表面具有微纳米结构的生物陶瓷支架及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及表面具有微纳米结构的生物陶瓷支架及其制备方法和应用，包括Ca7Si2P2O16生物陶瓷支架和形成于所述Ca7Si2P2O16生物陶瓷表面的具有微纳米结构的聚多巴胺/Ca‑P纳米层。本发明专利技术在Ca7Si2P2O16生物陶瓷支架表面形成的聚多巴胺/Ca‑P纳米层具有微纳米结构，能够促进骨间充质干细胞在支架表面的粘附、增殖及分化，进而促进体内成骨。从而使得本发明专利技术制备的表面具有微纳米结构的生物陶瓷支架（或称多巴胺诱导的生物陶瓷支架）兼具骨修复及治疗骨肿瘤的双功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多巴胺诱导的Ca7Si2P2O16生物陶瓷支架及其在骨修复与光热治疗骨肿瘤中的用途，属生物材料领域。
技术介绍
目前临床上骨癌的治疗方法是手术和放化疗相结合。但是手术会造成大块的骨缺损，同时有肿瘤细胞残余[1]。放疗和化疗存在抗药性以及毒副作用大等问题。因此，制备一种兼具治疗骨肿瘤和修复骨缺损的生物材料具有很重要的现实意义。光热疗法因其毒副作用小，具有靶向治疗的特点受到越来越多的关注[2-3]。但是大多数光热剂面临不可降解或者潜在毒性等长期安全性问题[4-6]。参考文献[1]A.Luetke,P.A.Meyers,I.Lewis,H.Juergens,OsteosarcomaTreatment-WhereDoWeStand？aStateoftheArtReview,CancerTreat.Rev.2014；40:523-532.[2]L.Cheng,C.Wang,L.Feng,K.Yang,Z.Liu,FunctionalNanomaterialsforPhototherapiesofCancer,Chem.Rev.2014；114:10869-10939.[3]Y.Yang,J.Liu,C.Liang,L.Feng,T.Fu,Z.Dong,etal.,NanoscaleMetal–OrganicParticleswithRapidClearanceforMagneticResonanceImaging-GuidedPhotothermalTherapy,ACSNano2016；10:2774-2781.[4]A.Nel,T.Xia,L.N.Li,ToxicPotentialofMaterialsattheNanolevel,Science2006；311:622-627.[5]D.Bitounis,H.Ali-Boucetta,B.H.Hong,D.-H.Min,K.Kostarelos,ProspectsandChallengesofGrapheneinBiomedicalApplications,Adv.Mater.2013；25:2258-2268.[6]Y.-F.Li,C.Chen,FateandToxicityofMetallicandMetal-ContainingNanoparticlesforBiomedicalApplications,Small2011；7:2965-2980.。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的提供一种兼具治疗骨肿瘤和修复骨缺损的生物材料。一方面，本专利技术提供了一种表面具有微纳米结构的生物陶瓷支架，包括Ca7Si2P2O16生物陶瓷支架和形成于所述Ca7Si2P2O16生物陶瓷表面的具有微纳米结构的聚多巴胺/Ca-P纳米层。所述聚多巴胺/Ca-P纳米层尺寸在微纳米级别，表面具有片状网络结构的纳米层，尺寸在50-150nm。所述聚多巴胺/Ca-P纳米层中含有Ca元素,P元素,C元素，Si元素，O元素。本专利技术在Ca7Si2P2O16生物陶瓷支架表明形成具有微纳米结构的聚多巴胺/Ca-P纳米层，其中聚多巴胺具有优良的光热性能(多巴胺已聚合成为聚多巴胺，其光热性能不受影响)。本专利技术利用多巴胺的光热性能，实现光热抗肿瘤的作用。而在所述Ca7Si2P2O16生物陶瓷支架表面形成的聚多巴胺/Ca-P纳米层具有微纳米结构，能够促进骨间充质干细胞在支架表面的粘附、增殖及分化，进而促进体内成骨。从而使得本专利技术制备的表面具有微纳米结构的生物陶瓷支架(或称多巴胺诱导的生物陶瓷支架)兼具骨修复及治疗骨肿瘤的双功能。较佳地，所述聚多巴胺/Ca-P纳米层的厚度为500～800nm。在所述聚多巴胺/Ca-P纳米层和基底材料之间还包括过渡层，厚度为3～5μm。较佳地，所述聚多巴胺/Ca-P纳米层是由多巴胺在Ca7Si2P2O16生物陶瓷表面自组装而成。较佳地，所述Ca7Si2P2O16生物陶瓷是三维打印陶瓷支架。