本發(fā)明屬于生物材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無機(jī)/有機(jī)雙相氧化石墨烯復(fù)合骨修復(fù)支架材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

臨床上由先天性缺陷及創(chuàng)傷、感染、骨質(zhì)疏松等因素造成的骨組織缺損是骨科常見的疾病，骨組織缺損后的修復(fù)重建一直是骨科面臨的難題之一。盡管人體骨具有一定的再生和自修復(fù)能力，但隨著年齡的增長和身體素質(zhì)的不同，在單純依靠自身修復(fù)無法愈合的情況下，則需采用骨移植手術(shù)進(jìn)行治療。用于骨缺損修復(fù)的骨替代材料和骨組織工程人工材料，是組織工程和生物材料學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)問題。

20世紀(jì)末至21世紀(jì)初，碳納米管和氧化石墨烯的發(fā)現(xiàn)，不僅擴(kuò)展了碳元素家族，也推動(dòng)了人們對碳系元素的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。氧化石墨烯（graheneoxide，go）是石墨烯功能化的衍生物，其骨架結(jié)構(gòu)與石墨烯類似，為接近平面的二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。氧化石墨烯碳原子排列的片層結(jié)構(gòu)表面含有多種含氧基團(tuán)，如羰基（c=o）、羧基（-cooh）、羥基（-oh）和環(huán)氧基（c-o-c）等，它們賦予了氧化石墨烯一些新的特性，如層間距顯著增大、片層間同種電性的相互排斥，使氧化石墨烯具有更好的分散性；優(yōu)異的抗菌性；突出的機(jī)械性能和良好的生物相容性。

膠原做為天然骨的主要成分，是骨形成過程中生物礦化的模板，其生物礦化是人和脊椎動(dòng)物生成骨、牙齒等組織的必經(jīng)過程。膠原擁有良好的成型加工性和生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，但機(jī)械強(qiáng)度不足、抑菌強(qiáng)度差等缺陷限制了其更廣泛的應(yīng)用。

通過模擬天然骨的成分和結(jié)構(gòu)，采用原位仿生礦化方法制備膠原/納米羥基磷灰石(col/n-ha)材料，并在此基礎(chǔ)上制備的骨組織修復(fù)工程支架能夠滿足醫(yī)學(xué)及臨床需要，是近年來的研究熱點(diǎn)。

生物礦化是生物體內(nèi)形成礦物質(zhì)的過程，指在一定的生理環(huán)境中，生物大分子和無機(jī)物離子在誘導(dǎo)因子作用下，在界面處的相互作用，將溶液中的無機(jī)離子轉(zhuǎn)化為無機(jī)礦物相析出的過程，從而形成具有特殊多級結(jié)構(gòu)和組裝方式的生物礦化材料，如骨、牙齒和貝殼等。仿生礦化研究是目前仿生材料領(lǐng)域一個(gè)重要的研究方向，其以研究生物體中的礦物質(zhì)為基礎(chǔ)，目的是在對生物礦化材料和環(huán)境條件了解的基礎(chǔ)上，模仿生物體礦化的過程，合成具有與天然生物組織具有相似結(jié)構(gòu)和性能的礦物材料。具體過程是在體外模擬體液環(huán)境，以支架材料為模板，在其表面形成目標(biāo)無機(jī)礦化物，從而制備出具有獨(dú)特目的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的仿生復(fù)合材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種無機(jī)/有機(jī)雙相氧化石墨烯復(fù)合骨修復(fù)支架材料及其制備方法，該復(fù)合骨修復(fù)支架材料具有疏松多孔、孔隙率高、生物相容性良好等特點(diǎn)，適用于骨組織缺損修復(fù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種無機(jī)/有機(jī)雙相氧化石墨烯復(fù)合骨修復(fù)支架材料，其采用模擬體液法對膠原/氧化石墨烯基質(zhì)模板進(jìn)行原位礦化，從而在基質(zhì)模板上原位結(jié)晶制備所述無機(jī)/有機(jī)雙相氧化石墨烯復(fù)合骨修復(fù)支架材料；

