本发明涉及复合生物材料，具体为一种可塑性人工骨及其制备方法。
背景技术：
硬组织(骨、牙)替代材料是生物材料的一大类，在生物材料产业中，涉及硬组织修复和替代材料的约占20％。对于中国这一人口大国来讲，潜在的巨大需求是显而易见的。此外，我国正步入老年人社会，60岁以上的老年人口已达1.4亿，年老引起的机体组织，特别是硬组织病变，如骨质疏松，需要大量的骨替代材料以用于临床治疗。因此，该领域的研究具有深远的社会影响和巨大的经济效益。
目前骨组织工程支架材料主要有两类；一类是生物衍生材料，由生物组织通过一系列理化方法处理而制得，包括天然骨、胶原、珊瑚骨、壳聚糖等；另一类为人工合成材料，包括羟基磷灰石、钙磷陶瓷、生物活性玻璃、聚酯类等。生物衍生材料具有来源丰富、造价低及有天然的网状空隙结构等优点，越来越受到人们的重视。目前国内市场骨修复产品主要包括磷酸三钙、羟基磷灰石、i型胶原蛋白/羟基磷灰石复合物等，尚无β-tcp/胶原复合骨修复材料问世。国外市场骨修复产品种类较为丰富，其中integra公司的ososteoconductivescaffold和stryker公司(世界上最大的骨科产品生产商)的vitossbonegraftsubstitute产品，为β-tcp/胶原复合骨修复材料。
人体骨中含有水、有机相和无机相等成分。其中无机相主要为磷灰石等磷酸钙类矿物相，约占60～70％；有机相包括90～95％的胶原蛋白、1％的粘多糖及5％的其它蛋白质。骨的基本结构单元就是矿化的胶原纤维，天然骨可以简单的看成是胶原和羟基磷灰石(hap)在一定微观程度上的有序排列。hap作为人体骨组织中的主要无机成分，是骨组织修复领域中的研究热点。hap具有良好的组织相容性、骨传导性、高度的生物活性等特性。但其本身也存在脆性大、硬度低、韧性差、不易降解等不足。β-磷酸三钙(β-tcp)物理、化学性能和生物相容性与羟基磷灰石相似，具有良好的骨结合性、降解性和骨传导性，因此在骨组织修复领域同样备受重视，是另一种广泛应用的硬组织替代材料。与hap相比，其最重要的特点在于β-tcp被吸收后可为人体自身组织所替代。
hap和β-tcp在体内可以与骨组织交互作用，参与骨骼的生长，但是hap和β-tcp通常是以粉末状进行填充，体液或血液的流动会将这些粉末冲离骨缺损部位，植入效果就会大大折扣。现有技术中，一些研究者将hap和β-tcp制成多孔材料，烧结成各种形状及大小的材料，解决了容易被冲离骨缺损部位的缺陷，但是机械强度随着孔隙率和孔尺寸的增加而显著下降，尤其对于孔径大于100μm的陶瓷来说，承重是个大问题，而且多孔陶瓷的尺寸大小和形状不可能与骨缺损区域的尺寸完全吻合，因此在手术时为了二者尽量密合，需要挖大伤口或修剪植入材料，不仅对病患伤口造成二次伤害，而且延长了手术时间，患处与植入材料间所存留的一些间隙，也会妨碍骨愈合的进程。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服现有的hap和β-tcp生物陶瓷材料临床应用中尺寸不能与预期的尺寸完全吻合从而造成手术时间的延长及对病患伤口的二次伤害，而且患处与植入材料间所存留的一些间隙，更会使骨愈合因此受到阻碍的缺陷，提供一种可塑性人工骨及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种可塑性人工骨，包括50wt％～90wt％的多孔磷酸钙陶瓷和50wt％～10wt％的可溶性胶原蛋白，可溶性胶原蛋白在多孔磷酸钙陶瓷的空隙中形成三维胶原蛋白纤维网状结构。该可塑性人工骨以多孔磷酸钙陶瓷为基体，以胶原蛋白为增韧补强项。进一步的多孔磷酸钙陶瓷的总体孔隙率为60％～95％。多孔磷酸钙陶瓷的大孔孔径为100～500微米，大孔之间有微孔相互贯通，大孔内壁布满毛细微孔。
