生物相容性材料及制备方法，双重骨组织修复或替代材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及骨组织工程领域，公开了生物相容性材料及制备方法，双重骨组织修复或替代材料及制备方法和应用。生物相容性材料的制备方法，将15‑32.5重量份的丝素蛋白和羟基磷灰石的复合材料、0.5‑2重量份的海藻酸钠、2‑8重量份的丝素蛋白和65‑75重量份的水进行混合、搅拌，其中，所述丝素蛋白和羟基磷灰石的复合材料包括丝素蛋白基底，以及在所述基底上生长的多个羟基磷灰石纳米棒，单根纳米棒的长度为200‑500nm，直径为10‑30nm。制备的双重骨组织修复或替代材料为双重结构，外部的骨支架材料具有较高的抗压缩强度，内部具有有利于营养物质和代谢产物扩散的多孔结构，同时该双重骨组织修复或替代材料具有良好的生物活性、生物相容性、无毒等优点。

Biocompatible materials and preparation methods, double bone tissue repair or replacement materials, preparation methods and Applications

The invention relates to the field of bone tissue engineering, and discloses biocompatible materials and preparation methods, dual bone tissue repair or replacement materials, preparation methods and applications. The preparation method of biocompatible materials is to mix and stir 15 32.5 weight silk fibroin and hydroxyapatite composite materials, 0.5 2 weight sodium alginate, 2 8 weight silk fibroin and 65 75 weight water. The silk fibroin and hydroxyapatite composite materials include silk fibroin eggs. A white substrate and a plurality of hydroxyapatite nanorods grown on the substrate have a length of 200 to 500 nm and a diameter of 10 to 30 nm. The prepared double bone tissue repair or substitute material has dual structure. The external bone scaffold material has high compressive strength, and the internal porous structure is conducive to the diffusion of nutrients and metabolites. At the same time, the double bone tissue repair or substitute material has good biological activity, biocompatibility and non-toxicity. Point.

【技术实现步骤摘要】
生物相容性材料及制备方法，双重骨组织修复或替代材料及制备方法和应用
本专利技术涉及骨组织工程领域，具体涉及生物相容性材料及制备方法，双重骨组织修复或替代材料及制备方法和应用。
技术介绍
实际的人骨组织有两种不同的结构：松质骨和皮质骨。其中松质骨是骨的内部组成呈海绵状，有50-90％的孔隙，强度低；皮质骨是骨的外层，孔隙率小于10％，强度较高起支撑作用。天然骨的这种梯度结构，使其在保持良好生物学活性的同时，具有优秀的生物力学性能。因此从仿生角度设计同时具有多孔结构特征和较高力学性能的人工骨支架，对医疗应用具有重要意义。骨组织工程作为人体硬组织修复的新兴方向包含支架材料、种子细胞及组织构建三个重要因素。其中支架材料起着维持细胞生长，维持体外构建组织强度的重要作用，因此模拟天然骨的组成，制备有利于细胞粘附、生长并具有一定力学强度的支架材料成为了骨组织工程的一个重要研究内容。