一种新型的钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型的钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架，属于骨缺损修复医用材料制备技术领域，解决了目前丝素蛋白材料骨诱导性和成血管性能不足的问题，支架由钙镁硅酸盐与丝素蛋白两种材料组成，从自然仿生的角度，采用冷冻干燥技术构建具有多孔结构的无机与有机复合生物材料，进而促进骨再生，流程简单，制备所需时间短，所需原料价格低廉，生产成本低，模拟了体内人体骨的组成和结构，通过钙镁硅酸盐和丝素蛋白的复合，使得复合多孔支架的力学强度更好地接近人体松质骨的力学强度，形成与骨良好相容的羟基磷灰石层，形成有效骨整合，并为骨修复区域提供力学支撑，进而促进骨修复。

A New Calcium Magnesium Silicate and Silk Fibroin Composite Porous Scaffold and Its Preparation Method

The invention discloses a new type of calcium magnesium silicate and silk fibroin composite porous scaffold, which belongs to the technical field of preparing medical materials for bone defect repair, and solves the problem of insufficient bone induction and angiogenesis of silk fibroin material at present. The scaffold is composed of calcium magnesium silicate and silk fibroin two materials. From the perspective of natural bionics, freeze-drying technology is used to construct porous scaffolds. Structural inorganic and organic composite biomaterials can promote bone regeneration. The process is simple, the preparation time is short, the raw materials are cheap and the production cost is low. The composition and structure of human bone in vivo are simulated. The mechanical strength of composite porous scaffolds is better approximated to the mechanical strength of human cancellous bone through the compounding of calcium magnesium silicate and silk fibroin. Compatible hydroxyapatite layers form effective bone integration and provide mechanical support for bone repair areas, thus promoting bone repair.

