[发明专利]石墨烯修饰提高聚酯纤维人工韧带生物相容性的方法

说明书

技术领域

本发明属于人工韧带技术领域，涉及一种聚酯纤维人工韧带的表面改性技术，尤其是一种石墨烯修饰提高聚酯纤维人工韧带生物相容性的方法。

背景技术

前交叉韧带(ACL)损伤是最常见的关节韧带损伤类型。由于ACL具有限制胫骨过度前移、控制胫骨旋转和本体感受器等功能，其损伤可直接造成膝关节失稳、功能下降，进而引发半月板和软骨退变，导致早发性骨关节炎，严重影响患者生活质量。通过手术移植修复和重建受损韧带已成为共识。然而，自体(膑腱或腘绳肌腱等)移植可引起供区肌力减弱和膝前疼痛等并发症，异体移植存在免疫排斥、长入延迟和传播潜在传染病等弊端。而且自体或异体移植物均需经历12个月以上的坏死、再血管化、细胞长入和胶原重塑的“韧带化”过程，延长了患者的康复时间。

人工韧带理论上具有避免供区次发性损伤、来源广泛、初始强度高、术后即刻恢复关节稳定和功能、操作相对容易等优势。然而其实际应用效果并不理想，主要因为——现有人工韧带生物化程度低，与宿主细胞和组织相容困难，无法形成长期稳定的生物性连接。由于人工韧带的首要任务是迅速(即刻)恢复患肢功能，对材料初始强度要求很高(抗拉强度需2000N以上)，生物性相容性较好的聚酯(聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯等)、生物蛋白(蚕丝蛋白、蛛丝蛋白、胶原蛋白等)、多糖(壳聚糖等)均难以满足强度要求。而聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等常用人工韧带材料力学强度虽高，但生物相容性不佳，与组织、细胞结合困难。通过改进构建工艺(如采用多孔编织)虽可显著提高韧带孔隙率，产生一定空间效应，但由于材料本身生物相容性低，仍然无法有效提高韧带生物化。

近年来，人们尝试通过不同的表面修饰方法以提高韧带生物性。常用修饰方法有活性蛋白(或生长因子)涂层和物理表面改性等。前者需大量使用活性因子，制备成本高，材料对因子吸附效果差，消毒和存储均可引起生长因子失活，影响最终效果；后者对工艺要求高，且激光蚀刻、离子注入等改性工艺均易对材料孔隙、强度和抗蠕变性造成不利影响。因此，能否找到理想的修饰材料和方法成为制约人工韧带发展的瓶颈。

研究发现：新型材料石墨烯生物相容性良好，骨髓基质干细胞(BMSCs)、成骨细胞(OC)等均能在其表面黏附生长。研究发现石墨烯涂层可显著提高铜和硅等材料表面细胞黏附性。同时，有学者发现石墨烯还可促进BMSCs的成骨分化，但其相关机制尚不明确。石墨烯仅有单个碳原子厚度，是目前已知最薄的纳米材料，其①力学强度高，与金刚石硬度相当，②可塑性强，可根据模板形状任意折叠和贴附，③结构稳定，不会因消毒和长期存储发生结构和活性改变，④导电性好，可无损传导生物电，⑤表面活性高，超大的比表面积，对生长因子具有极强的吸附性。

因此通过表面涂层法将CVD生长的大面积石墨烯涂层在聚酯纤维编织人工韧带上。通过实验验证了石墨烯涂层能提高聚酯纤维微孔编织人工韧带粘附细胞，并对细胞增殖和成骨分化有促进作用。虽然国内有很多石墨烯的专利及人工韧带的专利，但是将石墨烯涂层在人工韧带表面以提高人工韧带生物相容性的方法仍未见文献和专利报道。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种石墨烯修饰提高聚酯纤维人工韧带生物相容性的方法，其能够提高微孔编织人工韧带表面的细胞相容性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种石墨烯修饰提高聚酯纤维人工韧带生物相容性的方法，其特征在于，利用腐蚀基体法将CVD法生长的大面积单层石墨烯转移到聚酯纤维编织人工韧带上以提高人工韧带生物相容性。

进一步的，以上具体包括以下步骤：

A.石墨烯的制备：

(1)将铜箔放置到CVD反应炉中；

(2)将反应炉加热，以CH4为碳源，H₂为还原气体，Ar为惰性气体，通入反应炉；

(3)反应后恢复至室温，得到生长在铜箔上的均匀单层石墨烯；

B.石墨烯转移膜的制备：

(1)将制备的石墨烯铜箔旋涂聚甲基丙烯酸甲酯PMMA；

(2)旋涂后将铜箔放于加热板上烘烤固胶；

(3)将烘烤后的铜箔放于硫酸铵溶液中溶解，腐蚀Cu基体；

(4)将铜基体腐蚀后得到漂浮于硫酸铵溶液表面的粘附有单层石墨烯的PMMA薄膜；

(5)将得到的PMMA薄膜转移至去离子水中备用；

C.单层石墨烯涂层人工韧带的制备：

(1)将得到的PMMA膜转移至聚酯纤维编织的人工韧带上；