專利名稱：一種碳納米管/膠原基復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于納米復合材料及其制備技術領域，具體涉及一種碳納米管/膠原基復合材料及其制備方法。
背景技術：
近年來隨著社會人口劇增，生活節(jié)奏的加快，由腫瘤、感染、生理功能減退以及其它病因導致的組織缺(病)損高發(fā)，自然災害、工傷事故的頻繁發(fā)生和汽車工業(yè)的發(fā)展及體育運動的普及導致的人類意外傷害劇增并具有年輕化的趨勢。以上這些對人類的健康構成極大威脅的組織缺(病)損的修復都需要組織引導再生材料。
膠原是細胞外基質(ECM)的主要成份，屬于結構蛋白質，它的出現使組織引導再生材料的研究進入了一個新階段。膠原具有(1)特有的網狀結構，可引導細胞生長；(2)無抗原性；(3)可參與愈合過程，并能促進細胞生長；(4)物理機械性能優(yōu)良；(5)生物相容性好；(6)可降解、吸收等優(yōu)點，這些優(yōu)點是其他天然材料所不可比擬的，因此膠原是一種性能優(yōu)良的可降解醫(yī)用組織引導再生的天然材料。膠原在體內以膠原原纖維或稱膠原纖維的形式存在，膠原纖維的基本結構單位是原膠原分子，呈細棒狀，長300 11111，直徑1.5 nm，相對分子量為2. 85X 105。每一個原膠原分子均由3條具有左手螺旋結構的a肽鏈組成，3條肽鏈通過互相折疊盤繞形成右手復合螺旋。膠原特有的三重螺旋結構賦予它良好的生物學性能，如高拉伸強度、生物降解性能、低抗原活性、低刺激性和低細胞毒以及促進細胞生長的性能，也同時使它能與其它物質，如羥基磷灰石、碳納米管和細胞因子等有效結合，所具有的這些特性都使其成為一種理想的生物醫(yī)用材料和藥物載體。近年來，碳納米管(CNTs)由于具有很大的比表面積，能與高聚物基體有很好的粘接能力，從而有效提高基體的力學性能，引起了人們廣泛的關注。它是由碳原子形成的平面六邊形石墨單層為基礎卷曲而成的空心小管，可分為多壁碳納米管和單壁碳納米管。從微觀結構上研究發(fā)現，典型形態(tài)的單壁碳納米管直徑在O. 5-1. 5 nm，長約100-300 nm，這和骨骼、軟骨中膠原纖維的三螺旋結構(直徑1. 5 nm，長300 nm)非常相似。國內外研究表明CNTs作為單一支架材料雖具有生物力學性能佳、良好的細胞附著率和增殖率的優(yōu)點，但也存在可塑性難度較大、不能降解的缺點，因此，CNTs與膠原支架等材料的復合有望解決其本身的缺陷。此外，CNTs在養(yǎng)料、藥品供給系統方面有很大的應用潛力，可在養(yǎng)料、藥品供給系統與細胞之間形成圓筒形的渠道，輸送肽、蛋白質、質粒DNA或寡核苷酸等物質，因此CNTs有可能作為輸送細胞因子的有效載體從而應用于骨、軟骨等組織缺損修復。本發(fā)明結合了天然膠原與CNTs的優(yōu)點，制備一種具有組織引導再生作用的碳納米管/膠原基復合材料，該材料具有良好的生物相容性、組織修復性能和極低的免疫原性，可應用于骨、軟骨等組織病缺損修復
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種碳納米管/膠原基復合材料及其制備方法，該復合材料是一種具有良好的生物相容性和組織修復性能的新型組織引導再生材料。為實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案
一種碳納米管/膠原基復合材料，該復合材料由膠原蛋白和碳納米管組成，其中膠原蛋白的質量百分比含量為96. 0-99. 8%，碳納米管的質量百分比含量為O. 2-4. 0%。所述的膠原蛋白為魚皮膠原蛋白或豬皮、牛皮、跟腱的膠原蛋白。所述的碳納米管為改性的單壁碳納米管，或共價改性和非共價改性的多壁碳納米管。一種制備如上所述的碳納米管/膠原基復合材料的方法包括如下步驟 (1)將富含膠原蛋白的原料機械去除皮下肌肉、脂肪及結締組織雜質，分切成Imm X
