[发明专利]一种磷酸钙矿化蚕丝微纳米纤维膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种磷酸钙矿化蚕丝微纳米纤维膜，所述磷酸钙矿化蚕丝微纳米纤维膜由磷酸钙和蚕丝纳米纤维膜组成，所述磷酸钙为无定型磷酸钙和羟基磷灰石中的任意一种或两者的组合物。本发明通过自上而下的方式将天然蚕丝纤维机械解构到微原纤层级，制备出与细胞外基质中胶原纤维尺寸相近的丝蛋白纤维，然后通过调整设计在其上仿生矿化形成不同晶体成熟度的磷酸钙。

技术领域

本发明涉及生物医用材料制备技术领域，具体涉及一种磷酸钙矿化蚕丝微纳米纤维膜及其制备方法。

背景技术

在骨缺损修复过程中，由于骨周围纤维组织的生长速率大于骨组织的生长速率，导致纤维组织长入到骨缺损中，从而影响新生骨组织的长入，严重的可能导致骨不连。因此，在临床上采用组织修复膜作为物理屏障在缺损组织上方形成并维持再生间隙，促进细胞迁移与生长以形成新的组织。目前临床广泛采用的组织再生膜主要分为可吸收膜和不可吸收膜。可吸收膜以胶原为主要成分，最常见的有Bio-Gide®、Biomend®等；不可吸收膜常见有聚四氟乙烯等。虽然两种膜均具有良好的的生物相容性，但可吸收膜存在力学性能差，难以作为长时间的物理屏障的问题；而不可吸收膜则存在生物诱导活性差，影响组织有效再生的问题。因此，利用纤维材料高强的特性，采用可吸收的纤维成膜，并赋予其一定的生物活性诱导骨形成，这对于骨缺损修复引导膜当是一种有潜力的策略。

天然骨细胞外基质是一种复杂的结构组成，主要由Ⅰ型胶原纤维与非胶原蛋白（NCPs）和磷酸钙微晶共同组装而成，目前的研究已经发现，这些胶原纤维不但在细胞生长迁移过程中，对细胞的行为、功能产生影响，而且对骨基质中的另一组分磷酸钙的结构和性能具有明显的调控作用。在超微结构水平上，这些晶体以胶原纤维为指导呈纳米薄片的形式排列，在胶原纤维内和胶原纤维外分级排布，形成具有一定取向结构的有机/无机复合体，以确保天然骨具有足够的力学性能。仿照天然骨组织的成分、结构及特性，对材料的组成和结构进行设计，是目前骨修复研究领域的一个重要指导思路。

无定形磷酸钙(ACP)是磷酸钙几种晶型中具有良好溶解性及生物降解性的材料，同时也有很好的生物相容性、骨细胞黏附性及骨传导性。此外，ACP 在牙科材料、缓释载体等方面也有着广泛的应用。综合而言，ACP 在生物医学方面有着其他晶型的磷酸钙盐无法替代的地位，逐渐成为研究的热点。但是，ACP通常需要保存在干燥的环境中或者通过在混合体系中掺杂来稳定，如P₂O₄^7－、CO₃^2－、Mg²⁺等各种正负离子以及柠檬酸盐、三磷酸腺苷(ATP)等有机小分子的加入均能够稳定ACP。合成高分子如聚电解质能够抑制晶相磷酸钙的生长，且能使获得的ACP具有较小的尺寸和较高的表面带电性。同样，聚乙二醇不仅能够有效地稳定ACP，同时聚合物本身的特性改善了ACP与聚合物的界面性能，为制备性能良好的复合材料提供了可能。但是合成高分子的生物相容性和生物降解性较差，其与ACP的杂化材料在体内的应用仍有局限性。而目前以天然高分子聚合物为模板，调控磷酸钙矿化形成无定型磷酸钙的少量研究报道中，以丝蛋白大分子为模板调控生成无定型磷酸钙不仅制备条件苛刻，需要精准控制反应速率、pH环境、时间，得到的矿化产物通常还面临难以二次分散，矿化物团聚沉积严重的问题。且由于丝蛋白大分子在水溶液中仅依靠大分子间的相互作用力，来维持其构象和相对位置，而此力的作用通常难以完全避免化学反应动力以及无机盐离子对液体环境变化带来的扰动，会使丝蛋白大分子构象发生不可控的变化，再基于调控生成无定型磷酸钙的条件苛刻，因此无法以丝蛋白溶液为基础大量制备矿化均匀的无定型磷酸钙矿化丝蛋白膜。

而通过自上而下的方式拆解得到的天然蚕丝微纳米原纤，不仅继承了天然蚕丝蛋白材料优异的生物相容性、低免疫性、可体内降解等优点，还避免了蚕丝纤维原有结构的破坏，使其原有的韧性和力学性能不至于损失。更重要的是，在作为磷酸钙矿化模板方面，由于天然蚕丝微纳米原纤维形态稳定，因此更易于得到结构和成分方面均更仿生的磷酸钙矿化蚕丝微纳米原纤维膜。

发明内容