一种硅基弹性纳米纤维骨修复材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种硅基弹性纳米纤维骨修复材料及其制备方法与应用，制备方法包括：将PCEE聚合物和miRNA加入到HEPES缓冲液中，在水浴中孵育形成稳定的纳米复合物PCEE@miRNA；将含硅聚酯和生物医用聚酯溶解在溶剂中得到预聚物，再加入与硅基杂化聚柠檬酸酯1，6‑己二异氰酸酯，并加入催化剂，反应得到SPE‑BPE聚合物；将SPE‑BPE聚合物和PCEE@miRNA混合，进行静电纺丝，通过交联得到含有miRNA的三维硅基弹性纳米纤维骨修复材料。该方法制得的三维硅基弹性纳米纤维骨修复材料具有优异的光致发光、力学性能及生物相容性，以及促进骨缺损修复的作用。

A kind of silicon-based elastic nanofiber bone repair material and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种硅基弹性纳米纤维骨修复材料及其制备方法与应用
本专利技术属于可降解生物医用材料
，具体涉及一种硅基弹性纳米纤维骨修复材料及其制备方法与应用。
技术介绍
快速有效的骨组织再生技术尤其是临界尺寸(≥5mm)的骨缺损修复仍是骨科手术中的一项挑战。治疗骨缺损的金标准仍然是自体骨移植，但其感染的风险、切骨磨骨的巨大痛苦不容忽视。骨组织工程可以通过促进干细胞或骨细胞的迁移、增殖和成骨分化，为骨移植替代物的制备提供可行性的方法。生物材料支架为组织修复提供细胞外基质方面一直发挥着重要作用，尤其是在受损组织中。为了促进骨缺损的修复及再生，开发可结合多种成骨因子(包括物理、化学及生物学)的生物活性支架是非常必要的。纳米纤维支架由于其仿生的细胞外基质、结构和增强细胞生物相容性的能力，在组织工程领域收到广泛关注纳米纤维形态作为一种重要的物理结构，可以促进细胞的成骨分化。虽已有各种聚合物纳米纤维支架，但大多数纳米纤维支架都不具备弹性体可恢复的力学性能，无法在体内环境中有效地保持其结构。基于生物活性小分子柠檬酸和甘油为单体制备的柠檬酸基聚合物(CAP)等具有仿生粘弹性、低成本及较好的生物相容性，是组织再生领域极具吸引力的弹性生物材料。然而，对于其在骨组织工程中的应用，CAP在体内的降解速度过快，成骨活性不足。在骨再生方面，作为骨组织重要的化学成分，硅和硅酸盐为基础的生物材料在体内外都显示出可以促进成骨分化和骨再生的重要能力。与传统CAP相比，含硅聚酯(SPE)具有增强的力学性能和显著提高的成骨活性。基于SPE的弹性生物材料和生物活性细胞外基质仿生水凝胶在骨再生、伤口愈合方面都显示出良好的应用前景。因此，开发具有生物活性的以SPE为基础的硅基弹性纳米纤维骨修复材料是非常必要的。MiRNA作为一种功能性内源RNA，在细胞增殖、分化等过程中均发挥着重要作用。miRNA通过与靶mRNA的3’UTR结合，导致靶mRNA的翻译抑制或降解。前期研究发现，miR-5106、miR-29b、miR-26a/b等可通过上调ALP活性、钙矿化或抑制成软骨或成脂相关基因来增强间充质干细胞的成骨分化能力。因此，基于以上，生物医用聚酯(BPE)结合SPE的物理结构、硅基或硅酸盐基的化学组成以及miRNA的生物学策略，将其制备成一种硅基弹性纳米纤维骨修复材料，使其具备促进成骨分化的miRNA的缓释、促进骨缺损组织的修复和再生的能力。
技术实现思路
针对现有纳米纤维支架力学强度低等缺点，本专利技术目的在于提供一种硅基弹性纳米纤维骨修复材料及其制备方法与应用。该方法工艺简单，制备的纳米纤维骨修复材料具有弹性力学行为、光致发光、可促进miRNA的缓释、促进间充质干细胞的成骨分化等作用。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种硅基弹性纳米纤维骨修复材料的制备方法，包括以下步骤：将氮磷比为(2～16)：1的PCEE聚合物和miRNA加入到HEPES缓冲液中，在水浴中孵育形成稳定的纳米复合物PCEE@miRNA；将质量比为1：(1～5)的含硅聚酯和生物医用聚酯溶解在溶剂中得到预聚物，再加入与含硅聚酯摩尔比为1：(1～2.5)的1，6-己二异氰酸酯，并加入催化剂，反应得到含硅聚酯和生物医用聚酯的混合聚合物；将质量比为1：(0.005～0.01)的含硅聚酯和生物医用聚酯的混合聚合物和PCEE@miRNA混合，混合溶液进行静电纺丝；电纺结束后，通过交联反应，得到含有miRNA的三维硅基弹性纳米纤维骨修复材料。作为本专利技术的进一步改进，所述PCEE@miRNA纳米复合物为聚柠檬酸-聚乙烯亚胺共聚物@miRNA复合物，其中miRNA为miRNA-5106、miR-26a/b或miR-29b。作为本专利技术的进一步改进，所述PCEE聚合物和miRNA的氮磷比例为(4～10)：1。作为本专利技术的进一步改进，所述含硅聚酯为聚(柠檬酸-硅氧烷)或聚(甘油-硅氧烷)；所述的含硅聚酯在混合聚合物中的质量百分比为20～60％。作为本专利技术的进一步改进，所述生物医用聚酯为聚己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚(乳酸-乙醇酸)、聚原酸酯、聚碳酸酯。作为本专利技术的进一步改进，所述混合溶剂由体积比为1：(0.08～0.15)二氯甲烷和二甲基亚砜混合而成。