所述膠原/氧化石墨烯基質(zhì)模板中，膠原和氧化石墨烯的質(zhì)量比為1:0.01~0.04。

所述膠原來源于魚皮、豬皮、牛皮或牛腱。

所述無機(jī)/有機(jī)雙相氧化石墨烯復(fù)合骨修復(fù)支架材料的制備方法包括以下步驟：

（1）將氧化石墨烯粉末溶于去離子水，200w功率下超聲120min，得到1g/ml分散均勻的氧化石墨烯水溶液；

（2）將膠原溶于體積濃度為0.4%的丙二酸溶液中，充分?jǐn)嚢柚敝镣耆芙猓玫劫|(zhì)量濃度0.6%的膠原溶液；

（3）將所得氧化石墨烯水溶液與膠原溶液攪拌均勻后，冷凍干燥并進(jìn)行交聯(lián)；

（4）將交聯(lián)得到的膠原/氧化石墨烯基質(zhì)模板進(jìn)行原位礦化后，用蒸餾水進(jìn)行洗滌，除去表面黏附的sbf溶液離子，再經(jīng)真空冷凍干燥制得所述無機(jī)/有機(jī)雙相氧化石墨烯復(fù)合骨修復(fù)支架材料。

交聯(lián)所用交聯(lián)劑是將30.026gd-核糖、100ml丙酮與20ml氨水混合后，加純水定容至1000ml制成。

所述原位礦化是將交聯(lián)后的膠原/氧化石墨烯基質(zhì)模板用γ射線輻照滅菌后，在無菌條件下浸泡于1.5×sbf溶液中，并置于37℃恒溫低速搖床中礦化反應(yīng)3天，期間每24h更換新鮮sbf溶液。

所述氧化石墨烯的合成方法如下：

（1）將108ml濃h2so4和12mlh3po4冰浴攪拌10min，在強(qiáng)烈攪拌的同時(shí)依次加入5.0g粒徑≤30μm的石墨粉和2.5gnano3；

（2）在控制反應(yīng)溫度不高于5℃的條件下，將15.0gkmno4分3-5次緩慢加入到步驟1）所得混合物中，冰浴攪拌反應(yīng)3h后，移至40℃水浴中繼續(xù)攪拌60min；

（3）將步驟2）所得混合液迅速升溫至98℃，并保溫60min，在此過程中持續(xù)加入去離子水至溶液總體積達(dá)400ml；5min后加入15mlh2o2去除多余的氧化劑；

（4）將混合溶液離心，所得沉淀用超純水和體積濃度5%的hcl溶液重復(fù)洗滌，直至洗出液中無硫酸根離子檢出為止，再經(jīng)冷凍干燥，得到單層片狀結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯粉末。

本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）本發(fā)明以膠原/氧化石墨烯為基質(zhì)模板，利用模擬體液浸泡對其進(jìn)行礦化反應(yīng)，制備得到無機(jī)/有機(jī)雙相氧化石墨烯復(fù)合骨修復(fù)支架材料，所得材料疏松多孔，生物相容性良好。

（2）d-核糖無細(xì)胞毒性，本發(fā)明中以d-核糖替代傳統(tǒng)使用的甲醛為原料制備交聯(lián)劑，利用其可與膠原反生美拉德反應(yīng)，使所形成的膠原纖維排列更加致密有序，從而獲得優(yōu)異的交聯(lián)效果。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1所制備膠原/氧化石墨烯基質(zhì)模板的斷面結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖。

圖2為實(shí)施例1所制備基質(zhì)模板經(jīng)礦化反應(yīng)后所得氧化石墨烯復(fù)合骨修復(fù)支架材料的表面掃描電鏡圖。

圖3為實(shí)施例1所制備基質(zhì)模板經(jīng)礦化反應(yīng)后所得氧化石墨烯復(fù)合骨修復(fù)支架材料的x-射線粉末衍射圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明所述的內(nèi)容更加便于理解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明所述的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明，但是本發(fā)明不僅限于此。

