專利名稱：一種金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于組織工程與生物材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及ー種金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料的制備方法。
背景技術(shù)：
納米材料由于具有特殊物理和化學(xué)性質(zhì)，而引起了人們的廣泛重視，科學(xué)家已經(jīng)把納米材料應(yīng)用到光學(xué)、電學(xué)、催化、醫(yī)藥、疾病防御、診斷和治療等多個學(xué)科和領(lǐng)域。金材料具有良好的導(dǎo)電性、延展性及化學(xué)穩(wěn)定性等特點，因此成為近年來納米材料科學(xué)的研究熱點之一，而由于其具有良好的生物兼容性、較低的生物毒性也使金納米材料成為生物醫(yī)學(xué)的研究重點，使之在生物及病毒檢測、載藥、超聲造影成像的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。此外，近期的研究結(jié)果表明，細(xì)胞水平上金納米粒子可以促進骨髄基質(zhì)細(xì)胞成骨分化的同時也抑制成脂分化，同時金納米粒子對人體的表皮細(xì)胞也具有明顯的増殖作用。組織工程的目標(biāo)是通過移植有功能的細(xì)胞、支架材料、生長因子、信號分子或在必要時由DNA編碼的信號分子到受損部位，修復(fù)或者代替受損組織或器官。組織工程應(yīng)用了工程學(xué)和生命科學(xué)的原理，開發(fā)能夠生長修復(fù)或改善提高組織和器官功能的生物材料。這 ー領(lǐng)域在皮膚、軟骨、骨和膀胱組織的研究方面已經(jīng)邁出了第一歩。細(xì)胞、支架材料和細(xì)胞因子可以聯(lián)合使用也可以獨立使用來構(gòu)建工程的可替換組織。采用納米技術(shù)對傳統(tǒng)的組織工程材料進行改造產(chǎn)生的納米組織工程材料不僅具備原材料的特性，而且還具有獨特的生物學(xué)性能。通過金納米材料復(fù)合具有良好生物兼容性的組織工程材料，制備組織支架，不僅可以改善細(xì)胞在支架表面的粘附性，也可通過表面的納米結(jié)構(gòu)特征促進細(xì)胞的增值，同吋， 由于金的良好導(dǎo)電性，從而提高組織工程材料的導(dǎo)電性，為提高支架材料在組織內(nèi)的相容性及生物協(xié)調(diào)性具有重要的理論和實踐意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料。本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料的制備方法。本發(fā)明為解決上述第一個技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為制備一種金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料，該材料所采用的原料為金納米顆粒、納米棒、納米線、納米網(wǎng)復(fù)合的組織工程材料，其中金納米材料與組織工程材料前驅(qū)體的質(zhì)量比為1/1000-1/10。本發(fā)明為解決上述第二個技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為ー種金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料的制備方法，包括以下步驟(I)將高分子材料在一定溫度下加入溶劑中配制成溶液或溶膠；(2)將步驟⑴制得的高分子溶液或溶膠與金納米材料按一定比例混合，攪拌均勻并超聲獲得均勻的分散液；(3)將步驟(2)制得的分散液采用靜電紡絲、澆鑄或冷凍交聯(lián)法制成金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料。步驟(I)中所述的高分子材料為聚亞安酷、聚羥こ酸、聚乳酸、聚乳酸共聚物或藻酸鹽中的ー種或多種。步驟⑴中所述的溶劑為水、こ醇、四氫呋喃、丙酮或氯仿。步驟⑴中所述的溫度為20 95°C，所配制溶液的質(zhì)量百分比濃度為I 50%。步驟(2)中所述的金納米材料為金納米粒子、金納米棒、金納米線或金納米網(wǎng)中的ー種或多種。步驟(2)中所述的分散液中金納米材料與高分子材料的質(zhì)量比為1/1000-1/10。所述的靜電紡絲法采用以下步驟將步驟(2)制得的分散液裝入金屬噴嘴中，利用重力作用或注射泵控制分散液流出速度，用金屬極板正對金屬噴嘴并且加電壓，收集噴嘴中噴出材料，獲得金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料；所述的澆鑄法采用以下步驟將步驟(2)制得的分散液澆鑄在模具中，采用真空干燥或冷凍干燥制備得到金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料。所述的冷凍交聯(lián)法采用以下步驟將步驟(2)制得的分散液加入ニ價交聯(lián)劑，在一定溫度下進行冰凍交聯(lián)，采用冷凍干燥法進行干燥制備得到金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料。所述的靜電紡絲法中分散液的流出速度為0. 05 50ml/h，電壓為I 150kv。所述的冷凍交聯(lián)法中二價交聯(lián)劑為葡萄糖酸鈣或氯化鈣。所述的冷凍交聯(lián)法中冰凍交聯(lián)的溫度為-5 -40°C。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用金納米材料的表面特性及物理化學(xué)特性，可以提高組織工程支架的剛性和導(dǎo)電性，改善組織工程支架表面的結(jié)構(gòu)特性，提高細(xì)胞在支架材料表面的粘附性以及支架材料與組織間的粘附性和相容性，從而有利于促進細(xì)胞的生長和生物組織的修復(fù)。