I_碎塊后清洗干凈；
(2)用O.01 mo I/L氫氧化鈉和體積分數為I %的過氧化氫的混合溶液、10wt%的異丙醇溶液洗滌脫脂；
(3)溶解在pH=2.0-3.0的稀酸溶液中，所述的酸為乙酸、丙酸或丙二酸；
(4)加入蛋白酶，膠原蛋白與蛋白酶的質量比為50-100:1，4-5°C下酶解16_24h ；
(5)在離心收集的上清液中加入NaCl或KCl，使終濃度達到O.9 mol/L，靜置10-12 h，5000 r/min離心20 min，收集得到的沉淀物;
(6)將沉淀物溶于10倍體積的0.5mol/L乙酸溶液中，離心收集上清液；
(7)在10倍體積的0.1mol/L乙酸溶液中透析12 h，每3 h換液一次，最后用純化水透析至中性；
(8)取透析后膠原和碳納米管混合，磁力攪拌10h，冷凍干燥后在交聯劑溶液中交聯；
(9)用純化水將交聯后的復合材料充分沖洗，再次冷凍干燥，取出后置于兩塊四氟乙烯平板間加壓24 h使之平整，得到碳納米管/膠原基復合材料。所述的蛋白酶為胃蛋白酶、胰蛋白酶或木瓜蛋白酶。所述的交聯劑配方為0. 2 mol/L核糖+ 10wt%丙酮+ 2wt%氨水，或甲醛、戊二醛、碳化亞胺、雙環(huán)氧化合物、京尼平、原花青素中的一種或幾種。所述的交聯劑溶液中交聯劑的質量百分含量為0. 3-3%。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明獲得的碳納米管/膠原基復合材料具有良好的生物相容性、組織修復性能和極低的免疫原性，所需原料易得，制備工藝條件較溫和，具有廣泛的推廣應用價值。


圖1為碳納米管/膠原基復合材料場發(fā)射掃描電鏡圖。
具體實施例方式實施例1 :制備碳納米管/膠原基復合材料，具體步驟如下
(1)將富含膠原蛋白的魚皮機械去除皮下肌肉、脂肪及結締組織等雜質，分切成約ImmX I _碎塊后清洗干凈；
(2)用0.01 mol/L氫氧化鈉和含體積分數為I %的過氧化氫混合溶液、10%的異丙醇溶液洗滌脫脂；
(3)溶解在pH2. O的乙酸溶液中；
(4)向上述溶液中加入蛋白酶，膠原蛋白與蛋白酶的質量比為50:1，4°C下酶解24h ；
(5)在離心收集的上清中加入NaCl，使終濃度達到O.9 mol/L,靜置12 h,5000r/min離心20 min，收集得到的沉淀物； (5)將沉淀物溶于10倍體積的O. 5mol/L乙酸溶液中，離心收集上清；
(7)在10倍體積的O.lmol/L乙酸溶液中透析12 h，每3 h換液一次，最后用純化水透析至中性；
(8)取透析后膠原按干重96.0%和4%的碳納米管混合，磁力攪拌10 h，冷凍干燥后在交聯劑溶液中交聯，交聯液配方0.2 mol.L—1核糖+ 10%丙酮+ 2%氨水；
(8)用純化水將交聯后的復合材料充分沖洗，再次冷凍干燥，取出后置于兩塊四氟乙烯平板間加壓24 h使之平整，得到碳納米管/膠原基復合材料(見圖1)。實施例2 :制備碳納米管/膠原基復合材料，具體步驟如下
(1)將富含膠原蛋白的魚皮機械去除皮下肌肉、脂肪及結締組織等雜質，分切成約ImmX I _碎塊后清洗干凈；
(2)用O.01 mol/L氫氧化鈉和含體積分數為I %的過氧化氫混合溶液、10%的異丙醇溶液洗滌脫脂；
(3)溶解在pH3. O的丙二酸溶液中；
(4)向上述溶液中加入蛋白酶，膠原蛋白與蛋白酶的質量比為100:1，5°C下酶解16h ；
(5)在離心收集的上清中加入KC1，使終濃度達到O.9 mol/L,靜置10 h,5000r/min離心20 min,收集得到的沉淀物；
