一种短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料的制备方法，属于生物复合材料制备技术领域，可用作骨修复三维支架材料使用，具有良好的生物活性、机械性能和降解特性，有利于提高骨修复的效果。所述制备方法包括：将短肽分子溶于水中，使其组装；将组装好的短肽溶液、硅前驱体、粘合剂混合，使它们反应形成短肽/二氧化硅凝胶；将凝胶用超纯水置换后利用冰凝诱导法冷冻样品，冻干后即可得到短肽/二氧化硅多孔材料；利用模拟体液浸泡材料，冻干后得到短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料。本发明专利技术用于制备有机‑无机多孔复合材料，具有易于调控的多级孔结构，可作为人工骨材料的三维支架应用在骨修复领域。

Preparation method of short peptide / silica / hydroxyapatite porous composite material

The invention relates to a short peptide / silica / hydroxyapatite porous composite material preparation method, which belongs to the technical field of the preparation of bio composite materials, can be used as bone repair scaffold materials, has good biological activity, mechanical properties and degradation properties, it is helpful to improve the bone repairing effect. The preparation method comprises the following steps: the peptide molecules dissolved in water, the assembly; short peptide solution, silicon precursor and binder will be assembled, so that they react to form short peptide / silica gel; gel with ultrapure water after replacement by freezing induced by freeze-dried frozen samples can be obtained after short peptide / silica porous materials; using the SBF material, and freeze-dried to obtain short peptide / silica / hydroxyapatite porous composite material. The invention is used for preparing organic inorganic porous composite material, with a hierarchical pore structure is easy to control, can be used as scaffold of artificial bone material in the field of bone repair.

