本发明属于复合材料领域，具体涉及一种仿骨复合材料支架及其制备方法。
背景技术：
生物支架材料直接应用于人体内部并且面对人体复杂而敏感的系统，人们对于生物支架材料的要求是多方面并且极高的。因此生物支架材料必须要具有下列特性：(1)良好的生物相容性，它不能具备免疫原性或细胞毒性而引起无法解决的炎症反应；(2)一定的机械强度及力学性能，在手术操作期间和患者正常活动期间不会坍塌；(3)易于消毒，以防止细菌感染；(4)利于细胞黏附与增殖；(5)可控的互连孔隙，以引导细胞生长成所需的物理形式并促进向内生长组织的血管形成，已知至少90％的孔隙率以及至少100微米的孔径对于细胞渗透和组织生长的血管形成是必需的，在具备了以上必需条件之后，生物支架材料才能发挥其巨大作用。
在骨组织工程中，生物支架材料作为引导细胞增殖分化和组织定向生长的支架，同时传导信号因子，使其缓释发挥作用，并提供适宜的生长环境，还可以特异性诱导细胞分化为期望的组织。如今，生物支架材料多是天然或合成聚合物，如胶原、壳聚糖、聚己内酯或聚乳酸等，生物活性陶瓷同样是一类重要的应用材料，如钙磷陶瓷、玻璃陶瓷或生物活性玻璃。此外复合材料也受到广大研究人员的关注，因其可以增加机械支架的稳定性并改善组织相互作用。
具体而言，天然聚合物材料如胶原、纤维蛋白和壳聚糖等生物相容性良好，可为细胞黏附、增殖和分化提供天然的三维多孔结构，但它们机械性能差，与人体骨模量相差较大，还需进一步改性增强。合成聚合物如聚乙醇酸(pga)、聚乳酸(pla)以及聚己内酯(pcl)等加工简易，同时具有优异的生物相容性及可降解性，但也存在些许缺点：亲水性较差、机械强度不足，降解后产物有一定影响。而如钙磷陶瓷和生物活性玻璃等力学强度较高，生物相容性良好，但容易脆断或者是无法完全降解，存在其各自的不足之处。由于单独一种材料存在机械强度差或成骨性能弱等问题，所以单独使用上述材料难以满足骨组织工程支架材料的高要求。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种仿骨复合材料支架及其制备方法，旨在克服现有材料在机械强度及生物相容性等方面的不足之处，利用生物相容性良好的天然纤维素支架作为基质，达到生物相容性与机械强度的统一。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
仿骨复合材料支架的制备方法，包括以下步骤：天然木材去木质素处理，再采用羟基磷灰石进行复合，得到具有骨诱导性的支架材料，再通过浸润聚己内酯对细胞外基质进行模拟，得到仿骨复合材料支架。
具体的包括以下步骤：
(1)制备天然纤维素支架材料
量取一定量乙酸-乙酸钠缓冲溶液，于缓冲液中溶解亚氯酸钠，制备得到木质素去除溶液；将天然木材的木片浸入木质素去除溶液中，于高温条件下密闭缓慢搅拌，而后取出木片，用去离子水冲洗，浸泡超声，重复三次，其后浸泡在去离子水中直至木片完全脱色；取出木片样品，去离子水冲洗，冷冻干燥，得到脱木素木基支架；
(2)羟基磷灰石纤维素支架的制作
配置硝酸钙溶液，并用氨水调节ph，将脱木素木基支架置入溶液中浸泡反应，取出支架样品；再配置磷酸氢二铵溶液，用氨水调节ph，再置入脱木素木基支架于溶液中浸泡反应以充分形成羟基磷灰石；重复上述操作三次，取出支架样品，冷冻干燥，得到ha纤维素支架；
(3)pcl复合ha纤维素仿骨复合材料支架的制备
将聚己内酯于1,4-二氧六环中完全溶解；将制得的ha纤维素支架置于真空釜底部，抽取真空，待气压稳定后缓慢滴加聚己内酯溶液直至完全淹没ha纤维素支架，稳定一段时间，释放真空利用大气压使聚己内酯溶液浸润填充进入支架内部结构；重复上述过程三次；
最后，保持支架样品浸泡在聚己内酯溶液中，取出并冷冻干燥。
进一步的，所述天然木材为榉木、松木中的一种。
其中，步骤(1)中所述乙酸-乙酸钠缓冲溶液的ph为4.6；亚氯酸钠的用量为3-10wt％。
步骤(1)中高温密闭环境温度设定为50-80℃，处理时间为36-54h；去离子水冲洗和超声时长为5-10min，浸泡时长为24h；步骤(1)中的反应全程避光，防止氧化。
步骤(2)中，硝酸钙和磷酸氢二铵溶液浓度为0.1-0.5mol/l；氨水调节ph为11；每次浸泡时长为8h。
步骤(3)中所述聚己内酯分子量为80000，聚己内酯溶液浓度为5-20wt％，于40℃条件下加热搅拌溶解。