【技术实现步骤摘要】
一种新型的钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架及其制备方法
本专利技术涉及一种具备多孔结构的含钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合支架及其制备方法，特别是骨缺损修复医用材料制备
，公开了一种新型的骨修复支架及其制备方法。
技术介绍
骨缺损修复需要支架材料具有良好的生物相容性，合适的降解速率，适合骨和血管长入的孔隙结构，匹配缺损区域的力学强度等性能。目前的骨组织工程支架集中在仿生骨的组成和结构。丝素蛋白是广泛应用于临床的一种天然蛋白材料，生物和组织相容性好，机械性能良好，降解性能可调，且来源广泛，制备简单，可以通过与羟基磷灰石、磷酸三钙等复合来模拟骨的组成，但骨诱导性和成血管性能不足，限制了其在骨缺损修复中的应用。含钙镁的硅酸盐生物活性陶瓷材料具有良好的生物相容性和生物活性。其主要成分为镁、钙和硅，能够促进干细胞成骨分化和血管内皮细胞成血管化，且在植入部位能够与体液发生反应，形成与骨和软组织都具有良好生物相容性的羟基磷灰石层，促进新骨和新血管形成。从自然仿生的角度，将具有良好成骨与成血管活性的无机物和具有良好生物相容性的有机物复合，制备成无机与有机复合生物材料，有利于骨再生。目前与钙硅镁陶瓷复合的有机物主要为可降解高分子聚合物（如聚乳酸等）和天然生物材料（如海藻酸钠等）。但目前仍未见利用钙镁硅酸盐生物活性陶瓷材料复合丝素蛋白的报道。将丝素蛋白与钙镁硅酸盐生物活性陶瓷复合，不仅可以模拟骨的组成，还可以发挥钙镁硅酸盐陶瓷材料的生物活性和丝素蛋白的组织相容性，进而促进骨再生修复。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺点和不足，本专利技术提出一种新型的钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架及其制备方法。从自然仿生的角度，采用冷冻干燥技术构建具有多孔结构的无机与有机复合生物材料，进而促进骨再生。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种新型的钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架，支架由钙镁硅酸盐与丝素蛋白两种材料组成，钙镁硅酸盐与丝素蛋白的质量比为1～50:100。作为本专利技术再进一步的方案：所述钙镁硅酸盐的粒径为0.1～5μm。作为本专利技术再进一步的方案：所述钙镁硅酸盐为镁黄长石、变硅灰石、镁掺杂硅酸钙、镁硅钙石和钙镁橄榄石中的一种或两种及两种以上的复合物。作为本专利技术再进一步的方案：支架为多孔结构，孔隙率为90%～96%。基于所述新型的钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架的制备方法，具体步骤为：（1）将钙镁硅酸盐粉体按0.25～20g：100mL的质量体积比加入到正丁醇中，以200rpm的速度置于球磨罐中机械球磨2h；（2）随后将球磨的浆体进行超声分散，超声功率为35W，频率为40kHz；超声10min后，在200rpm的搅拌速度下将上述分散液按体积比4:2的比例逐滴加入到质量分数为8%～20%的丝素蛋白溶液中，控制钙镁硅酸盐与丝素蛋白的质量比为1～50:100；（3）将混合好的悬浮液置于-20～-5°C的冰箱中冷冻10～24h，随后在室温下解冻6h得到白色的丝素蛋白支架，使用去离子水清洗支架，洗净正丁醇后将支架冷冻干燥，得到复合多孔骨组织工程支架。所述的新型的钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架在骨缺损修复中的用途。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）流程简单，制备所需时间短，所需原料价格低廉，生产成本低，钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架模拟了体内人体骨的组成和结构；（2）使用正丁醇交联和冷冻干燥法，制备的支架具有三维连通的孔隙结构，孔隙率在90%以上，孔径在50～350μm之间；（3）通过钙镁硅酸盐和丝素蛋白的复合，使得复合多孔支架的力学强度更好地接近人体松质骨的力学强度；（4）骨修复层中的钙镁硅酸盐生物活性陶瓷材料具有生物活性高、与骨组织能够良好键合的特点，能够在植入部位发生一系列矿化反应，最终形成与骨良好相容的羟基磷灰石层，形成有效骨整合，并为骨修复区域提供力学支撑，进而促进骨修复。（5）通过冷冻干燥构建的连通多孔结构，能够促进血管的长入和营养的运输，此外钙镁硅酸盐也能促进血管内皮细胞形成血管，进而进一步促进骨修复。附图说明图1为实施例1中复合多孔支架的X射线衍射图。图2为实施例1中复合多孔支架的扫描电镜照片。图3为实施例1中复合多孔支架的局部的扫描电镜照片。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细地说明。实施例1提供一种新型的钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架及其制备方法。将镁黄长石粉体按2g：100mL的质量体积比加入到正丁醇中，以200rpm的速度置于球磨罐中机械球磨2h；随后将球磨的浆体进行超声分散，超声功率为35W，频率为40kHz；超声10min后，在200rpm的搅拌速度下将上述分散液按体积比4:2的比例逐滴加入到质量分数为10%的丝素蛋白溶液中，控制镁黄长石与丝素蛋白的质量比为10:100；将混合好的悬浮液置于-20°C的冰箱中冷冻10h，随后在室温下解冻6h得到白色的丝素蛋白支架，使用去离子水清洗支架，洗净正丁醇后将支架冷冻干燥，得到复合多孔骨组织工程支架。应用该方法所制备的复合多孔骨组织工程支架的衍射图谱如图1所示，具有镁黄长石和丝素蛋白的特征衍射峰，两者之间没有产生新的物相。复合多孔骨组织工程支架的微观形貌图如图2所示，支架的孔径在100μm左右，孔的连通性好。经体积排水法测试得到该支架的孔隙率为91.43%～93.82%，使用力学试验机测得压缩模量为2.72～4.63MPa。如图3所示，体外细胞实验显示骨髓间充质干细胞够很好地粘附在镁黄长石与丝素蛋白复合多孔支架上。实施例2提供一种新型的钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架及其制备方法。将变硅灰石粉体按12g：100mL的质量体积比加入到正丁醇中，以200rpm的速度置于球磨罐中机械球磨2h；随后将球磨的浆体进行超声分散，超声功率为35W，频率为40kHz；超声10min后，在200rpm的搅拌速度下将上述分散液按体积比4:2的比例逐滴加入到质量分数为15%的丝素蛋白溶液中，控制变硅灰石与丝素蛋白的质量比为40:100；将混合好的悬浮液置于-15°C的冰箱中冷冻12h，随后在室温下解冻6h得到白色的丝素蛋白支架，使用去离子水清洗支架，洗净正丁醇后将支架冷冻干燥，得到孔隙率为83.95%～87.86%，孔径在50μm左右和压缩模量在4.27～6.75MPa的复合多孔骨组织工程支架。实施例3提供一种新型的钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架及其制备方法。将镁掺杂硅酸钙粉体按20g：100mL的质量体积比加入到正丁醇中，以200rpm的速度置于球磨罐中机械球磨2h；随后将球磨的浆体进行超声分散，超声功率为35W，频率为40kHz；超声10min后，在200rpm的搅拌速度下将上述分散液按体积比4:2的比例逐滴加入到质量分数为20%的丝素蛋白溶液中，控制镁掺杂硅酸钙与丝素蛋白的质量比为50:100；将混合好的悬浮液置于-10°C的冰箱中冷冻16h，随后在室温下解冻6h得到白色的丝素蛋白支架，使用去离子水清洗支架，洗净正丁醇后将支架冷冻干燥，得到孔隙率为79.17%～81.69%，孔径在50μm左右和压缩模量在6.82～9.47MPa的复合多孔骨组织工程支架。实施例4提供一种新型的钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架及其制备方法。将镁硅钙石粉体按1g：10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型的钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架，其特征在于，支架由钙镁硅酸盐与丝素蛋白两种材料组成，钙镁硅酸盐与丝素蛋白的质量比为1～50:100。

【技术特征摘要】
1.一种新型的钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架，其特征在于，支架由钙镁硅酸盐与丝素蛋白两种材料组成，钙镁硅酸盐与丝素蛋白的质量比为1～50:100。2.根据权利要求1所述的新型的钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架，其特征在于，钙镁硅酸盐的粒径为0.1～5μm。3.根据权利要求2所述的新型的钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架，其特征在于，钙镁硅酸盐为镁黄长石、变硅灰石、镁掺杂硅酸钙、镁硅钙石和钙镁橄榄石中的一种或两种及两种以上的复合物。4.根据权利要求3所述的新型的钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架，其特征在于，支架为多孔结构，孔隙率为90%～96%。5.根据权利要求2所述的新型的钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架，其特征在于，所述钙镁硅酸盐为钙镁黄长石和透辉石的复合物。6.一种如权利要求1-5任一所述的新型的钙镁硅酸盐与丝素蛋白复合多孔支架的制备方法，其特征在于，步骤如下：1）将钙镁硅酸盐粉体按0.25～20...

【专利技术属性】
技术研发人员：林泽枫，吴婷婷，黄文汉，查振刚，夏虹，张涛，
申请(专利权)人：林泽枫，
类型：发明
国别省市：广东,44