[发明专利]一种磷酸肌酸改性壳聚糖材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种磷酸肌酸改性壳聚糖材料及其制备方法与应用。该方法首先将壳聚糖溶于MES缓冲液，再通过零位接枝技术将磷酸肌酸接枝在壳聚糖上，透析后冷冻‑冻干得到磷酸肌酸改性壳聚糖材料。该材料具有多种应用前景：未引入双键时，将材料溶解、冻干成型后加入交联剂‑京尼平交联得到多孔支架，可用于非承重骨缺损部位的修复；与甲基丙烯酸酐反应引入双键时，可在紫外光下交联聚合得到可注射型水凝胶，可用于复杂骨损伤创面的微创原位注射修复。本发明有效解决了单纯使用壳聚糖用于骨修复时效果差，形式单一的缺陷，改性壳聚糖材料不仅可以制备多孔支架，而且可以制备可注射型水凝胶，对于拓展壳聚糖材料在骨组织工程中的应用有重大的意义。

技术领域

本发明属于生物医用骨修复材料制备领域，尤其涉及一种磷酸肌酸改性壳聚糖材料及其制备方法与应用于制备磷酸肌酸改性壳聚糖多孔支架和可注射型水凝胶。

背景技术

骨形成是体内生物矿化的结果，钙磷矿物粒子与胶原结合形成复杂有序的分层结构，获得极好的机械性能。无机材料如磷酸钙，羟基磷灰石和生物玻璃，和正常骨的矿物相具有相似的化学成分，展现出良好的骨传导性、成骨诱导性和机械强度，是骨修复和再生的极佳选择并被用于骨组织工程数十年。但是使用无机材料无法控制和调节材料的性能，尤其是降解性能；很难改变其化学结构以结合生物化学信号促进骨形成。复合具有成骨诱导性的磷酸钙和具有生物降解性的生物高分子成为骨组织工程的一个选择。无机材料-生物高分子复合材料机械强度虽然获得提高，但是在生物高分子中涂覆或复合无机材料也存在诸多缺点，包括两种材料间附着力差；材料表面和矿物层之间缺乏结构联系；无机填料在聚合物基体中分散不均匀，影响整体力学性能；材料降解不同步，聚合物降解后力学性能下降；没有充足的动物实验数据支持；当无机粒子浓度较高时，复合材料表现出易碎的特性等问题。为解决这些问题，希望可以通过生物高分子材料本身的化学改性，模拟天然骨的形成过程，即改性生物高分子材料在生物体内自发诱导矿化成核，形成纳米羟基磷灰石-生物高分子仿生复合材料，在促进骨细胞的粘附和增殖的同时，诱导干细胞成骨分化，最终实现理想的骨修复效果。

磷酸化生物高分子材料，可以从培养基中吸附蛋白、调节细胞的粘附；可以通过配位键与Ca²⁺结合，促进钙磷结晶的生长。磷酸化改性的材料在诱导羟基磷灰石生长上非常有效。但是多数含磷物质具有细胞毒性，材料降解后易引起炎症，不适宜作为磷酸来源引入聚合物材料中。此外，常用的化学接枝技术会在生物高分子骨架或侧链中引入无关基团，造成高分子难以降解或者降解产物具有细胞毒性。为解决上述问题，本发明通过前期筛选，选择生物相容性良好的磷酸肌酸（phosphatecreatine, PCr）作为磷源，用以改性生物高分子壳聚糖；同时采用零位接枝技术，在合成过程不会引入任何无关链节。该磷酸肌酸改性壳聚糖材料具有多种应用形式，可制备多孔支架及可注射型水凝胶，可以满足不同骨缺损修复的临床需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术遇到的问题，目的是提供一种磷酸肌酸改性壳聚糖材料及其制备方法与应用。该方法基于零位接枝技术，通过接枝改性引入磷酸基团和双键，冷冻-冻干得到磷酸化壳聚糖材料。以生物相容性良好的磷酸肌酸作为磷源，用以引入磷酸基团；以甲基丙烯酸酐作为双键来源，用以引入双键。

本发明的目的通过下述方案实现。

步骤一：磷酸肌酸改性壳聚糖(CS-PCr)材料制备

（1）利用零位接枝技术，在常温和水溶液中将磷酸肌酸接枝到壳聚糖上；

（2）反应液透析除去催化剂和未反应的原料；

（3）冷冻-冻干得到磷酸肌酸改性壳聚糖(CS-PCr)；

步骤二：可注射型磷酸肌酸改性壳聚糖(MAC-PCr)材料制备

（1）常温下，磷酸肌酸改性壳聚糖(CS-PCr)与甲基丙烯酸酐反应引入双键；

（2）反应液透析除去未参与反应的原料；