进一步的，多孔磷酸钙陶瓷的成分为羟基磷灰石、β-磷酸三钙或双相磷酸钙陶瓷，胶原蛋白为i型胶原蛋白；胶原蛋白在多孔磷酸钙陶瓷的空隙中形成三维胶原蛋白纤维网状结构。
一种可塑性人工骨的制备方法，包括以下步骤：
(1)、陶瓷预处理：将多孔磷酸钙陶瓷浸入75％乙醇溶液中超声漂洗0.5～2h，更换漂洗液，重复漂洗一次，随后用去离子水超声漂洗，浸泡过夜后用去离子水重复漂洗，将充分漂洗的多孔磷酸钙陶充分烘干后置于200～250℃下灭菌120～240min；
(2)胶原预处理a：取可溶性胶原蛋白，按15g～25g溶解至1kg的比例用注射用水溶解均匀，于100～105℃加热1～4h，直至胶原蛋白完全液化成流体状，得预处理胶原a；
(3)胶原预处理b：取可溶性胶原蛋白，稀释成3-5mg/ml浓度的胶原液，取3～5l15℃以下连续搅拌30min以上。边搅拌边加入1l0.1mpbs溶液，胶原液和pbs溶液的体积比为3:1-5:1，然后用0.1mnaoh调节ph至4.5～8.5，将胶原转入烘箱，保持箱体内部温度在35±3℃，保温15～36h，将胶原搅拌打散，离心8～15min，去上清液，收集沉淀，再将收集的沉淀加注射用水复溶，再离心8～15min，去上清液，收集沉淀，重复数次，将所得沉淀加注射水至总重0.15kg，搅拌使得沉淀溶解均匀，装入透析袋中，用注射水透析，每隔3～5h换水一次，换水次数为4～5次，保持透析液的温度在15℃以下，透析完后，收集胶原液，保持胶原浓度约为15mg/ml～25mg/ml，得预处理胶原b；
(4)陶瓷涂层：将30g多孔磷酸钙陶瓷置于20～50ml预处理胶原a中浸润，常温下抽真空至-0.1mpa涂层0.5-3h，保压1-3h，再经超声波震荡搅拌10～25min，重复抽真空负压涂层一次，将涂层好的陶瓷冷冻干燥；
(5)将预处理胶原b稀释至10～18mg/ml，将涂层好的多孔磷酸钙陶分散成均匀颗粒，均匀分散于10～18mg/ml的预处理胶原b中，然后冷冻干燥；
(6)真空热交联或edc/nhs交联，即得可塑性人工骨。真空热交联的方法为将冷冻干燥后的样品于110℃～125℃干燥48～72h。edc/nhs交联的方法为先配置0.5～10mm的edc/nhs交联液，将冷冻干燥后的样品放入交联液中交联12～36h，取出材料，冷冻干燥。
本发明采用50wt％～90wt％的多孔磷酸钙陶瓷模拟骨组织的无机成分和50wt％～10wt％的可溶性胶原蛋白骨组织的有机成分，可溶性胶原蛋白在多孔磷酸钙陶瓷的空隙中形成一种适合人类细胞生长的三维胶原蛋白纤维网状结构；多孔磷酸钙溶解度大，比表面积大，易于降解，有利于新生细胞的吸附和血管的长入，从而具有良好的生物相容性，尤其是同骨髓基质干细胞有良好的相容性。多孔磷酸钙作为骨形成的支架，同时对骨细胞亦具有引导作用。胶原蛋白表面富含沉积矿物的位点，可有效引发和控制矿化过程、促进骨形成，使得肉芽组织长入植入物中，并向成纤维细胞和成骨细胞提供营养，同时可作为生物陶瓷粉体的赋形剂，构成植入材料的连续相，材料降解性能双向可调，具有良好的微观结构与宏观可塑性。将本发明的可塑性人骨应用于骨缺损部位，能有效引导并加速骨组织的修复。
