一种光敏感的可介导神经化的骨修复支架材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种光敏感的可介导神经化的骨修复支架材料及其制备方法，该制备方法以吸附胰岛素样生长因子的掺杂磷元素的氮化碳作为内壳，以吸附神经生长因子的丝素蛋白作为外壳，再通过同轴静电纺丝制备出具有核壳结构的光敏感的可介导神经化的骨修复支架材料。该制备方法制备的骨修复支架材料具有“核”、“壳”结构的光敏感的可介导神经化的骨修复支架材料为骨缺损部位成骨化及神经化的支架结构及所需微环境的生长因子，也为光转化为电刺激从而促进成骨的修复提供了材料基础，最终促进了骨修复及感觉恢复过程。修复及感觉恢复过程。修复及感觉恢复过程。

【技术实现步骤摘要】
一种光敏感的可介导神经化的骨修复支架材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及生物工程
，尤其是一种光敏感的可介导神经化的骨修复支架材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]生物支架材料是组织工程研究的关键和核心。为了使细胞能更好更快地生长、增殖并互相结合形成具备特殊结构、形态和功能的组织或器官，我们就需要构建特殊结构的生物支架以模拟体内细胞生活的三维立体微环境。该支架为细胞进行生长代谢、增殖分化等提供场所，同时也为细胞获取营养物质、气体交换和排泄废物等提供保障。生物支架最终会应用于人体，因此制备支架的生物材料必须满足以下要求：(1)优良的生物相容性是首要的。其主要体现在：支架材料在体内降解后的产物是无毒的且不会引发炎症反应，同时具有低或无免疫排斥反应；(2)良好的生物活性，包括传导性和诱导性。这可以促进新生组织与原生组织很好地结合；(3)提供一定的机械强度。为细胞的生长、增殖等生命活动提供足够的空间；(4)良好的可塑性。可以塑造出特定形态、结构的生物支架以更贴合地满足临床患者的不同需求；(5)多层次的孔径和较高的孔隙率，并具备一定的连通性。这对于细胞的整合、迁移以及营养物质、细胞代谢废物的运输起着重要调控作用。
[0003]而目前现有的一些生物支架材料仅仅修复骨缺损，没有对神经一同进行修复，导致修复后修复部位没有感觉。此外，目前现有的一些生物支架材料不具备光敏感特性，修复速度较慢。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种光敏感的可介导神经化的骨修复支架材料及其制备方法，用于克服现有技术中没有对神经一同进行修复，且不具备光敏感特性等缺陷。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出一种光敏感的可介导神经化的骨修复支架材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1：将掺杂磷元素的石墨相氮化碳粉末和胰岛素样生长因子溶液混合，溶解在磷酸缓冲盐溶液中，孵育，得到负载IGF的C3N4(P)，记为IGF@C3N4(P)；
[0007]S2：将丝素蛋白溶液和神经生长因子溶液混合，孵育，得到负载NGF的SF，记为NGF@SF；
[0008]S3：将所述IGF@C3N4(P)与聚ε己内酯溶液进行混合，磁力搅拌，得到第一纺丝液；
[0009]将所述NGF@SF与聚ε己内酯溶液进行混合，磁力搅拌，得到第二纺丝液；
[0010]S4：以所述第一纺丝液为核，所述第二纺丝液为壳，进行同轴静电纺丝，得到光敏感的可介导神经化的骨修复支架材料
[0011]为实现上述目的，本专利技术还提出一种光敏感的可介导神经化的骨修复支架材料，由上述所述的制备方法制备得到；所述骨修复支架材料为核壳结构，以吸附胰岛素样生长因子的掺杂磷元素的氮化碳作为内壳，以吸附神经生长因子的丝素蛋白作为外壳。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：
[0013]1、本专利技术提供的光敏感的可介导神经化的骨修复支架材料的制备方法，以吸附胰岛素样生长因子的掺杂磷元素的氮化碳作为内壳，以吸附神经生长因子的丝素蛋白作为外壳，再通过同轴静电纺丝制备出具有核壳结构的光敏感的可介导神经化的骨修复支架材料。本专利技术提供的制备方法以同轴静电纺丝法制备了光敏感的可介导神经化的骨修复支架材料，将IGF吸附于C3N4(P)中，作为“核”进行纺丝，能够为骨修复过程提供生长因子、支架材料及响应光照转变为电刺激的作用，作为内核的长效供给。NTF负载于SF中，作为“壳”进行纺丝，能够为骨修复过程中的神经化提供支架及细胞延伸方向。因此，具有“核”、“壳”结构的光敏感的可介导神经化的骨修复支架材料为骨缺损部位成骨化及神经化的支架结构及所需微环境的生长因子，也为光转化为电刺激从而促进成骨的修复提供了材料基础，最终促进了骨修复及感觉恢复过程。