为了达到理想骨支架的要求一般将骨支架制备成多孔支架，其中孔结构控制营养物质和代谢产物的扩散以及支架的机械强度。一般多孔支架的孔隙率越高，强度越低，因此制备同时具有多孔结构和较高强度的人工骨支架是一个重要的挑战。CN106924804A公开了一种利用高压电场诱导制备的纳米羟基磷灰石/聚己内酯梯度功能材料及其制备方法。该方法是将具有生物相容性及可降解聚合物基体聚己内酯(PCL)溶于有机溶剂中；将羟基磷灰石(HA)加入到所述有机溶液中；超声分散、减压除去65％-90％溶剂、冷冻干燥4h除去剩余溶剂；将HA/PCL混合物用粉碎机粉碎倒入模具中，在150℃/10MPa下热压成型，形成1mm-3mm厚的HA/PCL熔体；直流(DC)电场驱动所述HA/PCL熔体形成HA浓度沿厚度方向渐变的梯度功能材料。该专利技术解决了如何制备一种类似骨组织微观形貌的梯度复合材料的技术问题。但该制备方法仍存在以下问题：①制备过程中使用对身体有害的有机溶剂如甲苯、氯仿、四氢呋喃等，残留的溶剂会影响支架的生物相容性和生物活性；②制备过程中需要模具，制备条件苛刻，需在较高温度和压强条件下热压成型并且需要直流电场驱动，增加了制备成本。CN101690828A公开了一种多孔生物陶瓷支架的制备方法，通过制造三维壳体、浇注生物陶瓷浆料、冷冻干燥和烧结步骤，制备出了外部相对致密、内部具有定向排布的层状多孔结构的多孔生物陶瓷支架。且采用该方法制备的多孔生物陶瓷支架不依赖模具成型，能够按照个体差异定制，快速产出生物陶瓷支架的特点。但该方法仍存在如下问题：①制备的支架需要在高温条件下将有机粘结剂烧除，在烧结过程中残留的有机粘结剂很难除去；②在烧结过程中，支架收缩并且收缩不一定均匀，非均匀收缩可引起支架开裂并使它无法使用；③烧结强化过程延长了支架的制备时间，提高了成本，并且增加了陶瓷颗粒被污染的几率；④高温烧结过程，可能会改变了陶瓷材料的结构，影响生物相容性；⑤采用上述制备方法还限制了对生物材料的开发，如在陶瓷材料中掺杂有益于骨骼修复的聚合物材料或生长因子，高温烧结会破坏其结构，甚至使其碳化等问题。综上所述，在现有技术中，骨组织修复或替代材料在制备过程中存在需要模具，需在较高温度和压强条件下热压成型并且需要DC电场驱动，增加了制备成本而且限制了对生物材料，如生长因子的应用，或者，需要通过烧结去除有机溶剂，但是在烧结过程中，存在支架收缩并且收缩不均匀使支架破裂，延长制备时间，提高制备成本，增加支架被污染的机率等问题。此外，现有技术制备的骨组织修复或替代材料，材料中仍然会残留有溶剂和/或有机粘结剂，该溶剂和/或有机粘结剂会影响与之接触的生物体的接触部位的生物相容性和生物活性，例如人体会因为生物相容性不好，感觉不舒适。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术制备骨组织修复或替代材料存在制备工艺复杂、成本高、生物活性和生物相容性不佳的问题，提供生物相容性材料及制备方法，双重骨组织修复或替代材料及制备方法和应用，该双重骨组织修复或替代材料为双重结构，外部的骨支架材料具有较高的抗压缩强度，内部具有有利于营养物质和代谢产物扩散的多孔结构，同时该双重骨组织修复或替代材料具有良好的生物活性、生物相容性、可降解性、无毒等优点。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了生物相容性材料的制备方法，将15-32.5重量份的丝素蛋白和羟基磷灰石的复合材料、0.5-2重量份的海藻酸钠、2-8重量份的丝素蛋白和65-75重量份的水进行混合、搅拌，其中，所述丝素蛋白和羟基磷灰石的复合材料含有10-30重量％的丝素蛋白和70-90重量％的羟基磷灰石；所述丝素蛋白和羟基磷灰石的复合材料包括丝素蛋白基底，以及在所述基底上生长的多个羟基磷灰石纳米棒，其中，单根纳米棒的长度为200-500nm，直径为10-30nm。优选地，所述丝素蛋白和羟基磷灰石的复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)将脱胶的丝素蛋白与蛋白溶解剂进行接触，得到含有溶解的丝素蛋白的溶液；其中，所述蛋白溶解剂包含氯化钙、乙醇和水；(2)将溶解的丝素蛋白与磷酸氢二铵水溶液进行反应，并将反应体系调为碱性，将反应产物进行洗涤、冷冻干燥，得到丝素蛋白和羟基磷灰石的复合材料。本专利技术第二方面提供了由上述的方法制备的生物相容性材料，其中，以材料的总重量为基准，含有12-26重量％的羟基磷灰石、3-16重量％的丝素蛋白、0.5-2重量％的海藻酸钠和65-75重量％的水。