一種鍶、鐵摻雜羥基磷灰石膠原纖維復合支架材料及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及人工骨修復材料以及生物醫藥領域，具體為一種鍶、鐵摻雜羥基磷灰石/膠原纖維復合支架材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著生物醫學的不斷發展，因各種疾病及創傷引起的骨缺損修復問題開始受到了人們的廣泛關注，由于天然骨及自體骨來源有限，因此，開發新型的人工骨修復材料具有重要的理論意義和應用價值。
[0003]羥基磷灰石作為人體骨骼和牙齒的主要無機組成成分，因其具有良好的生物相容性和骨誘導能力，在植入人體后能與人體骨骼組織在界面形成緊密的化學鍵結合，從而誘導骨組織的生長，促進骨修復，是很好的硬組織替代材料，目前已成功應用于牙科、整形外科和上頌面重建等領域。膠原蛋白是一種天然高分子材料，具有很好的生物相容性及自降解性能，并且由于其本身就是一種細胞質基質，具有低免疫原性、止血作用和促進細胞增殖等作為骨修復材料的優點，已被廣泛應用于醫學臨床。然而，與人體骨組織相比，這兩種骨修復材料在力學性能上均存在不足之處，強度低、脆性大、韌性差，一般只能作為骨填充材料或是應用于非承力部位。
[0004]為了解決這個難題，目前對于復合材料的研究越來越廣泛，且取得了較好的進展。魏坤等(專利號CN 201210034763.9)采用冷凍干燥法合成了一種羥基磷灰石/PLGA/殼聚糖三維多孔支架，制備出的材料具有三維連通的多孔結構，且表面有一定的粗糙度，有利于細胞黏附增殖;陳慶華等(專利號CN 201110337162.0)采用仿生礦化法制得一種羥基磷灰石、透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架復合材料，制備工藝簡單、反應條件溫和，制得的復合材料具有三維多孔結構及一定的力學強度；陳玉云等(專利號CN 201110384989.7)采用發泡法結合冷凍干燥的方法合成了一種硫酸軟骨交聯膠原蛋白/羥基磷灰石復合支架材料，該多孔支架材料孔隙可調，且通過加入交聯劑，增加了支架的力學強度。這三種材料均具有三維多孔結構以及一定的力學強度，但是，也同樣存在著韌性不足的問題，容易造成支架材料的脆性斷裂。
[0005]而今，纖維作為骨支架材料在醫學領域的研究及應用備受關注，其中以本身就作為細胞外結構基質骨架的膠原蛋白纖維有著更突出的應用前景。以膠原蛋白為原料采用非織造成型工藝合成的膠原蛋白纖維不僅具有三維的大孔結構，有利于細胞粘附、生長和增殖，并且顯示出了很強的韌性和強度。但是，不可忽視的是，由于人工骨移植之后可能會引發相關的疾病問題，這就需要我們開發新型的功能材料體系來減少細胞毒性，以增加其生物相容性。
[0006]目前，磁性生物材料在生物醫藥領域也已經表現出了獨特的優勢和潛在的應用前景，其中以鍶鐵氧體為代表的磁性材料的性能更為突出。鍶鐵氧體不僅具有很好的生物相容性，還可以在磁場誘導下對特定部位進行藥物輸送，能夠刺激骨組織修復、改善局部血液循環;不僅如此，該材料還可以作為熱種子材料對癌癥細胞進行治療，通過溫熱療法殺死腫瘤部位的癌細胞，而正常細胞不受傷害。因此，為了達到骨支架材料對于骨缺損的修復及相關治療要求，本發明通過將磁性鍶鐵氧體引入羥基磷灰石，然后與膠原纖維復合，一方面使復合材料具有很好的生物學性能、一定的機械強度和韌性，以及三維有序的大孔結構，以利于對人體骨組織的修復;另一方面，通過加入磁性粒子不僅可以增加材料的生物相容性，而且可以對人體病變細胞或癌細胞進行藥物治療。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于克服單一骨修復材料性能的不足，并引入一定的功能粒子，提供一種鍶、鐵摻雜羥基磷灰石/膠原纖維復合支架材料及制備方法，以得到一種具有優良的生物學性能、力學性能、以及一定的藥物治療功能的骨修復復合支架材料。
[0008]本發明的技術方案如下:
一種鍶、鐵摻雜羥基磷灰石/膠原纖維復合支架材料，其特征在于，所述材料由具有三維有序多孔結構的膠原纖維以及具有良好的藥物治療功能的鍶、鐵摻雜羥基磷灰石復合而成。
[0009]膠原蛋白纖維是采用非織造針刺工藝制備。
[0010]摻雜鍶、鐵材料為鍶鐵氧體。
[0011]—種鍶、鐵摻雜羥基磷灰石/膠原纖維復合支架材料的其制備方法，其特征在于，制備過程主要包括共沉淀法制備鍶、鐵摻雜羥基磷灰石;浸漬提拉法復合膠原纖維;具體步驟如下:
