一种结构仿生的骨修复材料及应用的制作方法

本发明涉及生物医用材料，特别涉及一种结构仿生的骨修复材料及应用。

背景技术：

1、天然骨中，主要无机组分和有机组分别是羟基磷灰石与胶原蛋白，以牙齿为例，牙齿包括牙髓、牙骨质、牙本质和牙釉质，其中，主体部分是牙本质，牙本质中无机盐类约占比70％，主要为羟磷灰石、含磷酸钙等，有机物约占比30％，主要是胶原蛋白。

2、专利号cn100341588c的专利公开了一种多孔胶原复合纳米羟基磷灰石人工骨的制备方法，分别单独制得胶原蛋白与纳米羟基磷灰石后，将其混合，该种方法易于控制胶原和羟基磷灰石的比例，但只能实现成分仿生，无法实现结构仿生；专利号cn114832159b的专利记载了一种矿化胶原材料、制备方法及应用，将naoh、na3po4和甘油组成的第二溶液加入cacl2、c2h5oh和胶原构成的第一溶液，以获得成分和结构上均仿生的高度矿化胶原凝胶，虽然文献中提到其可以通过冻干以获得块状材料，但材料在植入后通常处于人体湿态环境下，块状材料仍会转变为凝胶状态，而凝胶态材料作为骨植入材料，易出现扩散和泄露，引起免疫反应和感染的几率更高，同时，伤后感染后，会产生酸，进一步影响骨愈合，并且该文献并未提到所得凝胶材料的孔径，而植骨材料的孔径大小对机械性能和生物性能有着很大的影响。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，在保证植骨材料处于湿态环境时，不仅不易出现扩散和泄露，而且具有一定的抗菌效果的前提下，还具有良好的成骨细胞结合、长入效果的生物学性能和湿态环境下实现自支撑的机械性能，本发明第一方面提供了一种结构仿生的骨修复材料，骨修复材料为多孔材料，孔隙率为83-95%，孔径分布为0-400um，其中，50-175um的孔径占比70-95%。

2、优选的，骨修复材料的孔隙率为83-92%。

3、优选的，骨修复材料的孔径分布为0-350um，其中，50-175um的孔径占比70-95%。

4、进一步优选的，骨修复材料的孔径分布为0-350um，其中，50-175um的孔径占比70-90%。

5、作为一种优选的实施方式，所述结构仿生的骨修复材料的中值孔径70-100um。

6、优选的，骨修复材料的中值孔径70-90um。

7、中值孔径是指在孔径分布谱的顶点对应的孔径值，即孔隙网络中数量最多的孔的孔径。中值孔径对于孔径分布不对称的多孔材料的研究具有重要意义。

8、green d等人曾研究发现，对于多孔骨修复材料而言，15-50μm的孔能够诱导纤维管组织长入，50-150μm的孔能够刺激骨样组织生成，150-500μm的孔能够直接使得矿化骨诱发生成。除此之外，虽然，较大的孔径的修复材料能直接刺激矿化骨生成，但如果仅依靠矿化骨的直接生成，有可能会造成成骨部位中有机物和无机物的比例的一定程度失衡，成骨部位的物理性能诸如‌出现裂痕、变脆的风险升高，同时也会使修复速度受到影响。因此，需要对骨修复材料中的孔径分布进行一定控制，尤其是较小的孔径（50-150μm的孔）的孔的占比进行控制，从而控制骨愈合进程中，在原有缺损基础上，骨样组织的诱导生成行为占较大比重，从而使最终的成骨部分结构的匹配性更高。

9、优选的，结构仿生的骨修复材料的容重为0.2-0.3g/cm3。

10、作为一种优选的实施方式，所述结构仿生的骨修复材料由脱细胞基质（acellulartissue matrix，actm）模板上加入水溶性钙盐-氟化物进行原位前处理后，继续加入磷酸盐以进行原位矿化生长后，冻干，交联，清洗后二次冻干获得。

11、作为一种优选的实施方式，所述结构仿生的骨修复材料由actm模板上加入水溶性钙盐-氟化物进行原位前处理30-60min后，继续加入磷酸盐以进行原位矿化生长19-24h后，冻干，交联，清洗后二次冻干获得。

12、作为一种优选的实施方式，所述原位前处理在ph=10.6-11.4的氛围下进行。

13、优选的，ph=10.6-11.4的氛围通过氨水来调节。

14、通常来说，在碱性条件下进行磷酸盐和钙盐反应时可能会生成多种产物，比如羟基磷灰石、磷酸氢钙二水合物、磷酸三钙、磷酸八钙等，通过控制ph可以控制生成产物，在ph=9-11时，各种产物中羟基磷灰石由于溶解度最小，因此此时产物也已羟基磷灰石为主。本发明中，反应体系中除了钙盐，还引入氟化物，由于氟磷灰石比羟磷灰石的溶解度小，反应向溶解度减小的方向进行，生成部分氟磷灰石和氢氧化物，从而使溶液仍旧保持碱性环境，同时氟磷灰石中氟以离子形式存在。

15、在骨组织愈合的过程中，一旦细菌入侵，会产生酸，从而对愈合产生负面影响。为了避免局部酸性条件的产生，发明人在体系中引入氟化物，不仅可以增强对酸的抗性，而且氟离子还具有一定的抗菌效果。但同时，氟化物的引入也有可能对成骨部位造成伤害，比如骨脆化的发生，比如易出现裂纹裂缝，甚至断裂。

