一种仿生矿化丝素蛋白支架材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及仿生矿化及组织工程支架材料领域，具体涉及一种仿生矿化丝素蛋白支架材料及其制备方法和应用。该制备方法包括以下步骤：1)将丝素蛋白进行诱导自组装，得到丝素蛋白纤维基质；2)将步骤1)得到的丝素蛋白纤维进行交联，得到交联丝素蛋白纤维矿化基质；3)将步骤2)得到的交联丝素蛋白纤维矿化基质在矿化液中进行矿化，得到仿生矿化丝素蛋白支架材料。该制备方法制备的仿生矿化丝素蛋白支架材料应用于骨组织修复。本发明专利技术中，丝素蛋白纤维内的矿化模式更高程度的模拟了自然骨组织的矿化形式，重现了与天然骨类似的表面化学性质及纳米尺度上的结构特征。及纳米尺度上的结构特征。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生矿化丝素蛋白支架材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及仿生矿化及组织工程支架材料领域，具体涉及一种仿生矿化丝素蛋白支架材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]当今社会由于外伤，肿瘤，手术等原因造成的骨组织缺损不断增加，植骨材料的需求也日益增多。临床常用的骨移植材料包括自体骨，异体骨，异种骨等，其中自体骨一直被认为是骨缺损质量的“金标准”。但是这些骨移植材料普遍存在来源有限，手术操作复杂，免疫排斥及并发症等问题，因此，制备结构功能高度仿生的人工骨材料以作为骨移植供体替代物是当前解决需求的关键。
[0003]丝素蛋白是一种性能优良且容易获取的天然高分子。由于一系列小的疏水性氨基酸以及亲水性大侧链氨基酸，丝素蛋白具有易于降解，结构可控和良好的生物活性。随着生物材料的发展，丝素蛋白在组织工程，肿瘤治疗和医疗检测等领域得到广泛研究和应用。丝素蛋白中加入羟基磷灰石矿物的方法很多，包括将各种粒径的羟基磷灰石与丝素蛋白基质物理混合；将羟基磷灰石混入丝素蛋白溶液再进行静电纺丝；或者通过电镀法将羟基磷灰石沉积到丝素蛋白基质表面上。然而这些方法制备的丝素蛋白羟基磷灰石复合材料无法对天然骨组织在微观结构和微环境上达到真正的仿生，导致这些复合材料机械性能差，生物活性低等。
[0004]天然骨组织是一种纳米复合材料，其微观结构主要由羟基磷灰石纳米晶体和胶原蛋白纳米纤维构成。通过生物矿化作用，羟基磷灰石矿化晶体在胶原蛋白纤维内部沉积，从而赋予了天然骨优异的机械性能，并维持了胶原蛋白良好的生物活性。仿生矿化是利用生物矿化原理在体外制备类似于天然有机
‑
无机复合材料结构。目前仿生矿化主要是利用胶原蛋白纤维作为矿化基质来调控合成羟基磷灰石，从而实现胶原蛋白纤维内矿化。研究表明，胶原蛋白纤维内的特征性横纹结构(D＝67nm)主导了羟基磷灰石晶体在纤维内有规律地沉积。纤维内矿化支架具有更好的机械性能，并保持了矿化基质的表面化学结构，维持了良好的生物活性。但是目前纤维内矿化只在胶原蛋白等有限的几种矿化基质材料上实现。胶原蛋白供应有限且价格昂贵，因此寻找具有优越性能的非胶原蛋白类矿化基质，实现精确仿生矿化对于骨组织再生修复至关重要。

技术实现思路

[0005]针对现有技术所存在的问题，本专利技术第一方面提供了一种仿生矿化丝素蛋白支架材料，所述仿生矿化丝素蛋白支架材料包括交联丝素蛋白纤维矿化基质和矿化液。
[0006]本专利技术第二方面提供了上述仿生矿化丝素蛋白支架材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]1)将丝素蛋白在溶液中进行诱导自组装，得到丝素蛋白纤维基质；
[0008]2)将步骤1)得到的丝素蛋白纤维基质进行交联，得到交联丝素蛋白纤维矿化基
质；
[0009]3)将步骤2)得到的交联丝素蛋白纤维矿化基质在矿化液中进行矿化，得到所述仿生矿化丝素蛋白支架材料。
