[发明专利]一种聚阴离子改性纤维内仿生矿化材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种聚阴离子改性纤维内仿生矿化材料、制备方法及应用，具体涉及利用具有阴离子特性的高分子量聚电解质——如聚天冬氨酸、聚丙烯酸、聚谷氨酸等模拟生物体非内胶原蛋白诱导生物矿化的功能，在胶原支架材料表面交联高分子量聚阴离子电解质以形成表面带有功能性官能团的改性胶原，并进一步诱导纤维内仿生矿化的构建方法。该方法包括将不同类型的经过聚阴离子表面改性的胶原支架在磷酸钙矿化溶液中进行处理，得到具有纤维内矿化特征的仿生矿化胶原支架材料。本发明通过高分子量聚阴离子电解质对胶原支架材料的表面改性作用诱导纤维内仿生矿化，构建了与天然骨组织结构类似、具有优异的机械性能和生物相容性的新型仿生矿化胶原支架材料。

技术领域

本发明属于仿生矿化材料及组织工程支架材料领域，涉及一种聚阴离子改性纤维内仿生矿化材料、制备方法及应用。

背景技术

创伤、感染、肿瘤及先天性疾患等常造成不同类型的骨缺损，全世界每年约有220万的病人需要进行骨移植修复，是目前临床上除输血以外应用最广泛的组织移植。自体骨、异体骨仍是目前主要的骨缺损修复材料，然而其来源有限、免疫排斥等缺陷催生了骨再生修复材料研究的不断探索。理想的再生修复材料应该具有和缺损组织完全一致的结构和功能，因此目前骨再生材料领域的研究热点之一就是模拟天然骨组织的成分和结构，构建纤维内仿生矿化胶原支架材料。

天然骨组织的形成是无机矿物质元素在生物体精密控制下，选择性沉积在I型胶原上,从而形成有机/无机分子高度有序排列的过程。而骨组织的仿生矿化，是指采用人工合成的方法，在体外利用非胶原蛋白及其类似物调控生物矿化的过程，使矿物质前体在I型胶原分子内有序排列，形成具有多分级结构的有机无机复合材料的过程。这种人工合成材料表现出与天然骨组织类似的强度和良好的断裂韧性，是高度仿生的骨缺损修复材料。

传统的仿生矿化技术为了模拟自然硬组织的纤维内矿化形式，往往需要在矿化液中添加非胶原蛋白类似物如聚天冬氨酸、聚丙烯酸、聚谷氨酸等高分子量的聚电解质，以稳定矿化液中的矿物质离子，形成具有流动性及纳米尺寸的无定形磷酸钙前体，这是实现羟磷灰石晶体在胶原内沉积的关键因素。但是这些聚电解质有较强的阴离子特性，游离状态下，有一定的毒性；同时，矿化液体内应用时，很快被体液稀释，而难以保证局部聚电解质的有效作用浓度，导致无法发挥诱导纤维内矿化的作用。因此，传统的仿生矿化模式不可避免的存在着生物相容性差、易引起生物体刺激反应、体内应用困难等缺陷。

发明内容

针对现有技术中的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种聚阴离子改性纤维内仿生矿化材料、制备方法及应用，本发明在国际上首次提出通过化学交联的方法直接将非胶原蛋白类似物的功能性官能团加载到胶原支架材料上，而矿化液仅仅提供钙、磷离子来源，利用经过聚阴离子改性后的胶原自身携带有大量羧基的特点，诱导纤维内矿化的形成。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案包括：

根据本发明的第一个目的，本发明的一种聚阴离子改性纤维内仿生矿化材料，包括将表面交联有聚阴离子的胶原支架材料在磷酸钙矿化液中进行矿化处理，即得聚阴离子改性纤维内仿生矿化材料。

可选的，所述的聚阴离子选自聚天冬氨酸、聚丙烯酸和聚谷氨酸中的一种，且聚阴离子的分子量大于40kDa。

根据本发明的第二个目的，本发明的一种聚阴离子改性纤维内仿生矿化材料的制备方法，包括在胶原支架材料表面通过共价键合的方法交联聚阴离子，得到表面交联有聚阴离子的胶原支架材料，再将表面交联有聚阴离子的胶原支架材料在磷酸钙矿化液中进行矿化处理，即得聚阴离子改性纤维内仿生矿化材料。

可选的，所述的聚阴离子选自聚天冬氨酸、聚丙烯酸和聚谷氨酸中的一种或一种以上的混合物，且聚阴离子的分子量大于40kDa。

可选的，所述的共价键合的方法中所用的交联剂选自1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺、戊二醛、双亚胺酸酯和马来酰亚胺中的一种或一种以上的混合物。