一種羥基磷灰石-石墨烯-殼聚糖三元交聯還原復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高分子復合材料技術領域，尤其涉及的是一種羥基磷灰石-石墨烯-殼聚糖三元交聯還原復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]羥基磷灰石是人骨中無機物的主要成分，具有很好的生物相容性，生物可降解性，同時也有很好的誘導骨生長的功效。目前，商用的人工骨材料幾乎都含有羥基磷灰石這種成分，常用的有羥基磷灰石生物陶瓷，珊瑚羥基磷灰石，但它們都存在HA植入體內后會有大量流失，材料太硬，難塑形等缺點。
[0003 ] HA-CS復合材料用于骨組織材料已有較長的歷史，文獻中有大量報道。CS在體內能降解成為氨基葡萄糖，氨基葡萄糖呈中性或弱堿性，不會引起局部發炎，并可被人體完全吸收。CS還能促進骨細胞和成纖細胞的黏附，分化和增殖。CS和HA均都具有良好的生物相容性，適合用于制備骨修復材料。但CS存在強度低和濕態環境下強度損失過快的問題，而HA則存在脆性大，塑型難的問題。因此將CS和HA進行復合得到的材料既具有CS的柔性和韌性，又具有HA的強度和硬度，能把二者的生物活性結合起來。近年來，兩者的復合方法也從簡單的溶液混合轉變為原位沉淀進一步增加了材料的強度，使其更適合作為骨組織工程支架材料或骨組織替代物。
【發明內容】
[0004]本發明旨在提供一種制備具有高空隙率的微觀結構、并有良好的生物活性、高的抗水性以及機械強度，能夠長期穩定保存HA以防止其受體液沖刷而流失的殼聚糖(CS)-石墨烯(G)-羥基磷灰石(HA)三元復合骨組織材料及其制備方法。用該方法制備的骨組織材料由于還原和交聯過程的同時原位進行，使三種組分在溶液中發生自助裝得到能夠較好固定HA的微觀結構。
[0005]本發明的技術方案為:
[0006]一種羥基磷灰石-石墨烯-殼聚糖三元交聯還原復合材料的制備方法，在三元交聯還原復合材料的制備過程中，CS的交聯反應與石墨烯前驅體氧化石墨烯GO的還原反應同時原位進行;GO原位還原的形成的石墨烯網絡結構與原位交聯的CS聚合物網絡結構復合形成復合網絡結構，HA納米粒子則均勻分布于所形成的復合網絡結構中。
[0007]所述的制備方法，具體包括以下步驟:將GO溶于蒸餾水，并超聲分散;取HA粉末加入GO水溶液中，用磁力攪拌使其均勻分散于溶液中形成GO-HA溶液，再將GO-HA溶液超聲分散得到褐色均勻溶液；向所述褐色均勻溶液中加入冰乙酸，并加入CS粉末，磁力攪拌，使CS充分溶解，得到粘稠的褐色溶液；向所述粘稠的褐色溶液中加入NaVC還原G0，隨即加入交聯劑GLP溶液，磁力攪拌1min，使NaVC，GLP充分分散溶解于體系中；將得到的粘稠褐色溶液至于烘箱中放置24小時，即得到HA-G-CS水凝膠。
[0008]所述的制備方法，具體包括以下步驟:
[0009](I)配制氧化石墨烯(GO)水溶液:將GO溶于蒸餾水，并600W超聲30min;
[0010](2)配制京尼平(GLP)溶液:稱取適量GLP于燒杯中，加入一定量的乙醇，500r/min磁力攪拌30min使GLP溶解，然后用乙醇溶液定容于I OmL容量瓶中備用；
[0011 ] (3)配制GO-HA溶液:稱取一定量的HA粉末加入GO水溶液中，用500r/min磁力攪拌1min使其均勻分散于溶液中，再將GO-HA溶液600W超聲30min，得到褐色均勻溶液；
[0012](4)配制HA-GO-CS溶液:向步驟(3)所得的溶液中加入少量冰乙酸，并加入一定量CS粉末，500r/min磁力攪拌2h，使CS充分溶解，得到粘稠的褐色溶液；
[0013](5)加入還原劑和交聯劑:向步驟⑷中所得到的溶液中加入NaVC，隨即加入GLP溶液，50(^/11^11磁力攪拌101^11，使NaVC，GLP充分分散溶解于體系中；
[0014](6)HA-G-CS三元復合水凝膠的形成:將得到的粘稠褐色溶液至于烘箱中放置24小時，即得到HA-G-CS水凝膠。
[0015]所述的制備方法，所述GO水溶液中GO的質量分數為0.3%?1.5%。
[0016]所述的制備方法，所述GLP溶液中GLP的質量分數為5%。
[0017]所述的制備方法，所述HA粉末的量為GO水溶液質量的5?30%。
[0018]所述的制備方法，所加入的冰乙酸為GO水溶液體積的2%，加入的CS粉末為GO水溶液質量的I?3%.