[0010]优选地，包括以下技术特征中的至少一项：
[0011]11)步骤1)中，所述溶液为水；
[0012]12)步骤1)中，所述诱导自组装的温度0
‑
10℃；
[0013]13)步骤1)中，所述诱导自组装的时间≥1h；
[0014]14)步骤1)中，所述丝素蛋白来自蚕丝；
[0015]15)步骤1)中，所述丝素蛋白的浓度≥0.1mg/mL；
[0016]21)步骤2)中，所述交联前，还包括将步骤1)得到的丝素蛋白纤维基质冷冻干燥；
[0017]22)步骤2)中，所述交联选自化学交联和物理交联中的至少一种；
[0018]31)步骤3)中，所述矿化液包括钙盐、稳定剂和磷酸盐；
[0019]32)步骤3)中，所述矿化液与所述交联丝素蛋白纤维矿化基质的体积比≥1；
[0020]33)步骤3)中，所述矿化的时间≥24小时；
[0021]34)步骤3)中，所述矿化后，还包括清洗、冷冻干燥。
[0022]优选地，包括以下技术特征中的至少一项：
[0023]121)特征12)中，所述诱导自组装的温度为4
‑
8℃；
[0024]122)特征12)中，所述诱导自组装的时间为1
‑
3天；
[0025]151)特征15)中，所述丝素蛋白溶液的浓度≥3mg/mL，优选地，所述丝素蛋白溶液的浓度≥5mg/mL。
[0026]221)特征22)中，所述交联为化学交联时，将所述丝素蛋白纤维基质与交联剂进行交联；
[0027]222)特征22)中，所述交联为物理交联时，将所述丝素蛋白纤维基质进行脱水，得到交联丝素蛋白纤维矿化基质；
[0028]223)特征22)中，所述交联为物理交联时，所述物理交联的温度≥80℃；
[0029]224)特征22)中，所述交联为物理交联时，所述物理交联的压力≥15psi；
[0030]225)特征22)中，所述交联为物理交联时，所述物理交联的时间≥15min；
[0031]311)特征31)中，所述钙盐为水溶性钙盐；
[0032]312)特征31)中，所述矿化液中，钙离子浓度为0.2
‑
20mmol/L；
[0033]313)特征31)中，所述稳定剂选自聚天冬氨酸、聚天冬氨酸盐、聚丙烯酸，聚丙烯酸盐中的一种或者多种；
[0034]314)特征31)中，所述磷酸盐选自磷酸氢二钠和磷酸氢二钾中的一种或者多种；
[0035]315)特征31)中，所述矿化液中，磷酸根离子的浓度为0.3
‑
30mmol/L；
[0036]321)特征32)中，所述矿化液与所述交联丝素蛋白纤维矿化基质的体积比≥100；
[0037]331)特征33)中，所述矿化的时间≥3天；
[0038]341)特征34)中，所述清洗使用的试剂为去离子水。
[0039]优选地，包括以下技术特征中的至少一项：
[0040]2211)特征221)中，所述交联剂选自戊二醛、碳二亚胺、genipin中的一种或者多种；
[0041]3111)特征311)中，所述钙盐选自氯化钙和硝酸钙中的一种或者多种；
[0042]3121)特征312)中，所述钙离子浓度为1
‑
10mmol/L；
[0043]3131)特征313)中，当所述稳定剂为聚天冬氨酸盐时，所述聚天冬氨酸盐选自聚天冬氨酸钾和聚天冬氨酸钠中的一种或者多种；
[0044]3132)特征313)中，当所述稳定剂为聚天冬氨酸时，聚天冬氨酸的浓度为10
‑
400μg/mL；优选地，所述聚天冬氨酸的浓度为50
‑
200μg/mL；
[0045]3133)特征313)中，当所述稳定剂为聚天冬氨酸时，聚天冬氨酸的分子量为3000
‑