本发明通过胶原预处理a减弱基质金属蛋白酶(mmp-2和mmp-9)和基质溶素(stromelysins和matrilysin)对于创伤的负面影响，通过胶原预处理b增强可塑性人骨的机械强度；然后通过先涂层后冻干交联的方式，使得可塑性人骨具备了均一的三维结构，能更好的引导并加速骨组织的修复。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种可塑性人工骨，包括50wt％的多孔磷酸钙陶瓷和50wt％的可溶性胶原蛋白，可溶性胶原蛋白在多孔磷酸钙陶瓷的空隙中形成三维胶原蛋白纤维网状结构。多孔磷酸钙陶瓷的总体孔隙率为95％。多孔磷酸钙陶瓷的大孔孔径为100微米左右，大孔之间有微孔相互贯通，大孔内壁布满毛细微孔。
多孔磷酸钙陶瓷的成分为羟基磷灰石，胶原蛋白为i型胶原蛋白；胶原蛋白在多孔磷酸钙陶瓷的空隙中形成三维胶原蛋白纤维网状结构。
一种可塑性人工骨的制备方法，包括以下步骤：
(1)、陶瓷预处理：将多孔磷酸钙陶瓷浸入75％乙醇溶液中超声漂洗0.5h，更换漂洗液，重复漂洗一次，随后用去离子水超声漂洗，浸泡过夜后用去离子水重复漂洗，将充分漂洗的多孔磷酸钙陶充分烘干后置于200℃下灭菌240min；
(2)胶原预处理a：取可溶性胶原蛋白，按15g溶解至1kg的比例用注射用水溶解均匀，于100℃加热1h，直至胶原蛋白完全液化成流体状，得预处理胶原a；
(3)胶原预处理b：取可溶性胶原蛋白，溶解为3mg/ml浓度的胶原液，取3l15℃以下连续搅拌30min以上。边搅拌边加入1l0.1mpbs溶液，胶原液和pbs溶液的体积比为3:1，然后用0.1mnaoh调节ph至4.5，将胶原转入烘箱，保持箱体内部温度在32℃，保温36h，将胶原搅拌打散，以5500r/min转速离心8min，去上清液，收集沉淀，再将收集的沉淀加注射用水复溶，再以5500r/min转速离心15min，去上清液，收集沉淀，重复数次，将所得沉淀加注射水至总重0.15kg，搅拌使得沉淀溶解均匀，装入透析袋中，用注射水透析，每隔3h换水一次，换水次数为4次，保持透析液的温度在15℃以下，透析完后，收集胶原液，保持胶原浓度约为15mg/ml，得预处理胶原b；
(4)陶瓷涂层：将30g多孔磷酸钙陶瓷置于20ml预处理胶原a中浸润，常温下抽真空至-0.1mpa涂层0.5h，保压1h，再经超声波震荡搅拌10min，重复抽真空负压涂层一次，将涂层好的陶瓷冷冻干燥；
(5)将预处理胶原b稀释至10mg/ml，将涂层好的多孔磷酸钙陶分散成均匀颗粒，均匀分散于10mg/ml的预处理胶原b中，然后冷冻干燥；
(6)配置0.5mm的edc/nhs交联液，将冷冻干燥后的样品放入交联液中交联24h，取出材料，冷冻干燥。
实施例2
一种可塑性人工骨，包括90％wt％的多孔磷酸钙陶瓷和10wt％的可溶性胶原蛋白，可溶性胶原蛋白在多孔磷酸钙陶瓷的空隙中形成三维胶原蛋白纤维网状结构。多孔磷酸钙陶瓷的总体孔隙率为60％。多孔磷酸钙陶瓷的大孔孔径为500微米，大孔之间有微孔相互贯通，大孔内壁布满毛细微孔。
多孔磷酸钙陶瓷的成分为β-磷酸三钙，胶原蛋白为i型胶原蛋白；胶原蛋白在多孔磷酸钙陶瓷的空隙中形成三维胶原蛋白纤维网状结构。
一种可塑性人工骨的制备方法，包括以下步骤：
(1)、陶瓷预处理：将多孔磷酸钙陶瓷浸入75％乙醇溶液中超声漂洗2h，更换漂洗液，重复漂洗一次，随后用去离子水超声漂洗，浸泡过夜后用去离子水重复漂洗，将充分漂洗的多孔磷酸钙陶充分烘干后置于250℃下灭菌120min；
(2)胶原预处理a：取可溶性胶原蛋白，按25g溶解至1kg的比例用注射用水溶解均匀，于105℃加热4h，直至胶原蛋白完全液化成流体状，得预处理胶原a；