[0019]所述的制備方法，所加入的NaVC的質量為GO水溶液質量的I%?7.5 %，加入GLP溶液為GO水溶液體積的2.5 %?15 %。
[0020]所述的制備方法，形成水凝膠的烘箱溫度控制在30_80°C。
[0021]任一所述的制備方法制備的羥基磷灰石-石墨烯-殼聚糖三元交聯還原復合材料。
[0022]根據上述的制備方法制備的HA-G-CS三元水凝膠具有以下優點:
[0023]1、該方法制備的骨組織材料中和了 HA無機材料的強度與硬度以及CS高分子材料的韌性，使其達到剛韌平衡的效果。
[0024]2、交聯，還原使個組分發生自組裝，結構更加緊湊，在吸水后強度損失也相對較小。
[0025]3、有良好的細胞活性，能很好的促進骨細胞的分化增殖，有較大比表面積有利于細胞的附著，還有很好的生物可降解性。
[0026]4、G0片層，CS分子鏈與HA納米顆粒在原位還原和交聯反應的過程中自組裝得到一種具有高孔隙率的微觀結構。該復合物同時具有HA提供的強度以及CS提供的韌性，石墨烯片層的高比表面積為骨組織細胞的誘導生長提供了有利條件，CS的引入同時還起到防止HA流失的作用。。
【附圖說明】
[0027]圖1.實施例一(a)，實施例一對比例一(b)和實施例一對比例二(C)的數碼照片；
[0028]圖2.實施例一標尺為lmm(a)，實施例一標尺為ΙΟΟμπι的電鏡照片(b)；
[0029]圖3.實施例一及其對比例一，二，實施例二及其對比例一，二的儲能模量；
[0030]圖4.蒸餾水(a)及對比例三(b)、對比例四(C)、對比例五(d)、實施例一(e)、實施例一的對比例一 (f)和實施例一的對比例二 (g)分散于等質量蒸餾水中的數碼照片；
[0031]圖5.實施例一，對比例三，四，五的體外細胞培養情況。
【具體實施方式】
[0032]以下實施例只是幾種典型的實施方式，并不能起到限制本發明的作用，本領域的技術人員可以參照實施例對技術方案進行合理的設計，同樣能夠獲得本發明的結果。
[0033]實施例一
[0034]原位還原和交聯的HA-G-CS三元復合材料(HAl.2g)
[0035](I)配制GO水溶液:用GO固體Ig溶于10mL蒸餾水，并600W超聲30min備用。
[0036](2)配制GLP溶液:稱取0.5gGLP粉末于燒杯中，加入少量乙醇，500r/min磁力攪拌30min使GLP溶解，最后將其定容于I OmL容量瓶備用。
[0037](3)配制GO-HA溶液:稱取I.2gHA粉末加入20mL上述GO水溶液中，用500r/min磁力攪拌1min使其均勻分散于溶液中，再將GO-HA溶液600W超聲30min，得到褐色均勻溶液。
[0038](4)配制HA-GO-CS溶液:向步驟(3)中所得溶液中加入0.4mL冰乙酸，并加0.6gCS粉末，500r/min磁力攪拌2h，使CS充分溶解，得到粘稠的褐色溶液。
[0039](5)加入還原劑和交聯劑:向步驟(4)中得到的溶液中加入IgNaVC，隨即加入上述GLP溶液3mL，50(^/1^11磁力攪拌101^11，使NaVC，GLP充分分散溶解于體系中。
[0040](6)HA-G-CS三元復合水凝膠的形成:將得到的粘稠褐色溶液至于烘箱中50°C放置24小時，即可得到HA-G-CS水凝膠。
[0041]為方便體外細胞培養和流變測試，樣品需做成直徑大約為25mm，厚度為2?3mm的薄片，所以在上述操作第6步之前，將燒杯中的粘稠液體轉移到特定大小的模具中。
[0042]實施例一的對比例