较佳地，所述表面具有微纳米结构的生物陶瓷支架在功率为0.26～0.50W/cm2的近红外光照射下的光热温度在40～100℃之间。另一方面，本专利技术提供了一种表面具有微纳米结构的生物陶瓷支架的制备方法，，将Ca7Si2P2O16生物陶瓷支架浸入浓度为2～6mg/L的多巴胺溶液中，控制多巴胺溶液的pH为8.4～8.6，在20～60℃下浸泡1～3天。本专利技术将Ca7Si2P2O16生物陶瓷支架浸入多巴胺的浓度为2～6mg/L的多巴胺溶液(例如多巴胺-Tris-HCl溶液)中，通过调节多巴胺溶液的pH为8.4～8.6、反应温度以及反应时间，利用多巴胺的自聚合反应在Ca7Si2P2O16生物陶瓷支架表面诱导出一层均匀的微纳米结构的聚多巴胺/CaP纳米层。聚多巴胺/Ca-P纳米层形成的机理是1)生物陶瓷中的Ca,P在溶液中降解，2)多巴胺在陶瓷表面聚合形成聚多巴胺，3)在形成聚多巴胺的同时，Ca,P浓度达到饱和后，聚多巴胺膜中的OH-andNH-提供成核位点，促进Ca-P矿化。较佳地，Ca7Si2P2O16生物陶瓷支架通过如下方法制备方法：将Ca7Si2P2O16生物陶瓷粉体、聚醚F127和海藻酸钠均匀混合，利用计算机辅助设计软件构造生物陶瓷支架陶瓷素坯的结构模型，三维打印所述生物陶瓷支架陶瓷素坯；将所得生物陶瓷支架陶瓷素坯在1300～1450℃下烧结2～6小时，得到所述Ca7Si2P2O16生物陶瓷支架。又，较佳地，所述Ca7Si2P2O16生物陶瓷粉体、聚醚F127和海藻酸钠的质量比为1:(0.04～0.06)：(0.4～0.6)。较佳地，将所得多巴胺诱导的Ca7Si2P2O16生物陶瓷支架在功率为0.26～0.50W/cm2的近红外光进行照射处理，使得所述多巴胺诱导的Ca7Si2P2O16生物陶瓷支架的光热温度在40～100℃之间。再一方面，本专利技术还提供了一种表面具有微纳米结构的生物陶瓷支架在制备治疗骨肿瘤与修复骨缺损的材料中的应用。本专利技术制备的多巴胺诱导的生物陶瓷支架(DOPA-BC)具有良好的光热性能，无论在干燥状态下，还是浸泡在PBS中，都能实现超低功率下的快速升温。通过改变多巴胺的浓度，激光功率可以对其最终达到的温度进行调控。而纯生物陶瓷(BC)光照后温度几乎不变。在近红外光照射后，DOPA-BC支架上的骨肿瘤死亡率达到～88.2％，乳腺癌细胞死亡率达到～80.4％。在裸鼠皮下肿瘤组织植入DOPA-BC支架后，光照导致的高温，能有效抑制肿瘤生长，且促进肿瘤组织cleaved-PARP基因(细胞凋亡的标记蛋白)的表达，抑制肿瘤组织Bcl-2基因(抑制肿瘤凋亡)的表达。同时多巴胺诱导的生物陶瓷支架生物相容性保持良好，兔子的骨髓基质干细胞在支架表面铺展、粘附良好。多巴胺诱导后，其表面的微纳米结构能显著促进兔子体内成骨，同时验证了短期的光热治疗并不会阻碍长期的骨修复效果。因此，制备的多巴胺诱导的生物陶瓷可修复骨肿瘤切除手术造成的大块骨缺损，同时利用光热疗法，可有效杀死残余骨肿瘤细胞，具有修复与治疗的双功能性。附图说明图1中从左到右为实施例2制备的纯生物陶瓷支架(BC)、以及实施例2制备的多巴胺诱导的Ca7Si2P2O16生物陶瓷支架的照片；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面具有微纳米结构的生物陶瓷支架，其特征在于，包括Ca7Si2P2O16生物陶瓷支架和形成于所述Ca7Si2P2O16生物陶瓷表面的具有微纳米结构的聚多巴胺/Ca‑P纳米层。

【技术特征摘要】
1.一种表面具有微纳米结构的生物陶瓷支架，其特征在于，包括Ca7Si2P2O16生物陶瓷支架和形成于所述Ca7Si2P2O16生物陶瓷表面的具有微纳米结构的聚多巴胺/Ca-P纳米层。2.根据权利要求1所述的表面具有微纳米结构的生物陶瓷支架，其特征在于，所述聚多巴胺/Ca-P纳米层的厚度为500～800nm。3.根据权利要求1或2所述的表面具有微纳米结构的生物陶瓷支架，其特征在于，所述聚多巴胺/Ca-P纳米层是由Tris-HCl溶液中的多巴胺在Ca7Si2P2O16生物陶瓷表面自组装而成。4.根据权利要求1-3中任一项所述的表面具有微纳米结构的生物陶瓷支架，其特征在于，在所述聚多巴胺/Ca-P纳米层和基底材料之间还包括过渡层，厚度为3～5μm。5.根据权利要求1-4中任一项所述的表面具有微纳米结构的生物陶瓷支架，其特征在于，所述Ca7Si2P2O16生物陶瓷是三维打印陶瓷支架。6.根据权利要求1-5中任一项所述的表面具有微纳米结构的生物陶瓷支架，其特征在于，所述表面具有微纳米结构的生物陶瓷支架在功率为0.26～0.50W/c...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴成铁，马红石，常江，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31