具體實施例方式本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。實施例I將聚亞安酯在30°C下配制成10%的こ醇溶液，按金納米材料與高分子材料的質(zhì)量比I : 100加入金納米材料(金納米粒子、金納米棒、金納米線或金納米網(wǎng))，攪拌并超聲混合均勻后將該分散液裝入帶有金屬噴嘴的容器中，由于重力作用，分散液以25ml/h速度滴下，在金屬噴嘴與金屬極板之間加20kV電壓,分散液霧化噴出，收集噴嘴中噴出材料,獲得金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料。通過檢測該材料的最大負(fù)荷、極限抗張強度、斷裂延伸率及導(dǎo)電性，表明該材料的剛性及導(dǎo)電性優(yōu)于未摻入金納米材料的支架材料，對該支架材料進行細(xì)胞毒性試驗、急性全身毒性試驗表明該支架材料具有良好的生物相容性，通過對小鼠成纖維細(xì)胞培養(yǎng)研究表明，細(xì)胞在該支架材料表面具有更高粘附性和増殖性，從
4而表明該組織工程支架材料有利于促進細(xì)胞的生長和生物組織的修復(fù)。實施例2將聚乳酸-羥基こ酸共聚物在30°C下配制成15%的四氫呋喃或丙酮溶液，按金納米材料與高分子材料的質(zhì)量比I : 100加入金納米材料(金納米粒子、金納米棒、金納米線或金納米網(wǎng))，攪拌并超聲混合均勻后將分散液裝入帶有金屬噴嘴的容器中，通過注射泵控制分散液以50ml/h速度滴下,在金屬噴嘴與金屬極板之間加IkV電壓,分散液霧化噴出，收集噴嘴中噴出材料，獲得金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料。通過檢測該材料的最大負(fù)荷、極限抗張強度、斷裂延伸率及導(dǎo)電性，表明該材料的剛性及導(dǎo)電性優(yōu)于未摻入金納米材料的支架材料，對該支架材料進行細(xì)胞毒性試驗、急性全身毒性試驗表明該支架材料具有良好的生物相容性，通過對小鼠成纖維細(xì)胞培養(yǎng)研究表明，細(xì)胞在該支架材料表面具有更高粘附性和増殖性，從而表明該組織工程支架材料有利于促進細(xì)胞的生長和生物組織的修復(fù)。實施例3將聚羥こ酸和聚乳酸混合物在30°C下配制成5%的氯仿溶液，按金納米材料與高分子材料的質(zhì)量比I : 100加入金納米材料(金納米粒子、金納米棒、金納米線或金納米網(wǎng))，攪拌并超聲混合均勻后將將該分散液裝入帶有金屬噴嘴的容器中，通過注射泵控制分散液以0. 05ml/h速度滴下，在金屬噴嘴與金屬極板之間加150kV電壓，分散液霧化噴出，收集噴嘴中噴出材料，獲得金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料。通過檢測該材料的最大負(fù)荷、極限抗張強度、斷裂延伸率及導(dǎo)電性，表明該材料的剛性及導(dǎo)電性優(yōu)于未摻入金納米材料的支架材料，對該支架材料進行細(xì)胞毒性試驗、急性全身毒性試驗表明該支架材料具有良好的生物相容性，通過對小鼠成纖維細(xì)胞培養(yǎng)研究表明，細(xì)胞在該支架材料表面具有更高粘附性和増殖性，從而表明該組織工程支架材料有利于促進細(xì)胞的生長和生物組織的修復(fù)。實施例4將高分子材料(聚亞安酷、聚羥こ酸、聚乳酸、聚乳酸共聚物和藻酸鹽中的ー種或多種)在95°C下配制成50%的水溶液或溶膠，按金納米材料與高分子材料的質(zhì)量比I : 10 加入金納米材料(金納米粒子、金納米棒、金納米線或金納米網(wǎng))，混合均勻后沿模具邊緣緩慢注入模具中，使分散液在模具中分布均勻，真空干燥，獲得金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料。通過檢測該材料的最大負(fù)荷、極限抗張強度、斷裂延伸率及導(dǎo)電性，表明該材料的剛性及導(dǎo)電性優(yōu)于未摻入金納米材料的支架材料，對該支架材料進行細(xì)胞毒性試驗、急性全身毒性試驗表明該支架材料具有良好的生物相容性，通過對小鼠成纖維細(xì)胞培養(yǎng)研究表明，細(xì)胞在該支架材料表面具有更高粘附性和増殖性，從而表明該組織工程支架材料有利于促進細(xì)胞的生長和生物組織的修復(fù)。實施例5將藻酸鹽在20°C配制成I %的水溶液，按金納米材料與藻酸鹽質(zhì)量比為I : 1000 加入金納米粒子與金納米線的混合物，而后加入ニ價交聯(lián)劑(葡萄糖酸鈣或氯化鈣)交聯(lián)藻酸鹽與金納米材料，在_20°C環(huán)境下冰凍交聯(lián)的藻酸鹽，冷凍干燥，獲得金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料。通過檢測該材料的最大負(fù)荷、極限抗張強度、斷裂延伸率及導(dǎo)電性， 表明該材料的剛性及導(dǎo)電性優(yōu)于未摻入金納米材料的支架材料，對該支架材料進行細(xì)胞毒性試驗、急性全身毒性試驗表明該支架材料具有良好的生物相容性，通過對骨髄間充質(zhì)干細(xì)胞培養(yǎng)研究表明，細(xì)胞在該支架材料表面具有更高粘附性和増殖性，從而表明該組織エ 程支架材料有利于促進細(xì)胞的生長和生物組織的修復(fù)。