仿生骨复合材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及仿生骨复合材料及其制备方法和用途，属于医用功能材料技术领域。本发明专利技术提供了仿生骨复合材料，它是包含下述组分的原料制备而成的：明胶和/或胶原、羟基磷灰石和硅源。本发明专利技术还提供了所述复合材料的制备方法以及在制备骨修复材料中的用途。本发明专利技术提供的高度仿生化的具有纤维网络结构的复合材料可为细胞提供与天然骨相似的微环境，符合骨组织工程的生物学要求，有望成为一种用于骨修复的理想的活性支架。想的活性支架。想的活性支架。

【技术实现步骤摘要】
仿生骨复合材料及其制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及仿生骨复合材料及其制备方法和用途，属于医用功能材料


技术介绍

[0002]天然骨材料是一种有机-无机纳米复合材料，其中大约有65％的无机矿物，25％的有机基质和10％的水。无机相纳米羟基磷灰石(hydroxyapatite,nHA)在胶原纤维上的沉积及沿c轴定向生长形成的nHA-胶原复合材料，赋予了骨材料独特的多级分级结构，以及优异的生物学及力学性能。由于nHA-胶原复合材料的化学组分、微纳米结构及构建对其生物、力学及其它性能都起到关键调控作用，因此仿天然骨合成材料的研究进展一直是一个巨大的挑战。
[0003]调控矿化进程的关键因素和作用机制一直是仿生矿化研究的一个重点，对矿化进程的深入了解有助于我们更好地模仿自然，设计出结构、性能更加仿生的先进生物材料。一般认为，非胶原基蛋白(non-collagenous proteins,简称NCP)在HA的形核及长大、及骨的形成方面起到了关键调控作用，其中包括骨桥蛋白(osteopontin)，骨粘连蛋白(osteonectin)，骨钙素(osteocalcin)，骨涎蛋白(Bone sialoprotein),胎球蛋白(fetuin)，牙本质基质蛋白1(dentin matrixprotein1,DMP1)，以及非胶原蛋白替代体(聚天冬氨酸，PASP)。非胶原基蛋白因为具有高含量酸性的氨基酸结构域，具有和Ca离子和胶原官能团高度的亲和力，在HA的形核起到关键调控作用。此外，胶原纤维本身对形核的关键作用也受到日益重视。胶原具有官能团能和HA和Ca、P离子相互作用，I型胶原也含有很多带电氨基酸的团簇，在纤维内也有很多强烈带电的位点，有利于无定型钙磷酸盐先驱相(amorphous calcium phosphate,ACP)渗透到胶原纤维中。
[0004]目前，生物矿化的研究一直多集中于非胶原蛋白、胶原细胞外基质等有机高分子材料及其和HA的相互作用，一个被明显忽视的因素是Si等无机微量元素对胶原纤维矿化的影响。从仿生角度来说，人体骨骼中的无机成分并不是完全只是HA，通常还有一些其他微量元素，如硅、锶、锌、镁，碳酸根等，这些微量元素在骨的动态重组中起着重要作用。Si元素对骨骼矿化的影响，早在1970年Carlisle已在Science报道，与喂食常规饲料的鸡相比，喂食含硅饲料的鸡的骨骼远为强壮。硅元素对成骨进程的促进作用已有大量详尽体外体内实验报道，目前较为公认的四个可能机制，包括溶解度升高、替换过程导致晶粒细化、表面电荷以及表面蛋白或形貌的变化，但其具体机制还存在很大争议(Bohner M.Silicon-substituted calcium phosphates
–
a critical view[J].Biomaterials,2009,30(32):6403-6406.)。迄今为止，绝大多数研究均集中于硅元素对羟基磷灰石和生物玻璃的细胞响应的影响。但无机微量元素Si对胶原纤维矿化进程的潜在影响及作用机制，尚没有看到相关报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供仿生骨复合材料及其制备方法和用途。
[0006]本专利技术提供了仿生骨复合材料，它是包含下述组分的原料制备而成的：明胶和/或胶原、羟基磷灰石和硅源。
[0007]进一步地，所述原料中各组分的重量配比为：明胶和/或胶原5～35份、羟基磷灰石0.2～30份、硅源0.001～5份，硅源以硅元素的重量计。
[0008]优选地，所述原料中各组分的重量配比为：明胶和/或胶原10.4～15.6份、羟基磷灰石1.6～2.4份、硅源0.0128～0.0192份，硅源以硅元素的重量计。
[0009]进一步优选地，所述原料中各组分的重量配比为：明胶和/或胶原13份、羟基磷灰石2份、硅源0.016份，硅源以硅元素的重量计。
[0010]进一步地，所述复合材料为静电纺丝纤维膜。
[0011]进一步地，所述的复合材料由下述方法制备得到：
[0012]a、将羟基磷灰石和硅源置于水中充分搅拌，然后除去水分，得到掺硅羟基磷灰石，备用；
[0013]b、将掺硅羟基磷灰石与明胶和/或胶原均匀混合，即可。
[0014]进一步地，步骤a所述掺硅羟基磷灰石的合成方法为：
[0015]a1、取Ca(NO3)2与硅源，置于水中充分搅拌；