(6)將沉淀物溶于10倍體積的0.5mol/L乙酸溶液中，離心收集上清；
(7)在10倍體積的0.1mol/L乙酸溶液中透析12 h，每3 h換液一次，最后用純化水透析至中性；
(8)取透析后膠原按干重99.8%和0. 2%的碳納米管混合，磁力攪拌10 h，冷凍干燥后在0. 3%甲醛溶液中交聯；
(9)用純化水將交聯后的復合材料充分沖洗，再次冷凍干燥，取出后置于兩塊四氟乙烯平板間加壓24 h使之平整，得到碳納米管/膠原基復合材料。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種碳納米管/膠原基復合材料，其特征在于該復合材料由膠原蛋白和碳納米管組成，其中膠原蛋白的質量百分比含量為96. 0-99. 8%，碳納米管的質量百分比含量為O.2-4. 0%。
2.根據權利要求1所述的碳納米管/膠原基復合材料，其特征在于所述的膠原蛋白為魚皮膠原蛋白或豬皮、牛皮、跟腱的膠原蛋白。
3.根據權利要求1所述的碳納米管/膠原基復合材料，其特征在于所述的碳納米管為改性的單壁碳納米管，或共價改性和非共價改性的多壁碳納米管。
4.一種制備如權利要求1所述的碳納米管/膠原基復合材料的方法，其特征在于包括如下步驟(1)將富含膠原蛋白的原料機械去除皮下肌肉、脂肪及結締組織雜質，分切成Imm X I _碎塊后清洗干凈；(2)用O.01 mo I/L氫氧化鈉和體積分數為I %的過氧化氫的混合溶液、IOwt %的異丙醇溶液洗滌脫脂；(3)溶解在pH=2.0-3.0的稀酸溶液中，所述的酸為乙酸、丙酸或丙二酸；(4)加入蛋白酶，膠原蛋白與蛋白酶的質量比為50-100:1，4-5°C下酶解16_24h ；(5)在離心收集的上清液中加入NaCl或KCl，使終濃度達到O.9 mol/L，靜置10-12 h， 5000 r/min離心20 min，收集得到的沉淀物;(6)將沉淀物溶于10倍體積的0.5mol/L乙酸溶液中，離心收集上清液；(7)在10倍體積的0.1mol/L乙酸溶液中透析12 h，每3 h換液一次，最后用純化水透析至中性；(8)取透析后膠原和碳納米管混合，磁力攪拌10h，冷凍干燥后在交聯劑溶液中交聯；(9)用純化水將交聯后的復合材料充分沖洗，再次冷凍干燥，取出后置于兩塊四氟乙烯平板間加壓24 h使之平整，得到碳納米管/膠原基復合材料。
5.根據權利要求4所述的碳納米管/膠原基復合材料的制備方法，其特征在于所述的蛋白酶為胃蛋白酶、胰蛋白酶或木瓜蛋白酶。
6.根據權利要求4所述的碳納米管/膠原基復合材料的制備方法，其特征在于所述的交聯劑配方為0. 2 mol/L核糖+ 10wt%丙酮+ 2wt%氨水,或甲醒、戍二醒、碳化亞胺、 雙環(huán)氧化合物、京尼平、原花青素中的一種或幾種。
7.根據權利要求4所述的碳納米管/膠原基復合材料的制備方法，其特征在于所述的交聯劑溶液中交聯劑的質量百分含量為0. 3-3%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳納米管/膠原基復合材料及其制備方法，該復合材料由膠原蛋白和碳納米管組成，其中膠原蛋白的質量百分比含量為96.0-99.8%，碳納米管的質量百分比含量為0.2-4.0%。本發(fā)明獲得的碳納米管/膠原基復合材料具有良好的生物相容性、組織修復性能和極低的免疫原性，所需原料易得，制備工藝條件較溫和，具有廣泛的推廣應用價值。
文檔編號C08K3/04GK103013140SQ20121056657
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權日2012年12月25日
發(fā)明者張其清, 王建華, 賀超龍, 程娘梅, 陳名懋 申請人:福建省博特生物科技有限公司, 福州大學