一种快速生物矿化方法技术

本发明专利技术涉及生物矿化技术领域，提供了一种快速生物矿化方法。本发明专利技术先使用碳二亚胺和N

【技术实现步骤摘要】
一种快速生物矿化方法


[0001]本专利技术涉及生物矿化
，尤其涉及一种快速生物矿化方法。

技术介绍

[0002]自体骨移植被认为是骨替代的“黄金标准”，但可用性有限，存在潜在的相容性问题。目前有许多骨替代材料，如骨水泥、多孔支架、合成复合材料、水凝胶材料等，但是这些骨替代材料不能通过再矿化骨胶原纤维来再生骨。
[0003]磷酸钙纳米材料是一类可吸收的骨诱导生物医学材料，目前已被广泛开发并应用于骨缺损修复。在大动物模型中，磷酸钙展现出促进骨整合的能力；但在临床研究中，与对照组相比，实验组仅发现股骨隧道横截面积缩小，而多项功能评分和专科检查测试在术后2年内并未得到显著改善。其原因是目前采用的多为生物涂层等将肌腱与磷酸钙材料简单混合的方法，无法实现胶原纤维仿生矿化。
[0004]骨和牙本质主要由羟基磷灰石(HAP)纳米晶体矿化的I型胶原纤维组成，基于自组装胶原纤维的体外仿生模型已广泛应用于I型胶原矿化机制的研究。软组织主要由胶原构成，骨组织的基质则是由内矿化的I型胶原组成。胶原纤维由三股螺旋链聚合组成，留下1.8～4nm的曲折通道，而这是绝大多数磷酸钙纳米材料都难以企及的尺寸。
[0005]磷酸钙聚合物诱导的液体前驱体是一种通过电荷聚合物实现稳定的液体状矿化物前驱体，其直径约为1nm，可经过胶原的狭小曲折通道渗透入胶原纤维内部，实现真正意义上的胶原内仿生矿化。现有研究证实磷酸钙聚合物诱导的液体前驱体可实现重组胶原的胶原内仿生矿化。但是当前的磷酸钙聚合物诱导的液体前驱体在矿化效率上仍有所不足，需要数天才能诱导胶原矿化。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种快速生物矿化方法。本专利技术提供的方法极大地加快了生物组织矿化的速率，矿化时间从原本的数天缩短至数小时，效率提升几十倍。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]一种快速生物矿化方法，包括以下步骤：
[0009](1)将生物组织在碳二亚胺和N
‑
羟基琥珀酰亚胺的混合溶液中进行第一浸泡；所述第一浸泡的时间为0.5～4小时；
[0010](2)将所述第二浸泡后的生物组织在钙溶液中进行第二浸泡；所述第二浸泡的时间为1～5分钟；
[0011](3)将所述第二浸泡后的生物组织在磷溶液中进行第三浸泡；所述第三浸泡的时间为1～5分钟；
[0012](4)重复步骤(2)～(3)，以重复步骤(2)和步骤(3)各一次记为重复一次，所述重复的次数为20～80次，得到矿化后的生物组织。
[0013]优选的，所述碳二亚胺和N
‑
羟基琥珀酰亚胺的混合溶液中，碳二亚胺的浓度为0.1
～2mol/L，N
‑
羟基琥珀酰亚胺的浓度为0.005～0.2mol/L；所述第一浸泡的温度为室温。
[0014]优选的，所述钙溶液的成分包括含钙化合物、聚电解质或蛋白和水；所述钙溶液中钙离子的浓度为10～1000mmol/L，聚电解质或蛋白的浓度为0.1～1mmol/L。
[0015]优选的，所述聚电解质或蛋白包括聚丙烯酸、聚天冬氨酸、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磺酸、聚乙烯磷酸、三偏磷酸钠、骨钙素、骨涎蛋白、骨桥蛋白、胎球蛋白和牙本质磷蛋白中的一种或几种。
[0016]优选的，所述含钙化合物包括碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、过氧化钙、氢化钙、氯化钙、氟化钙、氰氨化钙、碳化钙、次氯酸钙和硫酸钙中的一种或几种。
[0017]优选的，所述第二浸泡的温度为30～50℃。
[0018]优选的，所述磷溶液的成分包括含磷化合物、聚电解质或蛋白和水。
[0019]优选的，所述含磷化合物包括磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、偏磷酸盐和过磷酸盐中的一种或几种。
[0020]优选的，所述磷溶液中磷离子的浓度为50～500mmol/L，聚电解质或蛋白的浓度为0.1～1mmol/L。
[0021]优选的，所述第三浸泡的温度为30～50℃。