[0014]2、掺杂磷元素的石墨相氮化碳(C3N4(P))具有低密度、高弹性、抗磨损等优异的机械性能，且生物相容性良好，如分解产物无毒、周围组织的炎症反应不明显的优点，掺杂磷元素的石墨相氮化碳虽是化学惰性，但可以通过与其他材料形成复合支架或吸附细胞生长调节因子而具备骨诱导性和骨传导性，从而在体内具有更好的成骨表现。C3N4(P)具有良好的光电转化性质，因此本专利技术考虑通过光照刺激C3N4(P)产生光电流刺激BMSCs以提高成骨效果。C3N4(P)的禁带宽度为2.7eV，需要波长小于460nm的光才能激发C3N4(P)，因此预期C3N4(P)应该是被蓝紫光激发，但蓝紫光的长期照射会对细胞产生毒害甚至突变。本专利技术希望找到对细胞更为“柔和”，但同样能够刺激C3N4(P)产生光电流的合适波长的光。C3N4(P)表现出强烈的非线性光学效应，在350nm激发时，荧光峰出现在440nm处，即使在635nm处，荧光峰也出现在440nm处，这表明为双光子吸收。在红光照射下，C3N4(P)也被激发产生了荧光，产生了光电流，而且红光驱动的光电流几乎和蓝光驱动的光电流一样强。经研究发现，这是因为C3N4(P)中的大π
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共轭和氨基强的供体效应提供了快速的电子转移，从而允许C3N4(P)中产生双光子诱导荧光。因此本专利技术可以通过红光照射，不对细胞产生危害作用，还能刺激C3N4(P)产生与蓝光激发相当的光电流刺激BMSCs。
[0015]3、IGF
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1是一种多肽类生长因子，也被称作促生长因子，IGF
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1能够加快骨形成过程，IGF
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1的合成和分泌受到生长激素的调控。生长激素可以促进肝脏中IGF
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1的产生和释放，释放的IGF
‑
1通过与骨细胞表面IGF
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1受体结合从而加快骨形成过程，使骨更新速率的提高。根据动物模型获得的数据，系统性IGF
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1似乎主要影响皮质骨，而旁分泌的IGF
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1似乎对小梁骨有显著影响。因此，IGF
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1在促进骨形成过程中发挥重要的作用。
[0016]NGF能促进神经元的生长、发育、分化和成熟，加快神经系统损伤后的修复，同时还能对非神经细胞产生一定的生物效应。
[0017]研究发现，成骨细胞表面存在NGF的低亲和受体LNGFR。通过与受体结合，NGF能促使成骨细胞发生磷酸化反应，增强成骨能力。骨损伤必定伴随着周围神经组织的破坏，因此在骨修复的同时也要确保相关周围神经的正常修复。因此，NGF是在生长因子中促进骨修复同时神经修复的良好选择。
[0018]4、静电纺丝制备的骨修复支架材料的纳米纤维的网格结构可以拟合骨基质的微观结构，为成骨细胞生长、分化及矿化过程提供适合的微环境，而纳米纤维也为神经细胞的生长提供支撑。同轴静电纺丝采用双来源的纺丝体系，将两种需求的材料融合在同一个支
架材料中，使神经化的骨修复材料从概念转变为现实。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光敏感的可介导神经化的骨修复支架材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将掺杂磷元素的石墨相氮化碳粉末和胰岛素样生长因子溶液混合，溶解在磷酸缓冲盐溶液中，孵育，得到负载IGF的C3N4(P)，记为IGF@C3N4(P)；S2：将丝素蛋白溶液和神经生长因子溶液混合，孵育，得到负载NGF的SF，记为NGF@SF；S3：将所述IGF@C3N4(P)与聚ε己内酯溶液进行混合，磁力搅拌，得到第一纺丝液；将所述NGF@SF与聚ε己内酯溶液进行混合，磁力搅拌，得到第二纺丝液；S4：以所述第一纺丝液为核，所述第二纺丝液为壳，进行同轴静电纺丝，得到光敏感的可介导神经化的骨修复支架材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述胰岛素样生长因子溶液中胰岛素样生长因子的浓度为20ng/mL；所述掺杂磷元素的石墨相氮化碳粉末和胰岛素样生长因子的质量比为10～30mg:1～3μg。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述孵育的温度为37℃，时间为4～24h。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述丝素蛋白溶液和神经生长因子溶液的质量比为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓燕，姜凯，黄珊，郑惟嘉，白臻祖，刘浩明，柳珑，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：