作为本专利技术的进一步改进，所述催化剂为辛酸亚锡，辛酸亚锡的加入量为含硅聚酯和生物医用聚酯质量总和的0.1％～0.5％。作为本专利技术的进一步改进，所述的静电纺丝过程具体为：使用装有20号针头的5mL注射器，采用-4kV，+18kV的电压，15cm的间隙和0.05mm/min的推注速度推射混合溶液，并使用平整的锡箔纸收集三维纳米纤维。一种硅基弹性纳米纤维骨修复材料，其特征在于，由所述的制备方法制得。一种硅基弹性纳米纤维骨修复材料在促进成骨分化及骨缺损愈合中作为纳米纤维支架的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术针对现有纳米纤维骨修复材料力学强度低、生物相容性低等缺点，提供了一种硅基弹性纳米纤维骨修复材料的制备方法，该方法首先制备出负载miRNA的聚柠檬酸-聚乙烯亚胺共聚物，随后与含硅聚酯和生物医用聚酯聚合物(SPE-BPE)通过静电纺丝技术形成一种具有三维结构的弹性纳米纤维骨修复材料。本专利技术的制备方法简单，所使用的的化学合成方法环保、操作方便。该方法制得的硅基弹性纳米纤维骨修复材料具有优异的光致发光、力学性能及生物相容性，以及促进骨缺损修复的作用，因此该纳米纤维支架在光致发光、弹性及促进骨缺损愈合中有着很好的应用前景。实验结果表明：该方法制得的硅基弹性纳米纤维骨修复材料不仅在微观结构上模拟了ECM结构，而且由于含硅聚酯弹性体具有良好的力学性能，PPM的力学强度和弹性性能可与ECM相匹配，同时，无机硅成分增强了该纳米纤维支架的间充质干细胞相容性，miRNA也能一定程度上促进成骨分化。在这些性能共同作用下，PPM在大鼠颅骨缺损模型中能够显著促进骨组织的再生。本专利技术还具有以下优点：(1)本专利技术所制得的硅基弹性纳米纤维骨修复材料具有很好的生物相容性，且易于制备；(2)本专利技术所使用的含硅聚酯、生物医用聚酯可降解、具有很多优异特性，在生物医学领域得到广泛应用；(3)本专利技术中通过对含硅聚酯、生物医用聚酯和miRNA进行静电纺丝，使其成为一种具有三维结构的弹性纳米纤维骨修复材料。(4)本专利技术中制备的是一种通过静电作用将miRNA混合在含硅聚酯、生物医用聚酯聚合物中，并利用静电纺丝技术将其包裹在内的三维结构的弹性纳米纤维骨修复材料。(5)本专利技术中制备的硅基弹性纳米纤维骨修复材料具有优异的光致发光、力学性能、生物相容性、以及促进骨损伤修复的作用。本专利技术得的硅基弹性纳米纤维骨修复材料具有优异的光致发光、力学性能及生物相容性，以及促进骨缺损修复的作用，因此该纳米纤维支架在光致发光、弹性及促进骨缺损愈合中有着很好的应用前景。附图说明图1是本专利技术制备的硅基弹性纳米纤维骨修本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅基弹性纳米纤维骨修复材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将氮磷比为(2～16)：1的PCEE聚合物和miRNA加入到HEPES缓冲液中，在水浴中孵育形成稳定的纳米复合物PCEE@miRNA；/n将质量比为1：(1～5)的含硅聚酯和生物医用聚酯溶解在溶剂中得到预聚物，再加入与含硅聚酯摩尔比为1：(1～2.5)的1，6-己二异氰酸酯，并加入催化剂，反应得到含硅聚酯和生物医用聚酯的混合聚合物；/n将质量比为1：(0.005～0.01)的含硅聚酯和生物医用聚酯的混合聚合物和PCEE@miRNA混合，混合溶液进行静电纺丝；电纺结束后，通过交联反应，得到含有miRNA的三维硅基弹性纳米纤维骨修复材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种硅基弹性纳米纤维骨修复材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将氮磷比为(2～16)：1的PCEE聚合物和miRNA加入到HEPES缓冲液中，在水浴中孵育形成稳定的纳米复合物PCEE@miRNA；
将质量比为1：(1～5)的含硅聚酯和生物医用聚酯溶解在溶剂中得到预聚物，再加入与含硅聚酯摩尔比为1：(1～2.5)的1，6-己二异氰酸酯，并加入催化剂，反应得到含硅聚酯和生物医用聚酯的混合聚合物；
将质量比为1：(0.005～0.01)的含硅聚酯和生物医用聚酯的混合聚合物和PCEE@miRNA混合，混合溶液进行静电纺丝；电纺结束后，通过交联反应，得到含有miRNA的三维硅基弹性纳米纤维骨修复材料。


2.根据权利要求1所述的硅基弹性纳米纤维骨修复材料的制备方法，其特征在于，所述PCEE@miRNA纳米复合物为聚柠檬酸-聚乙烯亚胺共聚物@miRNA复合物，其中miRNA为miRNA-5106、miR-26a/b或miR-29b。


3.根据权利要求1或2所述的硅基弹性纳米纤维骨修复材料的制备方法，其特征在于，所述PCEE聚合物和miRNA的氮磷比例为(4～10)：1。


4.根据权利要求1所述的硅基弹性纳米纤维骨修复材料的制备方法，其特征在于，所述含硅聚酯为聚(柠檬...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷波，于萌，杜玉章，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61