本专利技术第三方面提供了一种双重骨组织修复或替代材料的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)将上述的生物相容性材料进行3D直写打印，制成骨支架结构，再进行成型、干燥和改性处理；(2)将生物活性材料与水进行混合，得到填充材料；(3)将所述填充材料填充到步骤(1)得到的骨支架结构内部，冷冻干燥，得到骨组织修复或替代材料。本专利技术第四方面提供了由上述方法制备的双重骨组织修复或替代材料，其中，该材料具有双重结构，所述双重结构包括外部的骨支架材料，和在骨支架材料内部的填充材料，其中，所述骨支架材料含有59-77重量％的羟基磷灰石、19-36重量％的丝素蛋白和3-5重量％的海藻酸钠；所述填充材料为海藻酸钠、丝素蛋白和羟基磷灰石复合材料、丝素蛋白和明胶中的一种或多种；其中，所述骨支架材料具有100-150MPa压缩强度，所述填充材料具有多孔结构，孔隙率为50-90体积％。本专利技术第五方面提供了上述的双重骨组织修复或替代材料在骨组织工程中的应用。本专利技术通过使用海藻酸钠，利用海藻酸钠的无毒性、具有生物相容性和生物活性、生物可降解性、水溶性、营养物质容易扩散渗透、可塑性等特点。从而在制备骨支架材料过程中起到增稠和增塑的作用，能够避免引入对人体有害的、不具有生物相容性的有机溶剂。本专利技术使用的海藻酸钠、丝素蛋白和羟基磷灰石的复合材料、丝素蛋白均和明胶具有良好生物活性和生物相容性、可降解性、无毒等特点。采用室温条件下共混的方法将原料混合均匀，没有改变原材料的性质和结构，而且无需使用对身体有害的有机溶剂、添加剂和粘结剂等。制备的双重骨组织修复或替代材料，通过直写打印的外部结构，经氯化钙溶液和乙醇溶液处理，可使海藻酸钠凝胶化，丝素蛋白的结构转变为疏水的β-折叠结构，提高样品的强度和抗水性。本专利技术的生物相容性材料更利于3D直写打印出无需煅烧强化的高强度骨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物相容性材料的制备方法，将15‑32.5重量份的丝素蛋白和羟基磷灰石的复合材料、0.5‑2重量份的海藻酸钠、2‑8重量份的丝素蛋白和65‑75重量份的水进行混合、搅拌，其中，所述丝素蛋白和羟基磷灰石的复合材料含有10‑30重量％的丝素蛋白和70‑90重量％的羟基磷灰石；所述丝素蛋白和羟基磷灰石的复合材料包括丝素蛋白基底，以及在所述基底上生长的多个羟基磷灰石纳米棒，其中，单根纳米棒的长度为200‑500nm，直径为10‑30nm。

【技术特征摘要】
1.一种生物相容性材料的制备方法，将15-32.5重量份的丝素蛋白和羟基磷灰石的复合材料、0.5-2重量份的海藻酸钠、2-8重量份的丝素蛋白和65-75重量份的水进行混合、搅拌，其中，所述丝素蛋白和羟基磷灰石的复合材料含有10-30重量％的丝素蛋白和70-90重量％的羟基磷灰石；所述丝素蛋白和羟基磷灰石的复合材料包括丝素蛋白基底，以及在所述基底上生长的多个羟基磷灰石纳米棒，其中，单根纳米棒的长度为200-500nm，直径为10-30nm。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述丝素蛋白和羟基磷灰石的复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)将脱胶的丝素蛋白与蛋白溶解剂进行接触，得到含有溶解的丝素蛋白的溶液；其中，所述蛋白溶解剂包含氯化钙、乙醇和水；(2)将溶解的丝素蛋白与磷酸氢二铵水溶液进行反应，并将反应体系调为碱性，将反应产物进行洗涤、冷冻干燥，得到丝素蛋白和羟基磷灰石的复合材料。3.根据权利要求2所述的方法，其中，在蛋白溶解剂中，氯化钙、乙醇和水的摩尔比为1:(1.8-2.2):(7.5-8.5)；优选地，所述脱胶的丝素蛋白与蛋白溶解剂的重量比为1:(8-32)；优选地，在步骤(1)中，所述接触的温度为55-80℃。4.根据权利要求2所述的方法，其中，在步骤(2)中，以溶解的丝素蛋白中含有的Ca元素计，以磷酸氢二铵水溶液中的P元素计，磷酸氢二铵水溶液的用量满足Ca/P摩尔比为(1.65-1.69):1；优选地，所述碱性的pH值为9-10；优选地，所述反应的时间为3-24h。5.由权利要求1-4中任意一项所述的方法制备的生物相容性材料，其中，以材料的总重量为基准，含有12-26重量％的羟基磷灰石、3-16重量％的丝素蛋白、0.5-2重量％的海藻酸钠和65-75重量％的水。6.一种双重骨组织修复或替代材料的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘静，李风煜，田策，宋延林，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11