【技术实现步骤摘要】
一种短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料的制备方法
本专利技术属于生物复合材料制备
，具体涉及一种用于修复骨损伤的短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料的制备方法。
技术介绍
我国是一个拥有13亿以上人口的大国，每年由于交通、体育运动事故造成的骨损伤患者每年达到百万人以上，且随着人口老龄化引起的骨质疏松、骨组织坏死等疾病日益增多。尽管骨组织具有一定的自我修复能力，但自我修复只能在缺损较小的情况下进行，目前的主要治疗方法是通过在病变区植入骨修复材料，促进骨组织的再生和修复。因此，骨修复材料是目前需求量最大的生物医用材料之一。根据来源不同，骨修复材料主要包括自体骨、同种异体骨和异种骨、人工合成骨材料等。自体骨是最为最理想的骨修复材料，但是因其取材有限且会对患者造成二次损伤而大大影响了其应用；同种异体骨和异种骨容易引发免疫排斥反应，而且有传播疾病的风险；因此，研究和开发能够修复骨损伤并重建其功能的人工骨材料受到了广泛重视，也取得了显著的进展，但与理想的人工骨材料相比仍存在一些不足。比如：人工骨材料的力学性能与原骨组织不匹配，可能会导致植入材料与植入环境以及新生骨不能很好地结合；在材料的孔隙率、孔隙联通、孔径大小调控方面仍然存在困难，影响成骨细胞的生长增殖以及骨组织的形成等。机械性能、孔特性以及生物功能性是人工骨材料设计时需要重点考虑的三个方面。我们知道天然骨材料主要由胶原纤维羟基磷灰石组成，但通过人工仿生制备很难获得如此复杂而精致的结构以及相应的机械性能，因此在有机生物分子和羟基磷灰石之外复合其它组分成为强化人工骨材料的重要手段。理想的骨修复材料应具有多级孔结构和较高的孔隙率，研究表明，材料的多级孔结构有利于控制细胞行为，大孔结构则有利于成骨细胞的分化、神经化和血管化，另外多级微孔结构则有利于营养物质和代谢产物的输送(MoutosFT等，《自然材料》2007,6,162-167)。因此在保持其机械强度和生物活性的前提下改善材料孔隙率、孔径、孔形貌、孔分布成为改善其骨修复功能的重要途径之一。目前主要制备方法包括颗粒堆积烧结法、添加造孔剂法、发泡法、溶胶-凝胶法、相分离法、3D打印法和电化学法等。但是这些方法或者需要有机溶剂的加入，或者需要高温高压等苛刻的条件，并且所制备的多孔材料孔结构分布不均匀，孔尺寸控制也比较困难，使得所制备材料在临床应用上受到较大的限制。近些年来，冰凝诱导法逐渐被人们所认识(YaninaMinaberry等，《化学材料》2011,23，2327-2332)，该方法无毒无害，且对于孔特性的调控具有独特的优势，在骨修复领域具有显著的应用价值。将仿生矿化与冰凝诱导相结合，在提高其机械强度和保持生物活性的基础上，大大提高了对材料孔结构的控制性，通过组成和工艺的变化可以很容易地调控材料的机械性能和降解特性，作为支架材料在骨修复领域展示了良好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料的制备方法，可用作骨修复三维支架材料使用，具有良好的生物活性、机械性能、降解特性和易于调控的多级孔结构，有利于提高骨修复的效果。本专利技术提供了一种短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料的制备方法，包括以下步骤：将短肽分子溶于水中，超声分散，调节至指定pH值，在一定温度下放置使其组装，得到含有短肽自组装体的溶液，即短肽溶液；将短肽溶液、硅前驱体、粘合剂混合，使硅前驱体水解并在短肽组装体表面形成二氧化硅沉积层，继续反应形成短肽/二氧化硅凝胶；将短肽/二氧化硅凝胶用超纯水置换，然后利用冰凝诱导法，在不同的冷冻域中冷冻样品，冷冻干燥后即可得到短肽/二氧化硅多孔材料；利用模拟体液浸泡材料，在短肽/二氧化硅多孔材料表面沉积羟基磷灰石层，一定时间后冷冻干燥得到短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料；可选的，短肽为两亲性阳离子短肽，疏水部分由3-10个甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸或异亮氨酸组成，亲水部分由1-3个赖氨酸、精氨酸或组氨酸构成，疏水部分和亲水部分通过肽键连接；优选的，将短肽溶解于水后，调节至pH3-9，使其在温度15-50℃的水溶液中放置，最终能够自组装成纳米纤维；可选的，硅前驱体为正硅酸乙酯或正硅酸甲酯，粘合剂为聚乙烯醇、壳聚糖、海藻酸钠中的一种，浓度分别为短肽1-10mM、硅前驱体50-500mM、粘合剂1-3wt％；优选的，将形成的凝胶置于大量超纯水中进行置换，每4-12小时换一次水，目的是为了除去在二氧化硅形成过程中生成的少量乙醇或甲醇；可选的，所述的冰凝诱导法是以凝胶在冷冻过程中形成的冰晶为模板驱动溶质组装，然后除去冰晶得到多孔材料的方法；优选的，冰凝诱导的温度在-196-0℃之间，样品首先在冷冻源中冷冻10-60分钟，然后在-80℃冰箱中熟化10-30分钟；优选的，将短肽/二氧化硅多孔材料在37℃的SBF模拟体液中浸泡3-6天，每12-48小时更换一次模拟体液；本专利技术的另一方面提供了如上述技术方案中任一项所述的一种短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料的制备方法所制备得到的短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料；本专利技术的再一方面提供了如上述技术方案所述的短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料作为三维支架材料在骨修复中的应用。本专利技术将仿生矿化方法与冰凝诱导技术相结合，制备出短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料具有良好生物活性，且强度可控、孔特性可控的多级孔材料。与已有技术相比，本专利技术具有以下优势：1)得到的是具有纳米孔、微米孔等多级孔结构的多孔材料；2)多孔材料中孔的尺寸、孔的方向、孔的连通性易于调控，例如孔的尺寸能从几百纳米到几百微米变化；3)多孔材料的形状由冰凝诱导的模具决定，易于得到具有不同形状的多孔材料，从而满足不同部位的特殊需求；4)具有可调控的机械性能和降解特性，易于通过二氧化硅和羟基磷灰石组成和分布的变化调控其机械性能和降解性质；5)良好的生物活性，所制备多孔材料由无毒的短肽、二氧化硅、羟基磷灰石组成，表面羟基磷灰石和硅羟基的存在以及材料所具有的多级孔结构赋予其良好的生物活性，有助于骨细胞的粘附增殖，促进受损骨组织的修复；6)简单、环境友好的制备工艺，冰凝诱导是以水作为溶剂，以冰晶作为模板制备多孔材料，未引入其它杂质，并且除冰晶模板也比较方便；整个过程不需要复杂的设备，成本较低且容易实现。附图说明图1为本专利技术实施例2所制备得到的短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料2的数码照片；图2A为本专利技术实施例2所制备得到的短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料2垂直于冰晶生长方向截面的扫描电子显微镜照片；图2B为本专利技术实施例2所制备得到的短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料2平行于冰晶生长方向截面的扫描电子显微镜照片；图2C为本专利技术实施例2所制备得到的短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料2孔壁的扫描电子显微镜照片；图3为本专利技术实施例2所制备得到的短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料2的压汞孔分布测试曲线；图4为本专利技术实施例2所制备得到的短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料2的EDS能谱；图5为本专利技术实施例2所制备得到的短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料2的细胞毒性图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实例将有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将短肽分子溶于水中，超声分散，调节至指定pH值，在一定温度下放置使其组装，得到含有短肽自组装体的溶液，即短肽溶液；将短肽溶液、硅前驱体、粘合剂混合，使硅前驱体水解并在短肽组装体表面形成二氧化硅沉积层，继续反应形成短肽/二氧化硅凝胶；将短肽/二氧化硅凝胶用超纯水置换，然后利用冰凝诱导法，在不同的冷冻域中冷冻样品，冷冻干燥后即可得到短肽/二氧化硅多孔材料；利用模拟体液浸泡材料，在短肽/二氧化硅多孔材料表面沉积羟基磷灰石层，一定时间后冷冻干燥得到短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将短肽分子溶于水中，超声分散，调节至指定pH值，在一定温度下放置使其组装，得到含有短肽自组装体的溶液，即短肽溶液；将短肽溶液、硅前驱体、粘合剂混合，使硅前驱体水解并在短肽组装体表面形成二氧化硅沉积层，继续反应形成短肽/二氧化硅凝胶；将短肽/二氧化硅凝胶用超纯水置换，然后利用冰凝诱导法，在不同的冷冻域中冷冻样品，冷冻干燥后即可得到短肽/二氧化硅多孔材料；利用模拟体液浸泡材料，在短肽/二氧化硅多孔材料表面沉积羟基磷灰石层，一定时间后冷冻干燥得到短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的短肽为两亲性阳离子短肽，疏水部分由3-10个甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸或异亮氨酸组成，亲水部分由1-3个赖氨酸、精氨酸或组氨酸构成，疏水部分和亲水部分通过肽键连接。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：将短肽溶解于水后，调节至pH3-9，使其在温度15-50℃的水溶液中放置，最终能够自组装成纳米纤维。4.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于：硅前驱体为正硅酸乙酯或正硅酸甲酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：王生杰，部勇，夏永清，王晓娟，曹美文，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37