一種水滑石/殼聚糖三維多孔支架及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料、生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的人工骨修復(fù)材料的制備技術(shù)，具體涉及一種水滑石/殼聚糖三維多孔支架及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水滑石是一類具有層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氫氧化物，它是由帶正電荷的金屬氫氧化物層和層間平衡陰離子構(gòu)成，在催化、吸附、醫(yī)藥等方面有著廣泛的應(yīng)用。通式為[M2+! XM3+X (OH)2] (An)x7n.mH20，其中 M2+(M3+)、An、x、m 分別為二價(jià)(三價(jià))金屬陽離子、層間陰離子、M3+/ (M2++M3+)摩爾比及結(jié)晶水?dāng)?shù)量。M2+可以是Mg 2+、Ca' Sr2+、Ni2+等，M3+可以是Al3+、Fe3+等，由這些M 2+和M3+離子組合，可形成二元、三元甚至四元的LDHs。x值的大小直接影響產(chǎn)物組成，一般要合成純凈的LDHs必須滿足0.1 < X < 10，X值的變化可能導(dǎo)致不同結(jié)構(gòu)化合物的生成。天然的水滑石為鎂鋁水滑石，由其他二價(jià)及三價(jià)金屬離子組合形成的水滑石稱為類水滑石，類水滑石可以是鈣鋁水滑石、鎳鐵水滑石、鎂鍶鐵水滑石、鎂鐵水滑石等。
[0003]水滑石層板內(nèi)存在強(qiáng)共價(jià)鍵作用，層間則存在一種弱相互作用力，即層間客體陰離子與主體層板之間以靜電引力、氫鍵或范德華力等弱化學(xué)鍵連接，且主、客體都以有序的方式排列形成超分子結(jié)構(gòu)(復(fù)合)化合物.這些特性使得水滑石能夠與藥物通過插層形成雜種分子應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域.水滑石不僅能作為生物相容性較好的藥物載體，還可顯著推進(jìn)藥物的運(yùn)送效率.并能增加藥物的水溶性，有效控制藥物釋放，提高藥物使用效率。
[0004]殼聚糖(chitosan，CS)是自然界存在的惟一的天然堿性多糖，具有無毒性、無刺激性、無免疫抗原性、無熱原反應(yīng)、不溶血、良好的抑菌性、生物相容性和生物可降解性等，使其成為一種理想的安全可靠的天然生物活性材料，在皮膚組織工程骨、軟骨、神經(jīng)、肌腱、血管、肝臟、心臟瓣膜、角膜等各種組織工程及創(chuàng)傷修復(fù)等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，近年來殼聚糖納米纖維的制備以及在組織工程中的應(yīng)用也引起了廣泛關(guān)注，若能將殼聚糖與其他不同種類材料(如水滑石)復(fù)合，通過優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可望得到具有較優(yōu)生物活性、生物相容性的生物骨組織工程材料。
[0005]本發(fā)明就是以生物礦化法制備一種水滑石/殼聚糖三維多孔支架，所得的支架材料不僅展現(xiàn)出水滑石良好的藥物載體性能，還能夠發(fā)揮殼聚糖優(yōu)良的生物相容性和生物活性，此外，天然殼聚糖有機(jī)質(zhì)的引入還能賦予生物支架材料一種抗菌性能。由此可見，所制備的一種水滑石/殼聚糖三維多孔支架在骨組織工程領(lǐng)域具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值和較尚的社會(huì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提供一種水滑石/殼聚糖三維多孔支架，具有優(yōu)良力學(xué)性能、生物活性、生物相容性，是一種新型復(fù)合骨修復(fù)支架材料。
[0007]本發(fā)明還提供了上述支架材料的制備方法。
[0008]本發(fā)明以高分子聚合物殼聚糖多孔支架和水滑石為骨修復(fù)填充材料制備而成，制備過程包括以下步驟:(I)配制含有殼聚糖、二價(jià)金屬離子M2+與三價(jià)金屬離子M3+的水滑石/殼聚糖漿料；(2)將含M2+、M3+的殼聚糖的漿料冷凍成型得水滑石/殼聚糖的三維多孔支架；(3)將含M2+、M3+的水滑石/殼聚糖三維多孔支架經(jīng)過堿液處理，轉(zhuǎn)化為水滑石/殼聚糖三維多孔支架。
[0009]具體技術(shù)方案如下:
[0010](I)制備水滑石前驅(qū)體/殼聚糖漿料:在殼聚糖的酸性溶液中加入可溶性二價(jià)金屬鹽和可溶性三價(jià)金屬鹽并攪拌至完全溶解，得到水滑石前驅(qū)體/殼聚糖漿料；可溶性二價(jià)金屬鹽的二價(jià)金屬離子與可溶性三價(jià)金屬鹽的三價(jià)金屬離子摩爾比為0.01?10:1 ;
[0011]所述的可溶性二價(jià)金屬鹽選自鎂鹽、鈣鹽、鍶鹽、鎳鹽，或者其任意的混合物，可溶性三價(jià)金屬鹽為鋁鹽或鐵鹽；
[0012]所述殼聚糖的酸性溶液中，含有0.005g/L?飽和殼聚糖；
[0013]所述的二價(jià)金屬離子和三價(jià)金屬離子總量與殼聚糖的用量比為I?25mmol:lg ；
[0014](2)真空冷凍干燥成型:將步驟(I)的水滑石前驅(qū)體/殼聚糖漿料倒入模具中，在-85?0°C的溫度、I?50pa的真空度條件下處理Imin?720hr，真空冷凍干燥成型，制得含水滑石前驅(qū)體/殼聚糖的三維多孔支架；
[0015](3)堿液處理:將步驟(2)的含水滑石前驅(qū)體/殼聚糖的三維多孔支架在堿性溶液中，于20?200°C、常壓?30Mpa下處理I?72hr，并洗滌至中性(優(yōu)選的，用去離子水清洗至PH?7.0)，冷凍干燥后得到水滑石/殼聚糖三維多孔支架；
[0016]所述的堿性溶液含有氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀中的至少一種，濃度為0.0001M?飽和溶液。
[0017]優(yōu)選的，步驟(I)中，所述的殼聚糖酸性溶液中，含有5g/L?飽和殼聚糖，以及體積比0.5%?5%的有機(jī)酸或質(zhì)量比0.2%?1%的鹽酸。更優(yōu)選的，所述的殼聚糖酸性溶液中，含有10?50g/L殼聚糖；所述的有機(jī)酸為乙酸。
[0018]滑石前驅(qū)體/殼聚糖漿料中，二價(jià)金屬離子和三價(jià)金屬離子總量的濃度為0.01?