(3)胶原预处理b：取可溶性胶原蛋白，溶解为5mg/ml浓度的胶原液，取5l15℃以下连续搅拌30min以上。边搅拌边加入1l0.1mpbs溶液，胶原液和pbs溶液的体积比为5:1，然后用0.1mnaoh调节ph至8.5，将胶原转入烘箱，保持箱体内部温度在38℃，保温20h，将胶原搅拌打散，以5500r/min转速离心15min，去上清液，收集沉淀，再将收集的沉淀加注射用水复溶，再以5500r/min转速离心8min，去上清液，收集沉淀，重复数次，将所得沉淀加注射水至总重0.15kg，搅拌使得沉淀溶解均匀，装入透析袋中，用注射水透析，每隔3h换水一次，换水次数为5次，保持透析液的温度在15℃以下，透析完后，收集胶原液，保持胶原浓度约为25mg/ml，得预处理胶原b；
(4)陶瓷涂层：将30g多孔磷酸钙陶瓷置于50ml预处理胶原a中浸润，常温下抽真空至-0.1mpa涂层3h，保压3h，再经超声波震荡搅拌25min，重复抽真空负压涂层一次，将涂层好的陶瓷冷冻干燥；
(5)将预处理胶原b稀释至18mg/ml，将涂层好的多孔磷酸钙陶分散成均匀颗粒，均匀分散于18mg/ml的预处理胶原b中，然后冷冻干燥；
(6)配置0.5mm的edc/nhs交联液，将冷冻干燥后的样品放入交联液中交联24h，取出材料，冷冻干燥。
实施例3
一种可塑性人工骨，包括70wt％的多孔磷酸钙陶瓷和30wt％的可溶性胶原蛋白，可溶性胶原蛋白在多孔磷酸钙陶瓷的空隙中形成三维胶原蛋白纤维网状结构。该可塑性人工骨以多孔磷酸钙陶瓷为基体，以胶原蛋白为增韧补强项。多孔磷酸钙陶瓷的总体孔隙率为75％。多孔磷酸钙陶瓷的大孔孔径为300微米，大孔之间有微孔相互贯通，大孔内壁布满毛细微孔。
进一步的，多孔磷酸钙陶瓷的成分为羟基磷灰石、β-磷酸三钙或双相磷酸钙陶瓷，胶原蛋白为i型胶原蛋白；胶原蛋白在多孔磷酸钙陶瓷的空隙中形成三维胶原蛋白纤维网状结构。
一种可塑性人工骨的制备方法，包括以下步骤：
(1)、陶瓷预处理：将多孔磷酸钙陶瓷浸入75％乙醇溶液中超声漂洗1h，更换漂洗液，重复漂洗一次，随后用去离子水超声漂洗，浸泡过夜后用去离子水重复漂洗，将充分漂洗的多孔磷酸钙陶充分烘干后置于200℃下灭菌240min；
(2)胶原预处理a：取可溶性胶原蛋白，按22g溶解至1kg的比例用注射用水溶解均匀，于102℃加热1.5h，直至胶原蛋白完全液化成流体状，得预处理胶原a；
(3)胶原预处理b：取可溶性胶原蛋白，溶解为4mg/ml浓度的胶原液，取4l15℃以下连续搅拌30min以上。边搅拌边加入1l0.1mpbs溶液，胶原液和pbs溶液的体积比为4:1，然后用0.1mnaoh调节ph至7，将胶原转入烘箱，保持箱体内部温度在35℃，保温22h，将胶原搅拌打散，以5500r/min转速离心12min，去上清液，收集沉淀，再将收集的沉淀加注射用水复溶，再以5500r/min转速离心10min，去上清液，收集沉淀，重复数次，将所得沉淀加注射水至总重0.15kg，搅拌使得沉淀溶解均匀，装入透析袋中，用注射水透析，每隔3h换水一次，换水次数为4次，保持透析液的温度在15℃以下，透析完后，收集胶原液，保持胶原浓度约为22mg/ml，得预处理胶原b；
(4)陶瓷涂层：将30g多孔磷酸钙陶瓷置于35ml预处理胶原a中浸润，常温下抽真空至-0.1mpa涂层1h，保压2h，再经超声波震荡搅拌15min，重复抽真空负压涂层一次，将涂层好的陶瓷冷冻干燥；
(5)将预处理胶原b稀释至14mg/ml，将涂层好的多孔磷酸钙陶分散成均匀颗粒，均匀分散于14mg/ml的预处理胶原b中，然后冷冻干燥；
(6)配置5mm的edc/nhs交联液，将冷冻干燥后的样品放入交联液中交联12h，取出材料，冷冻干燥。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。