實(shí)施例1

（1）氧化石墨烯的合成

首先量取108ml濃h2so4和12?mlh3po4加入到500ml三口燒瓶中，冰浴攪拌10min，在強(qiáng)烈攪拌的同時(shí)依次加入5.0g的石墨粉（粒徑≤30μm）和2.5g的nano3；在控制反應(yīng)溫度不高于5℃的條件下，將15.0gkmno4分3-5次緩慢加入到上述混合物中，冰浴攪拌反應(yīng)3h后，移至40℃水浴中持續(xù)攪拌60min；隨后將混合液迅速升溫至98℃，并保溫60min，在此過程中持續(xù)加入去離子水至混合液總體積達(dá)400ml；5min后加入15mlh2o2去除多余的氧化劑；將混合溶液離心，所得沉淀用超純水和體積濃度5%的hcl溶液重復(fù)洗滌，直至洗出液中無硫酸根離子被檢出，再經(jīng)冷凍干燥得到單層片狀結(jié)構(gòu)的go粉末；

（2）氧化石墨烯溶液的制備

將氧化石墨烯粉末溶于去離子水，并在200w功率下超聲120min，得到1g/ml分散均勻的氧化石墨烯水溶液；

（3）膠原溶液的制備

將購得的牛腱膠原冷凍干燥后，稱取0.6g，溶于體積濃度為0.4%的丙二酸溶液中，充分?jǐn)嚢柚敝镣耆芙?，制備得到質(zhì)量濃度為0.6%的膠原溶液；

（4）膠原/氧化石墨烯基質(zhì)模板的制備

取所制備的氧化石墨烯水溶液4ml與96g膠原溶液均勻混合，得到膠原/氧化石墨烯混合溶液；將混合溶液冷凍干燥48h后，在交聯(lián)液中進(jìn)行交聯(lián)（所用交聯(lián)液是以30.026gd-核糖、100ml丙酮與20ml氨水加水配成1000ml）；交聯(lián)后的復(fù)合材料用去離子水反復(fù)沖洗，再經(jīng)冷凍干燥后，即得到氧化石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的膠原/氧化石墨烯基質(zhì)模板。

實(shí)施例2

在實(shí)施例一中，將氧化石墨烯水溶液2ml與98g膠原溶液混合均勻，其他步驟與實(shí)施例一相同，制備氧化石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的膠原/氧化石墨烯基質(zhì)模板。

實(shí)施例3

在實(shí)施例一中，將氧化石墨烯水溶液1ml與99g膠原溶液混合均勻，其他步驟與實(shí)施例一相同，制備氧化石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的膠原/氧化石墨烯基質(zhì)模板。

將實(shí)施例1制備的膠原/氧化石墨烯基質(zhì)模板用γ射線輻照滅菌后，無菌條件下浸泡于1.5倍模擬體液（1.5×sbf）中（模擬體液配制方法見表1），并置于37℃恒溫低速搖床中進(jìn)行礦化反應(yīng)3天，期間每24h更換新鮮sbf溶液，反應(yīng)結(jié)束后，取出樣品用蒸餾水洗滌，再經(jīng)真空冷凍干燥除去水分，即得到相應(yīng)骨修復(fù)支架材料。

表1模擬體液的配制方法（1000ml）

圖1、2分別為實(shí)施例1膠原/氧化石墨烯基質(zhì)模板及其礦化后所得復(fù)合骨修復(fù)支架材料的掃描電鏡圖。由圖可見，于模擬體液中浸泡礦化后，支架材料表面有新物質(zhì)沉積。

圖3為實(shí)施例1膠原/氧化石墨烯基質(zhì)模板經(jīng)礦化反應(yīng)后所得復(fù)合骨修復(fù)支架材料的xrd圖。由圖可見，支架材料表面及孔壁有納米羥基磷灰石生成，表明無機(jī)/有機(jī)雙相氧化石墨烯復(fù)合骨修復(fù)支架材料成功制備。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。