一种模拟软骨的柔性压电复合支架及其制备方法

本发明涉及医学材料，尤其涉及一种模拟软骨的柔性压电复合支架及其制备方法。

背景技术：

1、骨关节炎一直是困扰人类的疾病之一，尤其是越来越多的青少年也开始逐渐表现出膝盖退行性病变、软骨损伤等问题。软骨组织基本不存在血管网，因此修复细胞较难移动到受损区域，实现修复受损软骨组织效果。因此软骨一旦发生坏死情况，通常会严重缺乏足够血液、营养素等物质供应，造成软骨无法自我修复现象。正常情况下，受损软骨组织通常会被纤维增生组织所取代，并造成功能严重下降或完全丧失。

2、常用的修复软骨损伤手段有：保守治疗、微骨折手术、自体软骨细胞植入、自体骨软骨移植、生物材料植入5种。但是保守治疗、微骨折手术、自体软骨细胞植入、自体骨软骨移植会带来免疫炎症的影响，因此生物材料植入越来越多的被利用到治疗软骨损伤、软骨缺失中。如何解决生物植入材料被软骨尽可能快速的吸收、提高软骨修复能力是研究人员关注的重点。

3、电刺激已经被证实可促进软骨细胞的增殖和细胞外基质分子的合成，从而加速软骨缺损的愈合。因此，开展无毒安全、微创治疗、具有高软骨诱导和血管生成能力、可降解、促进细胞增殖、且具备自供电刺激的软骨支架研究，是提高软骨修复的有效手段。压电复合材料是具备压电性和柔性力学性能的智能材料，具有良好的生物相容性、力学性能、低炎症反应等特点，有利于细胞增殖，在软骨骨修复支架研究方面得到高度关注。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种模拟软骨的柔性压电复合支架及其制备方法。本发明是通过在钛酸钡-柔性树脂压电支架外填充壳聚糖/聚乙烯醇纤维构成模拟软骨的复合支架，模拟软骨的柔性压电复合支架示意图如图1所示，该支架具备良好的生物相容性、柔性力学性能及可降解性。

2、本发明是采用以下技术方案实现的：

3、一种模拟软骨的柔性压电复合支架的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)配置柔性树脂基体

5、将钛酸钡与柔性树脂按体积比0.5-1:9-9.5混合，搅拌，再加入固化剂，搅拌均匀后倒模，消泡、固化得所述柔性树脂基体，即钛酸钡-柔性树脂压电支架；

6、(2)制备壳聚糖/聚乙烯醇纤维凝胶预制溶液

7、将聚乙烯醇纤维溶于去离子水中，75℃-80℃条件下加热搅拌25min-30min，得聚乙烯醇纤维溶液；然后将壳聚糖溶于去离子水中，搅拌得壳聚糖溶液；最后将所述聚乙烯醇纤维溶液和所述壳聚糖溶液按体积比5-7:3-5混合，搅拌均匀后得壳聚糖/聚乙烯醇纤维凝胶预制溶液；

8、(3)制备模拟软骨的柔性压电复合支架

9、先将所述壳聚糖/聚乙烯醇纤维凝胶预制溶液和交联剂按质量比10:0.1-0.3混合，搅拌30min后得凝胶预制溶液/交联剂混合溶液；然后将所述钛酸钡-柔性树脂压电支架浸泡在所述凝胶预制溶液/交联剂混合溶液中，静置24h后进行冻干处理，切割得所述模拟软骨的柔性压电复合支架。