[0022]本专利技术提供了一种快速生物矿化方法，包括以下步骤：(1)将生物组织在碳二亚胺和N
‑
羟基琥珀酰亚胺的混合溶液中进行第一浸泡；所述第一浸泡的时间为0.5～4小时；(2)将所述第二浸泡后的生物组织在钙溶液中进行第二浸泡；所述第二浸泡的时间为1～5分钟；(3)将所述第二浸泡后的生物组织在磷溶液中进行第三浸泡；所述第三浸泡的时间为1～5分钟；(4)重复步骤(2)～(3)，以重复步骤(2)和步骤(3)各一次记为重复一次，所述重复的次数为20～80次，得到矿化后的生物组织。本专利技术先使用碳二亚胺和N
‑
羟基琥珀酰亚胺的混合溶液对生物组织进行第一浸泡，在生物组织中引入碳二亚胺和
‑
NHS基团，在碳二亚胺存在时，
‑
NHS与羧基或磺基反应，形成稳定的羧基
‑
NHS酯或磺基
‑
NHS酯，并继续与伯胺反应形成酰胺键，从而稳固生物组织的化学结构；本专利技术采用钙溶液和磷溶液对生物组织进行第二浸泡和第三浸泡，并且重复第二浸泡和第三浸泡的过程，通过钙和磷在反应不同阶段的渗透压差和静电吸附，使得在胶原内部会同时出现钙和磷，从而在胶原内部形成结晶，并以此为基础定向生长晶体，而不是在胶原外部形成无序的晶体结构，并且这种方式可以通过高渗透压差促进离子的运动和迁移，从而加快反应速度，实现生物组织的快速矿化。
[0023]本专利技术提供的方法可快速(几小时内)实现生物矿化，将生物矿化效率提升了100～200倍，并且终产物能够达到骨矿化程度，实现软组织到硬组织的快速转变；采用本专利技术的方法对生物组织进行快速矿化，能够扩充骨移植替代物来源，革新骨再生方法，改变临床上骨缺损移植物选择的格局，最终提高患者治疗效果及生存时间，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0024]图1为矿化后的肌腱组织的透射电镜图；
[0025]图2为矿化后的皮肤组织的透射电镜图；
[0026]图3为矿化后的脂肪组织的透射电镜图；
[0027]图4为矿化后的重组胶原的透射电镜图；
[0028]图5为骨组织的透射电镜图；
[0029]图6为矿化后的肌腱组织的矿物含量测试结果；
[0030]图7为矿化后的皮肤组织的矿物含量测试结果；
[0031]图8为矿化后的脂肪组织的矿物含量测试结果；
[0032]图9为矿化后的重组胶原的矿物含量测试结果；
[0033]图10为骨组织的矿物含量测试结果。
具体实施方式
[0034]本专利技术提供了一种快速生物矿化方法，包括以下步骤：
[0035](1)将生物组织在碳二亚胺和N
‑
羟基琥珀酰亚胺的混合溶液中进行第一浸泡；所述第一浸泡的时间为0.5～4小时；
[0036](2)将所述第二浸泡后的生物组织在钙溶液中进行第二浸泡；所述第二浸泡的时间为1～5分钟；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速生物矿化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将生物组织在碳二亚胺和N
‑
羟基琥珀酰亚胺的混合溶液中进行第一浸泡；所述第一浸泡的时间为0.5～4小时；(2)将所述第二浸泡后的生物组织在钙溶液中进行第二浸泡；所述第二浸泡的时间为1～5分钟；(3)将所述第二浸泡后的生物组织在磷溶液中进行第三浸泡；所述第三浸泡的时间为1～5分钟；(4)重复步骤(2)～(3)，以重复步骤(2)和步骤(3)各一次记为重复一次，所述重复的次数为20～80次，得到矿化后的生物组织。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳二亚胺和N
‑
羟基琥珀酰亚胺的混合溶液中，碳二亚胺的浓度为0.1～2mol/L，N
‑
羟基琥珀酰亚胺的浓度为0.005～0.2mol/L；所述第一浸泡的温度为室温。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钙溶液的成分包括含钙化合物、聚电解质或蛋白和水；所述钙溶液中钙离子的浓度为10～1000mmol/L，聚电解质或蛋白的浓度为0.1～1mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓，茵梓，陈扬武，张宇翔，沈炜亮，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：