[0016]a2、将(NH4)2HPO4水溶液加入到搅拌中的Ca(NO3)2和硅源的溶液中，在此过程中加入pH调节剂使溶液的pH保持在10
±
1，充分搅拌所得混合溶液，陈化，得到掺硅羟基磷灰石先驱液；
[0017]a3、将掺硅羟基磷灰石先驱液固液分离，收集固相，干燥，即可。
[0018]进一步地，所述的复合材料满足以下至少一项：
[0019]步骤a1于60～80℃充分搅拌；
[0020]优选地，步骤a1于70℃充分搅拌；
[0021]步骤a1中Ca(NO3)2：水的质量体积比为(230～240)：500，g：ml；
[0022]步骤a2所述(NH4)2HPO4水溶液的浓度为70～80g/250ml；
[0023]步骤a2将(NH4)2HPO4水溶液以3～7ml/min的速度加入到搅拌中的Ca(NO3)2和硅源的溶液中；
[0024]步骤a2所述pH调节剂为氨水；
[0025]步骤a2中混合溶液的搅拌时间为1～4h；
[0026]优选地，步骤a2中混合溶液的搅拌时间为1h；
[0027]步骤a2于60～80℃陈化；
[0028]优选地，步骤a2于70℃陈化；
[0029]步骤a2中陈化时间为12～48h；
[0030]优选地，步骤a2中陈化时间为24h；
[0031]步骤a3所述干燥采用冷冻干燥法；
[0032]优选地，步骤a3冷冻干燥2～7天；
[0033]优选地，步骤a3冷冻干燥4天。
[0034]进一步地，步骤b采用静电纺丝法将掺硅羟基磷灰石与明胶和/或胶原均匀混合。
[0035]优选地，所述静电纺丝法包括如下步骤：
[0036]b1、将掺硅羟基磷灰石和明胶和/或胶原均匀分散于水中，配制成均匀的纺丝液；
[0037]b2、取纺丝液进行纺丝，即可。
[0038]进一步地，步骤b1先将明胶和/或胶原加入到水中，搅拌溶解，得到溶液A，然后将掺硅羟基磷灰石加入溶液A中，混合均匀，得到纺丝液。
[0039]进一步地，步骤b1满足以下至少一项：
[0040]按质量体积比为(10～15)：100，g：ml的比例将明胶和/或胶原加入到水中；
[0041]加热至35～70℃进行搅拌，得到溶液A；
[0042]搅拌速度为600r/min，得到溶液A；
[0043]搅拌2h，得到溶液A；
[0044]按照质量体积比为(1～5)：100，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.仿生骨复合材料，其特征是：它是包含下述组分的原料制备而成的：明胶和/或胶原、羟基磷灰石和硅源。2.如权利要求1所述的复合材料，其特征是：所述原料中各组分的重量配比为：明胶和/或胶原5～35份、羟基磷灰石0.2～30份、硅源0.001～5份，硅源以硅元素的重量计；优选地，所述原料中各组分的重量配比为：明胶和/或胶原10.4～15.6份、羟基磷灰石1.6～2.4份、硅源0.0128～0.0192份，硅源以硅元素的重量计；进一步优选地，所述原料中各组分的重量配比为：明胶和/或胶原13份、羟基磷灰石2份、硅源0.016份，硅源以硅元素的重量计。3.如权利要求1或2所述的复合材料，其特征是：所述复合材料为静电纺丝纤维膜。4.如权利要求1～3任意一项所述的复合材料，其特征是：由下述方法制备得到：a、将羟基磷灰石和硅源置于水中充分搅拌，然后除去水分，得到掺硅羟基磷灰石，备用；b、将掺硅羟基磷灰石与明胶和/或胶原均匀混合，即可。5.如权利要求4所述的复合材料，其特征是：步骤a所述掺硅羟基磷灰石的合成方法为：a1、取Ca(NO3)2与硅源，置于水中充分搅拌；a2、将(NH4)2HPO4水溶液加入到搅拌中的Ca(NO3)2和硅源的溶液中，在此过程中加入pH调节剂使溶液的pH保持在10
±
1，充分搅拌所得混合溶液，陈化，得到掺硅羟基磷灰石先驱液；a3、将掺硅羟基磷灰石先驱液固液分离，收集固相，干燥，即可。6.如权利要求5所述的复合材料，其特征是：满足以下至少一项：步骤a1于60～80℃充分搅拌；优选地，步骤a1于70℃充分搅拌；步骤a1中Ca(NO3)2：水的质量体积比为(230～240)：500，g：ml；步骤a2所述(NH4)2HPO4水溶液的浓度为70～80g/250ml；步骤a2将(NH4)2HPO4水溶液以3～7ml/min的速度加入到搅拌中的Ca(NO3)2和硅源的溶液中；步骤a2所述pH调节剂为氨水；步骤a2中混合溶液的搅拌时间为1～4h；优选地，步骤a2中混合溶液的搅拌时间为1h；步骤a2于60～80℃陈化；优选地，步骤a2于70℃陈化；步骤a2中陈化时间为12～48h；优选地，步骤a2中陈化时间为24h；步骤a3所述干燥采用冷冻干燥法；优选地，步骤a3冷冻干燥2～7天；优选地，步骤a3冷冻干燥4天。7.如权利要求4所述的复合材料，其特征是：步骤b采用静电纺丝法将掺硅羟基磷灰石与明胶和/或胶原均匀混合；优选地，所述静电纺丝法包括如下步骤：b1、将掺硅羟基磷灰石和明胶和/或胶原均匀分散于水中，配制成均匀的纺丝液；...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴方，姚瑞娟，孟国龙，张博，何静，刘娟，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：