步骤(3)中气压稳定时长为5-10min，总时长不超过30min；每次浸泡时长为12-24h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1.本发明提供了一种仿骨复合材料支架，以取向纤维素为主体的复合材料对骨结构进行模拟仿生，可以得到高度各向异性多孔性支架，三维孔结构为营养物质运输及细胞内向生长再生提供通道，克服传统各向同性支架材料的缺点并且满足骨组织再生的强度及稳定性要求。
2.天然骨排列在复杂的层次结构中，具有从纳米级到宏观级的特征尺寸，其哈弗氏系统体现了其特有的各向异性，显示出独特的强度和韧性以及复杂的生物多级结构，保证了其营养物质运输及细胞生长的空间。本研究采用天然纤维素构建框架，具有类骨微观取向多孔结构，同时采用不同材料进行复合以得到高度取向支架材料，此材料兼具良好的生物相容性及优异的力学性能，还具有骨诱导性及可降解吸收性能。
3.本发明通过实验证实了本发明提供的仿骨复合材料支架不具有细胞毒性，具有广阔的应用前景。
4.本发明还提供了制备仿骨复合材料支架的方法，该方法无需使用特殊的试剂和设备，操作难度不大，工艺条件温和，具有容易实现生产和推广应用的特点。
附图说明
图1是本发明制备方法流程示意图；
图2a是实施例1所得样品的扫描电镜图之一；
图2b是实施例1所得样品的扫描电镜图之二；
图2c是实施例1所得样品的扫描电镜图之三；
图3是实施例1所得样品的光学显微镜图；
图4是实施例2所得样品的扫描电镜图；
图5是实施例3所得样品的扫描电镜图之一；
图6是实施例3所得样品的扫描电镜图之二。
具体实施方式
结合实施例说明本发明的具体技术方案。以下实施例按照图1所示的方法。
实施例1
(1)制备天然纤维素支架材料
量取100ml乙酸-乙酸钠缓冲溶液，称取3.5g亚氯酸钠加入缓冲液中，均匀搅拌使其溶解，制备得到木质素去除溶液。将榉木木片浸入木质素去除溶液中，于60℃条件下密闭缓慢搅拌36h，而后取出木片，用去离子水冲洗5min，浸泡超声处理5min，重复三次，其后浸泡在去离子水中24h。取出木片样品，去离子水冲洗，冷冻干燥12h。
(2)ha纤维素支架的制作
配置0.5mol/l的硝酸钙溶液，用氨水调节ph＝11，将天然纤维素支架置入50ml硝酸钙溶液中，浸泡反应8h，取出支架样品；再配置0.5mol/l的磷酸氢二铵溶液，用氨水调节ph＝11，再置入支架样品于50ml磷酸氢二铵溶液中，浸泡反应8h。重复上述操作三次，取出支架样品，冷冻干燥12h。
(3)pcl复合ha纤维素仿骨复合材料支架的制备
将5g聚己内酯溶于45g的1,4-二氧六环溶液中，期间在40℃条件下剧烈搅拌直至完全溶解。将(2)中制备的ha纤维素支架置于真空釜底部，抽取真空，待气压稳定后缓慢滴加聚己内酯溶液直至完全淹没支架，稳定该状态5min后，释放真空利用大气压使聚己内酯溶液浸润填充进入支架内部结构。在30min以内重复上述过程三次，以免聚合物固化。最后，保持支架样品浸泡在聚己内酯溶液中12h，取出并冷冻干燥24h。
实施例1所得样品的扫描电镜图如图2a-图2c所得样品的光学显微镜图如图3。
实施例2
(1)制备天然纤维素支架材料
量取100ml乙酸-乙酸钠缓冲溶液，称取10g亚氯酸钠加入缓冲液中，均匀搅拌使其溶解，制备得到木质素去除溶液。将松木木片浸入木质素去除溶液中，于70℃条件下密闭缓慢搅拌24h，而后取出木片，用去离子水冲洗10min，浸泡超声处理10min，重复三次，其后浸泡在去离子水中24h。取出木片样品，去离子水冲洗，冷冻干燥18h。
(2)ha纤维素支架的制作
配置0.2mol/l的硝酸钙溶液，用氨水调节ph＝11，将天然纤维素支架置入60ml硝酸钙溶液中，浸泡反应12h，取出支架样品；再配置0.2mol/l的磷酸氢二铵溶液，用氨水调节ph＝11，再置入支架样品于60ml磷酸氢二铵溶液中，浸泡反应12h。重复上述操作三次，取出支架样品，冷冻干燥20h。
(3)pcl复合ha纤维素仿骨复合材料支架的制备
将10g聚己内酯溶于40g的1,4-二氧六环溶液中，期间在40℃条件下剧烈搅拌直至完全溶解。将(2)中制备的ha纤维素支架置于真空釜底部，抽取真空，待气压稳定后缓慢滴加聚己内酯溶液直至完全淹没支架，稳定该状态10min后，释放真空利用大气压使聚己内酯溶液浸润填充进入支架内部结构。在30min以内重复上述过程三次，以免聚合物固化。最后，保持支架样品浸泡在聚己内酯溶液中10h，取出并冷冻干燥24h。
