一種高強度連續梯度復合支架及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種高強度連續梯度復合支架，涉及生物醫學材料領域，由水凝膠和磁性復合納米粒子組成，磁性復合納米粒子在高強度連續梯度復合支架的頂部和底部的重量百分含量分別為0%和8%~70%，磁性復合納米粒子的重量百分含量從高強度連續梯度復合支架的頂部至底部逐漸增多形成連續梯度分布；水凝膠為聚乙烯醇的水凝膠或者聚乙烯醇與天然材料兩者的水凝膠。本發明專利技術高強度連續梯度復合支架解決了傳統多層支架的界面缺陷問題，能夠在保持支架具備力學性能和生物功能的同時，更好地滿足骨軟骨天然結構的多層次要求。本發明專利技術還公開了一種高強度連續梯度復合支架的制備方法，其易于實施和控制，具有廣闊的應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于生物醫學材料及其制備領域，具體涉及用于骨軟骨缺損修復的高強度連續梯度復合支架及其制備方法。
技術介紹
天然骨軟骨為軟骨層、鈣化層和軟骨下骨層的多層次結構，采用骨軟骨組織工程的方法修復骨軟骨缺損經歷了單層支架、雙層支架和三層支架三個階段。單層支架的設計僅考慮到上層的軟骨層，忽略了下層的骨層，難以滿足天然骨軟骨的結構要求，因此，構建雙層支架修復骨軟骨缺損成為必然。雙層支架考慮到仿生模擬上層的軟骨結構和下層的骨結構，在治療骨軟骨缺損方面取得了一定的療效，但忽略了中間層ー I丐化層，雙層支架缺少了鈣化層這一中間層，很容易使軟骨和軟骨下骨分層，甚至使軟骨從軟骨下骨的骨面脫落， 嚴重影響治療效果。為了進一步完善支架的設計，研究者隨即開始了三層支架的研究，三層支架更精確的模擬了軟骨層-鈣化層-軟骨下骨層的結構，向生物仿生的方向又邁進了一止/J/ o雙層支架和三層支架的構建方法相似，各層支架分別制備，隨后采用膠粘、縫合等方式結合在一起。由干支架層間存在物理界面的缺陷，支架不是ー個連續的整體，難以承受關節運動時所產生的較大負荷，易使支架層間產生裂紋、剝落，進而影響支架的整體力學性能和界面的生物功能，最終影響支架與周圍宿主組織之間的融合。因此，如何從根本上克服層間存在的界面問題是當今多層支架面臨的共同問題。聚こ烯醇(PVA)水凝膠具有與關節軟骨相似的力學性能。羥基磷灰石(HAP)是骨組織中的主要無機成分，具有良好的骨傳導性和生物活性，能夠與骨組織形成骨鍵合，被廣泛應用于骨軟骨和骨修復。與羥基磷灰石(HAP)相比，納米羥基磷灰石(nHAP)具有溶解度較高、表面能較大、吸附性更強、斷裂韌性和力學性能增強以及更佳的成骨活性等優點。公開號為CN 101020083A的中國專利技術專利申請公開了ー種具有仿生功能界面骨軟骨復合組織一體化工程支架，從上至下由軟骨層、鈣化層和軟骨下骨層組成，軟骨層由11型膠原和殼聚糖組成，II型膠原/殼聚糖以共價鍵形式連接，鈣化層由II型膠原和羥基磷灰石組成，II型膠原/羥基磷灰石以共價鍵形式連接，軟骨下骨層由I型膠原和羥基磷灰石組成，I型膠原/羥基磷灰石以共價鍵形式連接，在軟骨層和軟骨下骨層內都設置有ー個以上的空隙，空隙的孔徑為100 u nT500 u m,雖然該技術方案中軟骨層材料具有較好的生物相容性，軟骨下骨層中羥基磷灰石可以具有較好的機械強度，鈣化層的材料加強了組織間的連接強度，但是II型膠原、殼聚糖、I型膠原均沒有較好的力學性能，單純地依靠羥基磷灰石以及層中組分的相應設置來増加力學強度，其仿生功能界面骨軟骨復合組織一體化工程支架仍然會存在強度不佳的缺點。
技術實現思路
本專利技術提供了一種高強度連續梯度復合支架，解決了傳統多層支架的界面缺陷問題，能夠在保持支架具備力學性能和生物功能的同時，更好地滿足骨軟骨天然結構的多層次要求。—種高強度連續梯度復合支架，由水凝膠和磁性復合納米粒子組成，其中，所述的磁性復合納米粒子在所述高強度連續梯度復合支架的頂部和底部的重量百分含量分別為0%和89Γ70%，所述的磁性復合納米粒子的重量百分含量從所述高強度連續梯度復合支架的頂部至底部逐漸增多形成連續梯度分布；所述的水凝膠為聚乙烯醇的水凝膠或者聚乙烯醇與天然材料兩者的水凝膠；所述的磁性復合納米粒子為納米羥基磷灰石/鐵的氧化物的磁性復合納米粒子(m-nHAP)o所述的鐵的氧化物為三氧化二鐵(即氧化鐵)或四氧化三鐵。 