實施例6制備方法基本與實施例5相同，不同之處在于冰凍交聯(lián)溫度為_40°C。通過檢測該材料的最大負(fù)荷、極限抗張強度、斷裂延伸率及導(dǎo)電性，表明該材料的剛性及導(dǎo)電性優(yōu)于未摻入金納米材料的支架材料，對該支架材料進行細(xì)胞毒性試驗、急性全身毒性試驗表明該支架材料具有良好的生物相容性，通過對骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞培養(yǎng)研究表明，細(xì)胞在該支架材料表面具有更高粘附性和増殖性，從而表明該組織工程支架材料有利于促進細(xì)胞的生長和生物組織的修復(fù)。實施例7制備方法基本與實施例5相同，不同之處在于冰凍交聯(lián)溫度為_5°C。通過檢測該材料的最大負(fù)荷、極限抗張強度、斷裂延伸率及導(dǎo)電性，表明該材料的剛性及導(dǎo)電性優(yōu)于未摻入金納米材料的支架材料，對該支架材料進行細(xì)胞毒性試驗、急性全身毒性試驗表明該支架材料具有良好的生物相容性，通過對骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞培養(yǎng)研究表明，細(xì)胞在該支架材料表面具有更高粘附性和増殖性，從而表明該組織工程支架材料有利于促進細(xì)胞的生長和生物組織的修復(fù)。
權(quán)利要求
1.一種金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將高分子材料在一定溫度下加入溶劑中配制成溶液或溶膠；(2)將步驟(I)制得的高分子溶液或溶膠與金納米材料按一定比例混合，攪拌均勻并超聲獲得均勻的分散液；(3)將步驟(2)制得的分散液采用靜電紡絲法、澆鑄法或冷凍交聯(lián)法制成金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述的高分子材料為聚亞安酷、聚羥こ酸、聚乳酸、聚乳酸共聚物或藻酸鹽中的ー種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述的溫度為20 95°C，所配制溶液或溶膠的質(zhì)量百分比濃度為I 50%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述的溶劑為水、こ醇、四氫呋喃、丙酮或氯仿。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料的制備方法，其特征在于,步驟(2)中所述的金納米材料為金納米粒子、金納米棒、金納米線或金納米網(wǎng)中的 ー種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述的分散液中金納米材料與高分子材料的質(zhì)量比為1/1000-1/10。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述的靜電紡絲法采用以下步驟將步驟(2)制得的分散液裝入金屬噴嘴中，利用重力作用或注射泵控制分散液的流出速度，用金屬極板正對金屬噴嘴并且加電壓，收集噴嘴中噴出材料，獲得金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料；所述的澆鑄法采用以下步驟將步驟(2)制得的分散液澆鑄在模具中，采用真空干燥或冷凍干燥制備得到金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料；所述的冷凍交聯(lián)法采用以下步驟將步驟(2)制得的分散液加入ニ價交聯(lián)劑，在一定溫度下進行冰凍交聯(lián)，采用冷凍干燥法進行干燥制備得到金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料的制備方法，其特征在于，所述的靜電紡絲法中分散液的流出速度為0. 05 50ml/h,電壓為I 150kv。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料的制備方法，其特征在于，所述的冷凍交聯(lián)法中二價交聯(lián)劑為葡萄糖酸鈣或氯化鈣。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料的制備方法，其特征在于，所述的冷凍交聯(lián)法中冰凍交聯(lián)的溫度為_5 40°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料的制備方法，第一步，將高分子材料在一定溫度下加入溶劑中配制成溶液或溶膠；第二步，將步驟1制得的高分子溶液或溶膠與金納米材料按一定比例混合，攪拌均勻并超聲獲得均勻的分散液；第三步，將步驟2制得的分散液采用靜電紡絲、澆鑄或冷凍交聯(lián)法制成金納米材料復(fù)合的組織工程支架材料。本發(fā)明利用金納米材料的表面特性及物理化學(xué)特性，提高組織工程支架的剛性和導(dǎo)電性，改善組織工程支架表面的結(jié)構(gòu)特性，提高細(xì)胞在支架材料表面的粘附性以及支架材料與組織間的粘附性和相容性，從而有利于促進細(xì)胞的生長和生物組織的修復(fù)。
文檔編號A61L27/20GK102600503SQ20121005028
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者張亞臣, 張亞非, 楊明來, 王英 申請人:上海交通大學(xué)