16、作为一种优选的实施方式，所述原位前处理和原位矿化的反应温度为35-39℃。

17、优选的，原位前处理和原位矿化的反应温度为37℃。

18、为了控制骨修复材料的孔隙率和孔径分布，发明人进行了大量的探究性实验，发现对于脱细胞基质-钙盐-氟化物-磷酸盐的矿化体系中，矿化反应前的原位前处理的温度和ph控制对最终得到的骨修复材料的孔隙率和孔径分布有着重要的影响。通过控制10.6-11.4的ph和35-39℃的原位前处理反应温度，使得骨修复材料的孔隙率为83-92%，孔径分布为0-350um，其中，50-175um的孔径占比70-95%，在原位前处理基础上，进一步控制原位矿化反应时温度35-39℃，不仅加强了上述孔径分布的可控性，而且意外地使得修复的成骨部位不易出现裂痕和变色，这一定程度上说明其可能克服了氟化物引入带来的骨脆化的问题，发明人猜测，上述条件控制影响了羟基磷灰石的结晶度和沉积行为，所得的特定结晶度的矿物可能更多地沉积在actm模板的纤维骨架外部，从而使得材料不易发生拉伸-收缩的机械现象。

19、作为一种优选的实施方式，所述actm模板和水溶性钙盐-氟化物的体积质量比为（23-40）ml：（1.8-6.4）g。

20、优选的，水溶性钙盐-氟化物由水溶性钙盐和水溶性氟化物组成。

21、优选的，水溶性钙盐-氟化物中，水溶性钙盐和水溶性氟化物的摩尔质量比为100：（1-50）。

22、进一步优选的，水溶性钙盐-氟化物中，水溶性钙盐和水溶性氟化物的摩尔质量比为100：（1-15）或100：（39-50）。

23、优选的，水溶性钙盐为硝酸钙、乙酸钙、氯化钙、碳酸氢钙或柠檬酸钙中的一种或几种。

24、进一步优选的，水溶性钙盐为乙酸钙。

25、优选的，水溶性氟化物为氟化钠、氟化钾或氟化钙中的一种或几种

26、进一步优选的，水溶性氟化物为氟化钠或氟化钾。

27、作为一种优选的实施方式，所述水溶性钙盐-氟化物和磷酸盐的质量比为（2.12-2.43）：1。

28、磷酸盐为磷酸氢二铵、磷酸氢二钾或磷酸氢二钠中的一种或几种；

29、作为一种优选的实施方式，所述actm模板为脱细胞基质浆液。

30、优选的，脱细胞基质浆液由脱细胞基质和酸性蛋白酶水溶液混合制得。

31、脱细胞基质浆液由脱细胞基质和酸性蛋白酶水溶液混合制得，其中，脱细胞基质在脱细胞基质浆液中的初始投放浓度为0.01-0.2g/ml。

32、酸性蛋白酶水溶液可以为酸性胃蛋白酶水溶液。

33、脱细胞基质的获得过程参照专利号cn106075583b的专利内容记载。

34、脱细胞基质来源包括人和哺乳动物的肠、食管、胃等空腔脏器的黏膜下层、基底膜、心包、真皮等的至少一种。

35、脱细胞基质所含有的胶原蛋白以纤维的形式存在，有利于细胞的粘附、增值和分化，能促进组织再生修复，富含的纤维粘连蛋白，在细胞与细胞、细胞与基质之间起粘附作用，并在血管形成和调节细胞与基质之间信息传递方面起到重要作用。近年来在各种组织器官的重要修复中得到广泛研究和应用。研究表明，脱细胞基质生物材料对骨细胞具有引导作用，有良好的生物相容性。

36、优选的，所述结构仿生的骨修复材料由actm模板上加入水溶性钙盐-氟化物进行原位前处理30-60min后，继续加入磷酸盐以进行原位矿化生长19-24h后，冻干，浸没于0.1-2mol/l交联剂水溶液交联，蒸馏水清洗后二次冻干获得。

37、交联剂为1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺（edc）或戊二醛。

38、本发明第二方面提供了一种结构仿生的骨修复材料在牙齿修复材料、颌骨修复材料、脊柱修复材料、关节修复材料、骨盆修复材料的应用。

39、有益效果

40、（1）脱细胞基质actm模板与羟基磷灰石在分子级水平上的键合形成复合材料，仿生模拟天然骨组织结构和成分，有利于人体细胞及大分子对其识别，提高了材料植入体内后的生物活性。本发明通过对对骨修复材料中的孔径分布进行控制，尤其是较小的孔径的孔的占比进行控制，从而控制骨愈合进程中，在原有缺损基础上，骨样组织的诱导生成行为占较大比重，从而使最终的成骨部分结构的匹配性更高。

41、（2）与其他同种异体骨或异种骨（脱钙骨基质dbm）材料相比，本发明所得结构仿生的骨修复材料生物的不易引起免疫反应，材料植入体内后的生物相容性高，而且具有优异的骨再生活性。

42、（3）液体吸湿性高，能够更好的吸附内源性生长因子，提高成骨活性。

43、（4）材料抗菌效果提高，进一步促进骨愈合的同时，不易出现裂痕、裂缝和变色，机械强度高，克服了氟化物引入带来的骨脆化的问题。

44、（5）具有良好的成骨细胞结合、长入效果的生物学性能和湿态环境下实现自支撑的机械性能。