0.5mol/L0所述的可溶性二價(jià)金屬鹽選自醋酸鎂、硫酸鎂、氯化鎂、硝酸鎂、氟化鎂、醋酸鈣、氯化鈣、硝酸鈣、硝酸鍶、氯化鍶、醋酸鍶、硝酸鎳、醋酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳中的至少一種；所述的可溶性三價(jià)金屬鹽選自硫酸鋁、氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鐵、氯化鐵和硝酸鐵中的至少一種。
[0019]優(yōu)選的，步驟(I)中，所述的可溶性二價(jià)金屬鹽為鎂鹽、可溶性三價(jià)金屬鹽為鋁鹽時(shí)；二價(jià)金屬離子與三價(jià)金屬離子摩爾比為0.01?10:1，更優(yōu)選為I?5:1 ;其總量與殼聚糖的用量比為I?15mmol:lg0
[0020]優(yōu)選的，當(dāng)步驟(I)中選用的可溶性二價(jià)金屬鹽為鎂鹽、鎳鹽、鍶鹽或者其混合物時(shí)，可溶性二價(jià)金屬鹽為鐵鹽時(shí)，二價(jià)金屬離子與三價(jià)金屬離子摩爾比為I?5:1 ;可溶性三價(jià)金屬鹽為鋁鹽、可溶性二價(jià)金屬鹽為媽鹽時(shí)，二價(jià)金屬離子與三價(jià)金屬離子摩爾比為I?5:1。此時(shí)二價(jià)金屬離子和三價(jià)金屬離子總量與殼聚糖的用量比為2?5mmol:lg。
[0021]優(yōu)選的，步驟(2)的冷凍干燥的條件為:-85?_60°C的溫度、I?1pa的真空度條件下處理24?120hr。
[0022]優(yōu)選的，步驟(3)中，在常壓?2Mpa、20?100°C下處理4?48hr ;所述堿性液體含有:
[0023](a)氫氧化鈉或氫氧化鉀中的至少一種，總濃度為0.05?0.2mol/L ；
[0024](b)碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸銨或碳酸氫鉀中的至少一種，總濃度為 0.05 ?0.2mol/L0
[0025](3)堿液處理:將步驟(2)中得到的三維多孔支架置于堿溶液或者呈堿性的鹽溶液中反應(yīng)Ih?72h ;取出支架用去離子水清洗至pH?7.0，冷凍干燥，得到水滑石/殼聚糖三維多孔支架。
[0026]用上述方法所制備的水滑石/殼聚糖三維多孔支架，由殼聚糖和水滑石組成，所形成的水滑石為片狀結(jié)構(gòu)，且片與片之間形成了大小不一、有序排列的孔結(jié)構(gòu)；這種多孔支架具有三維貫通的大孔結(jié)構(gòu)，孔徑為5?500 μ m，孔隙率為10%?95% ;優(yōu)選的，孔徑分布主要為80?240 μm ;優(yōu)選的，孔隙率為85%?95%。所述的水滑石可以是鎂鋁水滑石、鈣鋁水滑石、鎳鋁水滑石、鎳鐵水滑石、鎂鐵水滑石、鎂鍶鐵水滑石等。
[0027]這種水滑石/殼聚糖三維多孔支架，具有良好生物學(xué)性能，水滑石均勻生長(zhǎng)于殼聚糖的三維多孔支架表面，所形成的水滑石/殼聚糖三維多孔支架為片狀結(jié)構(gòu)，片與片之間形成大小不一、有序排列的孔結(jié)構(gòu)。
[0028]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0029](I)本發(fā)明制備的一種水滑石/殼聚糖三維多孔支架材料充分發(fā)揮了水滑石及殼聚糖兩者的優(yōu)勢(shì)，使支架材料不僅具有良好的力學(xué)性能，還具有良好的生物活性、生物相容性及低免疫原性，是一種優(yōu)良的骨修復(fù)材料。
[0030](2)本發(fā)明制備的一種水滑石/殼聚糖三維多孔支架，其水滑石為片狀結(jié)構(gòu)，片與片之間形成大小不一、有序排列的孔結(jié)構(gòu)，此片狀與多孔結(jié)構(gòu)極大提高了材料的比表面積，有利于藥物負(fù)載，促進(jìn)新骨的迅速形成。
[0031](3)本發(fā)明制備的一種水滑石/殼聚糖三維多孔支架，引入的有機(jī)質(zhì)殼聚糖，賦予了支架材料一種抗菌性能。
[0032](4)本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單、成本投入低、可操作性強(qiáng)、周期短，幾乎無廢棄物產(chǎn)生，是一種既