(1)按鐵、鍶摩爾比10.0-15.0稱取含二價鍶和三價鐵的固體粉末，加入去離子水中，磁力攪拌溶解;待混合物完全溶解后加入到過量的碳酸鈉溶液中，控制溫度在20-80°C，攪拌使其共沉淀，然后超聲、真空抽濾、干燥、研碎，得到前驅體粉末;將前驅體粉末與助熔劑按質量比100:1-10:1進行混合，研磨均勻后置于馬弗爐中，700-1200°(3下煅燒2-1011，制得SrFe12O19 粉末；
(2)按鈣源、磁源的質量比為0.5-5.0將鈣源加入去離子水中溶解，用氨水調節溶液pH至8-11，然后加入SrFe12O19粉末，常溫攪拌均勻;然后按鈣、磷摩爾比1.0-2.0將磷源加入去離子水中溶解，用氨水調節溶液PH至8-11，常溫下緩慢加入上述含鈣源的混合液中，繼續攪拌1-3 h，靜置陳化10-24h，然后用去離子水和乙醇清洗，40-110°C干燥12-48h，得到鍶、鐵摻雜羥基磷灰石，將制備的鍶、鐵摻雜羥基磷灰石在轉速80-800 r/min下球磨4-24 h，待用；
(3)在100體積的溶劑中加入1-5重量份的粘結劑，常溫下劇烈攪拌，待粘結劑完全溶解后加入5-50重量份的鍶、鐵摻雜羥基磷灰石粉體，劇烈攪拌制成漿料，將所得漿體經10-60min超聲以混合均勾，然后抽真空處理5-30min，制得混合楽料;選擇厚度為3-7 mm的膠原纖維，用無水乙醇超聲清洗10-60 min后浸漬于上述混合漿料中，超聲浸漬5-30min后以0.5-5mm/s的速度提拉出來，在30-100°C下干燥12-48h，即制得鍶、鐵摻雜羥基磷灰石/膠原纖維復合支架材料。
[0012 ] 所述的鍶源、鐵源、磷源、鈣源均為可溶性鹽。
[0013]所述的鍶源為硝酸鍶，鐵源為六水氯化鐵，磷源為磷酸氫二銨，鈣源為無水氯化鈣。
[0014]所述的助溶劑為氯化鈉、苯甲酸鈉，水楊酸鈉中的一種。
[0015]所述的粘結劑為乙基纖維素、聚乙烯醇、甲殼素、殼聚糖、聚乳酸、膠原蛋白、聚氨酯、明膠中的一種。
[0016]上述發明制得的一種鍶、鐵摻雜羥基磷灰石/膠原纖維復合支架材料，由具有三維有序多孔結構的膠原纖維以及具有良好的藥物治療功能的鍶、鐵摻雜羥基磷灰石復合而成。所述的膠原纖維是采用非織造針刺工藝制備，所述的摻雜鍶、鐵材料為SrFe12O19t3
[0017]本發明具有如下優點:
1.本發明采用針刺法制備的膠原纖維作為骨支架基體材料，保留了膠原蛋白的原有的生物學性能，其纖維結構增加了材料的彈性模量。
[0018]2.本發明制備的復合材料具有良好的生物活性、生物相容性、生物降解性，以及低免疫原性;機械強度明顯提高，具有很好的抗壓強度及韌性。
[0019]3.本發明制備的復合材料具有三維有序的大孔結構，有利于人體骨細胞的黏附增殖，促進新骨的迅速形成。
[0020]4.本發明制備的復合支架材料的孔隙率可調，其孔徑大小可以通過改變混合漿料的濃度以及浸漬時間、次數進行調控。
[0021 ] 5.本發明制備的復合支架材料通過引入鎖、鐵粒子，可以在磁場誘導下對特定部位進行藥物輸送，修復和治療因各種骨疾病引起的骨缺損。
【附圖說明】
[0022]圖1.實施例1的掃描電鏡圖:(a)膠原纖維；(b)鍶、鐵摻雜羥基磷灰石/膠原纖維復合支架材料。
【具體實施方式】
[0023]以下通過具體的實施例對本發明的技術方案作進一步描述。以下的實施例是對本發明的進一步說明，而不限制本發明的范圍。
[0024]實施例1:
(I)稱取4gSr(N03)2，61gFeCl3.6H2O，加入到200mL的去離子水中，加入去離子水中，磁力攪拌溶解;待其完全溶解后加入到250mL 60%的碳酸鈉溶液中，控制溫度在35°C，攪拌使其共沉淀，然后超聲10 min、真空抽濾，然后將濾餅置于鼓風干燥箱中，90°C干燥24h，得到前驅體粉末;稱取1.0gNaCl與前驅體粉末混合，研磨均勻后置于馬弗爐中，以3°C/min的速度升溫至900°C，煅燒6h，制得SrFe12O19粉末。
[0025](2)稱取5.54g氯化|丐加入去離子水中溶解，配置成0.3mol/L的溶液，用氨水調節溶液pH至10，然后加入5.0g的步驟(I)制備的SrFe12O19粉末，常溫攪拌均勻;稱取3.95g磷酸氫銨加入去離子水中溶解，用氨水調節溶液pH至10，常溫下緩慢加入上述含氯化鈣的混合液中，繼續攪拌lh，靜置陳化12h，然后用去離子水和乙醇清洗，80°C干燥24h，得到鍶、鐵摻雜羥基磷灰石，將制備的鍶、鐵摻雜羥基磷灰石在轉速300 r/min下球磨10 h，待用。
[0026](3)在100體積的無水乙醇中加入2重量份的粘結劑乙基纖維素，常溫下劇烈攪拌，待粘結劑完全溶解后加入10重量份的鍶、鐵摻雜羥基磷灰石，劇烈攪拌制成漿料，將所得漿體經30min超聲以混合均勾，然后抽真空處理15min，制得混合楽