实施例2所得样品的扫描电镜图如图4。
实施例3
(1)制备天然纤维素支架材料
量取100ml乙酸-乙酸钠缓冲溶液，称取10g亚氯酸钠加入缓冲液中，均匀搅拌使其溶解，制备得到木质素去除溶液。将榉木木片浸入木质素去除溶液中，于70℃条件下密闭缓慢搅拌24h，而后取出木片，用去离子水冲洗10min，浸泡超声处理10min，重复三次，其后浸泡在去离子水中24h。取出木片样品，去离子水冲洗，冷冻干燥18h。
(2)pcl复合ha纤维素仿骨复合材料支架的制备
将5g聚己内酯与5g纳米羟基磷灰石溶于40g的1,4-二氧六环溶液中，期间在40℃条件下剧烈搅拌直至聚己内酯完全溶解，纳米羟基磷灰石充分分散。将(1)中制备的天然纤维素支架置于真空釜底部，抽取真空，待气压稳定后缓慢滴加聚己内酯与羟基磷灰石混合溶液直至完全淹没支架，稳定该状态8min后，释放真空利用大气压使聚己内酯溶液浸润填充进入支架内部结构。在25min以内重复上述过程三次，以免聚合物固化。最后，保持支架样品浸泡在混合溶液中24h，取出并冷冻干燥24h。
实施例3所得样品的扫描电镜图如图5和图6。
1.仿骨复合材料支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：天然木材去木质素处理，再采用羟基磷灰石进行复合，得到具有骨诱导性的支架材料，再通过浸润聚己内酯对细胞外基质进行模拟，得到仿骨复合材料支架。
2.根据权利要求1所述的仿骨复合材料支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备天然纤维素支架材料
量取一定量乙酸-乙酸钠缓冲溶液，于缓冲液中溶解亚氯酸钠，制备得到木质素去除溶液；将天然木材的木片浸入木质素去除溶液中，于高温条件下密闭缓慢搅拌，而后取出木片，用去离子水冲洗，浸泡超声，重复三次，其后浸泡在去离子水中直至木片完全脱色；取出木片样品，去离子水冲洗，冷冻干燥，得到脱木素木基支架；
(2)羟基磷灰石纤维素支架的制作
配置硝酸钙溶液，并用氨水调节ph，将脱木素木基支架置入溶液中浸泡反应，取出支架样品；再配置磷酸氢二铵溶液，用氨水调节ph，再置入脱木素木基支架于溶液中浸泡反应以充分形成羟基磷灰石；重复上述操作三次，取出支架样品，冷冻干燥，得到ha纤维素支架；
(3)pcl复合ha纤维素仿骨复合材料支架的制备
将聚己内酯于1,4-二氧六环中完全溶解；将制得的ha纤维素支架置于真空釜底部，抽取真空，待气压稳定后缓慢滴加聚己内酯溶液直至完全淹没ha纤维素支架，稳定一段时间，释放真空利用大气压使聚己内酯溶液浸润填充进入支架内部结构；重复上述过程三次；
最后，保持支架样品浸泡在聚己内酯溶液中，取出并冷冻干燥。
3.根据权利要求1或2所述的仿骨复合材料支架的制备方法，其特征在于，所述天然木材为榉木、松木中的一种。
4.根据权利要求2所述的仿骨复合材料支架的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述乙酸-乙酸钠缓冲溶液的ph为4.6；亚氯酸钠的用量为3-10wt％。
5.根据权利要求2所述的仿骨复合材料支架的制备方法，其特征在于，步骤(1)中高温密闭环境温度设定为50-80℃，处理时间为36-54h；去离子水冲洗和超声时长为5-10min，浸泡时长为24h；步骤(1)中的反应全程避光，防止氧化。
6.根据权利要求2所述的仿骨复合材料支架的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，硝酸钙和磷酸氢二铵溶液浓度为0.1-0.5mol/l；氨水调节ph为11；每次浸泡时长为8h。
7.根据权利要求2所述的仿骨复合材料支架的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述聚己内酯分子量为80000，聚己内酯溶液浓度为5-20wt％，于40℃条件下加热搅拌溶解。
8.根据权利要求2所述的仿骨复合材料支架的制备方法，其特征在于，步骤(3)中气压稳定时长为5-10min，总时长不超过30min；每次浸泡时长为12-24h。
9.仿骨复合材料支架，其特征在于，权利要求1到8任一项制备方法所得。
技术总结