釜中，放入干燥箱进行160℃，12h水热反应然后空冷至室温，洗涤离心后烘干得到bt/ha粉末；

步骤4，制备纺丝液

取0.2g步骤3得到的bt/ha与5ml氯仿混合搅拌30min，另取1gphbv商粉混合10ml氯仿，搅拌均匀后，将两溶液混合搅拌90min，制成纺丝液；

步骤5，静电纺丝制备bt/ha/phbv复合纳米纤维

将步骤4得到的bt/ha/phbv纺丝液，使用标准的电纺设备进行静电纺丝，静电纺丝时电压为13kv，推速0.0010mm/s，接收距离13.7cm，电纺纤维在锡纸上收集，制得bt/ha/phbv复合纳米纤维骨支架。

实施例2

一种复合纳米纤维骨支架的方法，具体操作步骤如下：

步骤1，制备ha前驱体

称取3.3g(0.0033mol)ha纳米粉，量取30ml无水乙醇，混合用磁力搅拌机搅拌均匀后，移入超声清洗机中超声30min，得到ha溶液；

步骤2，制备钛酸钡前驱体

称取2.5g(0.01mol)氯化钡，量取25ml去离子水，混合磁力搅拌5min，在此期间称取4.5g氢氧化钠、0.3g柠檬酸，待磁力搅拌均匀，缓慢且逐渐加入氢氧化钠，搅拌完全溶解使溶液呈现强碱体系，再将柠檬酸加入其中磁力搅拌5min，在此期间量得5ml钛酸丁酯，待结束搅拌后加入钛酸丁酯，再次磁力搅拌5min，得到钛酸钡前驱体；

步骤3，制备bt/ha粉末

将步骤1得到的ha与步骤2得到的钛酸钡前驱体溶液混合，磁力搅拌5min，结束后，超声5min，超声结束后移入高压反应釜中，放入干燥箱进行160℃，12h水热反应然后空冷至室温，洗涤离心后烘干得到bt/ha粉末；

步骤4，制备纺丝液

取0.2g步骤3得到的bt/ha与5ml氯仿混合搅拌30min，另取1gphbv商粉混合10ml氯仿，搅拌均匀后，将两溶液混合搅拌90min，制成纺丝液；

步骤5，静电纺丝制备bt/ha/phbv复合纳米纤维

将步骤4得到的bt/ha/phbv纺丝液，使用标准的电纺设备进行静电纺丝，静电纺丝时电压为15kv，推速0.0010mm/s，接收距离13.7cm。电纺纤维在锡纸上收集，制得bt/ha/phbv复合纳米纤维骨支架。

如图2所示，对所制备的bt/ha/phbv复合纳米纤维骨支架进行x射线衍射分析(xrd)，从图中可以看出材料中出现了phbv、ha和bt的特征峰，并且ha、bt衍射峰强度较高，结晶度较好。

如图3所示，利用扫描电镜(sem)对制备的纳米纤维形貌进行分析不存在断节，分支较少，均匀性较好，明显粗细较其他方案均匀，直径大约在500nm～1μm之间，成膜性较好，空隙程度较好。

如图4所示，将bt/ha/phbv复合纳米纤维浸泡在sbf中，在恒温37℃下浸泡11天，测试材料的矿化性能，发现纳米纤维表面出现明显的羟基磷灰石沉淀。

如图5所示，将bt/ha/phbv复合纳米纤维浸泡在pbs中，在恒温37℃下浸泡11天，测试材料的降解性能，发现纳米纤维表面出现明显的斑驳脱落现象，纳米纤维产生明显的降解。

实施例3

一种复合纳米纤维骨支架的方法，具体操作步骤如下：

步骤1，制备ha前驱体

称取3.3g(0.0033mol)ha纳米粉，量取30ml无水乙醇，混合用磁力搅拌机搅拌均匀后，移入超声清洗机中超声30min，得到ha溶液；

步骤2，制备钛酸钡前驱体

称取2.5g(0.01mol)氯化钡，量取25ml去离子水，混合磁力搅拌5min，在此期间称取4.5g氢氧化钠、0.3g柠檬酸，待磁力搅拌均匀，缓慢且逐渐加入氢氧化钠，搅拌完全溶解使溶液呈现强碱体系，再将柠檬酸加入其中磁力搅拌5min，在此期间量得5ml钛酸丁酯，待结束搅拌后加入钛酸丁酯，再次磁力搅拌5min，得到钛酸钡前驱体；

步骤3，制备bt/ha粉末

将步骤1得到的ha与步骤2得到的钛酸钡前驱体溶液混合，磁力搅拌5min，结束后，超声5min，超声结束后移入高压反应釜中，放入干燥箱进行160℃，12h水热反应然后空冷至室温，洗涤离心后烘干得到bt/ha粉末；

步骤4，制备纺丝液

取0.2g步骤3得到的bt/ha与5ml氯仿混合搅拌30min，另取1gphbv商粉混合10ml氯仿，搅拌均匀后，将两溶液混合搅拌90min，制成纺丝液；

步骤5，静电纺丝制备bt/ha/phbv复合纳米纤维将步骤4得到的bt/ha/phbv纺丝液，使用标准的电纺设备进行静电纺丝，静电纺丝时电压为19kv，推速0.0010mm/s，接收距离13.7cm。电纺纤维在锡纸上收集，制得bt/ha/phbv复合纳米纤维骨支架。