50000g/mol；优选地，所述聚天冬氨酸的分子量为5000本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生矿化丝素蛋白支架材料，其特征在于，所述仿生矿化丝素蛋白支架材料包括交联丝素蛋白纤维矿化基质和矿化液。2.根据权利要求1所述的仿生矿化丝素蛋白支架材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将丝素蛋白在溶液中进行诱导自组装，得到丝素蛋白纤维基质；2)将步骤1)得到的丝素蛋白纤维基质进行交联，得到交联丝素蛋白纤维矿化基质；3)将步骤2)得到的交联丝素蛋白纤维矿化基质在矿化液中进行矿化，得到所述仿生矿化丝素蛋白支架材料。3.根据权利要求2所述的仿生矿化丝素蛋白支架材料的制备方法，其特征在于，包括以下技术特征中的至少一项：11)步骤1)中，所述溶液为水；12)步骤1)中，所述诱导自组装的温度0
‑
10℃；13)步骤1)中，所述诱导自组装的时间≥1h；14)步骤1)中，所述丝素蛋白来自蚕丝；15)步骤1)中，所述丝素蛋白的浓度≥0.1mg/mL；21)步骤2)中，所述交联前，还包括将步骤1)得到的丝素蛋白纤维基质冷冻干燥；22)步骤2)中，所述交联选自化学交联和物理交联中的至少一种；31)步骤3)中，所述矿化液包括钙盐、稳定剂和磷酸盐；32)步骤3)中，所述矿化液与所述交联丝素蛋白纤维矿化基质的体积比≥1；33)步骤3)中，所述矿化的时间≥24小时；34)步骤3)中，所述矿化后，还包括清洗、冷冻干燥。4.根据权利要求3所述的仿生矿化丝素蛋白支架材料的制备方法，其特征在于，包括以下技术特征中的至少一项：121)特征12)中，所述诱导自组装的温度为4
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8℃；122)特征12)中，所述诱导自组装的时间为1
‑
3天；151)特征15)中，所述丝素蛋白溶液的浓度≥3mg/mL，优选地，所述丝素蛋白溶液的浓度≥5mg/mL。221)特征22)中，所述交联为化学交联时，将所述丝素蛋白纤维基质与交联剂进行交联；222)特征22)中，所述交联为物理交联时，将所述丝素蛋白纤维基质进行脱水，得到交联丝素蛋白纤维矿化基质；223)特征22)中，所述交联为物理交联时，所述物理交联的温度≥80℃；224)特征22)中，所述交联为物理交联时，所述物理交联的压力≥15psi；225)特征22)中，所述交联为物理交联时，所述物理交联的时间≥15min；311)特征31)中，所述钙盐为水溶性钙盐；312)特征31)中，所述矿化液中，钙离子浓度为0.2
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20mmol/L；313)特征31)中，所述稳定剂选自聚天冬氨酸、聚天冬氨酸盐、聚丙烯酸，聚丙烯酸盐中的一种或者多种；314)特征31)中，所述磷酸盐选自磷酸氢二钠和磷酸氢二钾中的一种或者多种；
315)特征31)中，所述矿化液中，磷酸根离子的浓度为0.3
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30mmol/L；321)特征32)中，所述矿化液与所述交联丝素蛋白纤维矿化基质的体积比≥100；331)特征33)中，所述矿化的时间≥3天；341)特征34)中，所述清洗使用的试剂为去离子水。5.根据权利要求4所述的仿生矿化丝素蛋白支架材料的制备方法，其特征在于，包括以下技术特征中的至少一项：2211)特征221)中，所述交联剂选自戊二醛、碳二亚胺、genipin中的一种或者多种；3111)特征311)中，所述钙盐选自氯化钙和硝酸钙中的一种或者多种；3121)特征312)中，所述钙离子浓度为1
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10mmol/L；3131)...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱来宽，李玉萍，赖光云，李颉颃，刘佳，符从仪，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院附属第九人民医院，
类型：发明
国别省市：