當磁性復合納米粒子在高強度連續梯度復合支架的底部的重量百分含量小于8%時，骨中的成骨細胞的粘附和增殖會明顯降低，不利于成骨細胞的生長，當磁性復合納米粒子在高強度連續梯度復合支架的底部的重量百分含量大于70%時，高強度連續梯度復合支架的壓縮強度會明顯下降，孔徑過大，不利于成骨細胞的生長。所述高強度連續梯度復合支架的頂部是指距離其頂面小于等于其高度15%的部分，所述高強度連續梯度復合支架的底部是指距離其底面小于等于其高度15%的部分。作為優選，所述的天然材料為I型膠原(Col I)、II型膠原(Col II)、明膠(Gelatin)等中的一種或兩種以上。本專利技術高強度連續梯度復合支架從另一個角度出發，跳出了多層支架傳統的構建思路，使磁性復合納米粒子在本專利技術高強度連續梯度復合支架內部形成連續梯度分布的結構。聚乙烯醇力學性能較佳，天然材料具有較好的生物相容性以及促軟骨活性，所述的磁性復合納米粒子由具有較佳成骨活性的納米羥基磷灰石(nHAP)與具有較好生物相容性和生物安全性的鐵的氧化物(三氧化二鐵或四氧化三鐵)復合形成。本專利技術高強度連續梯度復合支架以力學性能較好的聚乙烯醇為支架材料，同時引入具有連續梯度分布的磁性復合納米粒子共同構建骨軟骨組織工程支架，使得本專利技術高強度連續梯度復合支架在保持支架具備力學性能和生物功能的同時，更好的滿足了骨軟骨天然結構(軟骨層-鈣化層-軟骨下骨層)的多層次要求。作為優選，所述的高強度連續梯度復合支架上有孔徑為I μ m 50 μ m的孔，合適的孔徑適合細胞生長，所述的高強度連續梯度復合支架的吸水率為50% 90%。本專利技術高強度連續梯度復合支架中，由上至下，磁性復合納米粒子從無到有，由少增多，形成連續梯度分布，其余為水凝膠，作為優選，所述的磁性復合納米粒子在所述高強度連續梯度復合支架的頂部和底部的重量百分含量分別為0%和35°/Γ70%，能夠具有較佳的力學性能和孔徑，并且非常有利于成骨細胞的生長，在滿足了骨軟骨天然結構的多層次要求下，使得本專利技術高強度連續梯度復合支架具有高強度的力學性能。本專利技術還提供了一種高強度連續梯度復合支架的制備方法，避免了多層支架的傳統構建方法導致的界面缺陷問題，采用磁場誘導的方法使納米羥基磷灰石/鐵的氧化物的磁性復合納米粒子在本專利技術高強度連續梯度復合支架內部形成連續的梯度分布。一種高強度連續梯度復合支架的制備方法，包括以下步驟I)將聚乙烯醇或者聚乙烯醇與天然材料溶解于水中，得到聚合物溶液；2)將納米羥基磷灰石/鐵的氧化物(三氧化ニ鐵或四氧化三鐵)的磁性復合納米粒子分散在水中，經超聲分散得到磁性復合納米粒子懸浮液；3)將步驟I)中的聚合物溶液和步驟2)中的磁性復合納米粒子懸浮液混合均勻，得到混合液，將混合液注入模具，在凝膠化以前通過磁場誘導方法將混合液中的納米羥基磷灰石/鐵的氧化物的磁性復合納米粒子呈連續梯度分布，之后采用循環冷凍解凍的方法使混合液凝膠化，得到高強度連續梯度復合支架。步驟I)中，作為優選，所述的聚合物溶液中聚こ烯醇的重量百分含量為2% 10%，能夠有效提高高強度連續梯度復合支架的力學 強度。天然材料的添加量為少量。步驟2)中，納米羥基磷灰石/鐵的氧化物的磁性復合納米粒子(m-nHAP)可參照現有公開文獻“開發釕-羥基磷灰石封裝的Y-Fe2O3的納米晶作為ー種有效的分子氧氧化催化劑”制備(Mori K，Kanai S，Hara T, Mizugaki T, Ebitani K, Jitsukawa K，etal. Development of ruthenium-hydroxyapatite-encapsulated superparamagneticgamma-Fe203 nanocrystallites as an efficien本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高強度連續梯度復合支架，其特征在于，由水凝膠和磁性復合納米粒子組成，其中，所述的磁性復合納米粒子在所述高強度連續梯度復合支架的頂部和底部的重量百分含量分別為0%和8%~70%，所述的磁性復合納米粒子的重量百分含量從所述高強度連續梯度復合支架的頂部至底部逐漸增多形成連續梯度分布；所述的水凝膠為聚乙烯醇的水凝膠或者聚乙烯醇與天然材料兩者的水凝膠；所述的磁性復合納米粒子為納米羥基磷灰石/鐵的氧化物的磁性復合納米粒子。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：侯瑞霞，付俊，程亞軍，張國花，
申請(專利權)人：中國科學院寧波材料技術與工程研究所，
類型：發明
國別省市：