10、进一步，所述柔性树脂为聚二甲基硅氧烷(pdms)。

11、优选的，所述柔性树脂的粘度为1500mpa·s-1800mpa·s。

12、优选的，所述钛酸钡的颗粒直径为200nm-800nm。

13、优选的，所述钛酸钡的压电常数为100pc/n-120pc/n。

14、进一步，所述固化剂为二聚酸聚酰胺固化剂，优选为氢化c18不饱和脂肪酸二聚酸。

15、优选的，所述固化剂与柔性树脂的质量比为0.01-0.1:1。

16、优选的，所述聚乙烯醇纤维溶液中聚乙烯醇纤维的质量分数为10％-15％。

17、优选的，所述壳聚糖溶液中壳聚糖的质量分数为1％-5％。

18、进一步，所述交联剂为戊二醛。

19、优选的，所述冻干处理是以3℃/min的降温速率从室温降至-40℃后冷冻48h。

20、本发明的另一目的是提供一种模拟软骨的柔性压电复合支架，由上述模拟软骨的柔性压电复合支架的制备方法制备而成。

21、进一步，所述模拟软骨的柔性压电复合支架的孔隙率为60％-80％，断裂强度为1.94mpa-2.11mpa。

22、进一步，所述模拟软骨的柔性压电复合支架的超声波强度为0.8w/cm2-1.6w/cm2，占空比60％-100％条件下作用产生电荷信号。

23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

24、1、本发明模拟软骨的柔性压电复合支架的制备方法简单，制备的模拟软骨的柔性压电复合支架在超声作用下具备良好的生物相容性和良好的柔性力学性能。

25、2、本发明制备的柔性压电复合支架不仅具有接近人体软骨的力学性能，同时还可基于压电支架的电刺激功能，有效刺激成骨细胞增殖。

26、3、本发明制备模拟软骨的柔性压电复合支架过程中，制备的凝胶预制溶液是由壳聚糖溶液与聚乙烯醇纤维溶液混合而成，其中壳聚糖和聚乙烯醇纤维均为人体可吸收的天然成骨材料，并且多糖类混合物可以有效促进骨骼再生并且可被人体吸收。

技术特征：

1.一种模拟软骨的柔性压电复合支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的模拟软骨的柔性压电复合支架的制备方法，其特征在于，所述柔性树脂为聚二甲基硅氧烷。

3.根据权利要求1所述的模拟软骨的柔性压电复合支架的制备方法，其特征在于，所述柔性树脂的粘度为1500mpa·s-1800mpa·s。

4.根据权利要求1所述的模拟软骨的柔性压电复合支架的制备方法，其特征在于，所述钛酸钡的颗粒直径为200nm-800nm，压电常数为100pc/n-120pc/n。

5.根据权利要求1所述的模拟软骨的柔性压电复合支架的制备方法，其特征在于，所述固化剂为二聚酸聚酰胺固化剂。

6.根据权利要求1所述的模拟软骨的柔性压电复合支架的制备方法，其特征在于，所述固化剂与所述柔性树脂的质量比为0.01-0.1:1。

7.根据权利要求1所述的模拟软骨的柔性压电复合支架的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇纤维溶液中聚乙烯醇纤维的质量分数为10％-15％；所述壳聚糖溶液中壳聚糖的质量分数为1％-5％。

8.根据权利要求1所述的模拟软骨的柔性压电复合支架的制备方法，其特征在于，所述交联剂为戊二醛。

9.根据权利要求1所述的模拟软骨的柔性压电复合支架的制备方法，其特征在于，所述冻干处理是以3℃/min的降温速率从室温降至-40℃后冷冻48h。

10.一种模拟软骨的柔性压电复合支架，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述模拟软骨的柔性压电复合支架的制备方法制备而成；所述模拟软骨的柔性压电复合支架的孔隙率为60％-80％，断裂强度为1.94mpa-2.11mpa，超声波强度为0.8w/cm2-1.6w/cm2，占空比60％-100％条件下作用产生电荷信号。

技术总结本发明提供了一种模拟软骨的柔性压电复合支架及其制备方法，涉及医学材料领域。本发明制备模拟软骨的柔性压电复合支架是通过在钛酸钡‑柔性树脂压电支架外填充壳聚糖/聚乙烯醇纤维。本发明制备柔性压电复合支架的方法不仅简单，而且该方法制备的模拟软骨的柔性压电复合支架在超声作用下具备良好的生物相容性和良好的柔性力学性能，同时还可基于压电支架的电刺激功能，有效刺激成骨细胞增殖促进骨骼再生。技术研发人员：李营,何汝杰,李素云,蒋永博受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14