一种具有促成骨功能的掺镁羟基磷灰石丝素复合膜制备方法与流程

本发明属于丝素蛋白的加工方法，具体地说，是一种具有促成骨功能的掺镁羟基磷灰石丝素复合膜制备方法。
背景技术：
羟基磷灰石是人体骨组织中的主要无机成分，具有良好的生物相容性、骨诱导性和骨传导性，在骨组织工程领域具有良好的应用前景。研究表明，羟基磷灰石的形貌、颗粒的大小、形状等对其成骨性有很大影响。天然骨组织中的羟基磷灰石是体内钙离子、磷酸根离子与天然胶原蛋白相互作用下形成的针状纳米颗粒。如何利用有机分子和无机离子的相互作用制备出具有良好的促干细胞分化及成骨性的羟基磷灰石形貌是骨组织工程领域的研究热点之一。丝素蛋白是一种性能优良且容易获取的天然高分子，其内部结构由一系列小的疏水性氨基酸以及亲水性大侧链氨基酸组成。这种组分和结构赋予了丝素蛋白易于降解、结构可控以及良好的生物相容性等特性。随着生物材料的发展，丝素蛋白的应用已经在组织工程、肿瘤治疗和检测及纳米医学等领域得到实践。丝素蛋白本身所具有的羧基能很好地结合钙离子进而调控羟基磷灰石的形成及形貌。研究表明，丝素纤维和丝素蛋白膜在羟基磷灰石矿化液中能很好的调控羟基磷灰石的成核和生长，所得到的各种形貌的羟基磷灰石表现出不同的生物相容性和骨诱导活性,促进骨修复。镁元素镁在人体骨骼新陈代谢过程的诸多生理环节中发挥了关键作用，有研究发现，镁内植物材料在生物体内骨组织周围降解的过程中，植入物周围镁离子浓度会增高，这一现象会显著地促进新生骨组织的形成。还有研究发现，pi3k/akt信号通路对于成骨细胞的增殖分化起到非常重要的调节作用，适当提高镁离子浓度可以激活pi3k/akt信号通路，向骨内植物材料中添加镁离子，可以很好地促进新骨形成。目前常见的羟基磷灰石材料涂覆制备工艺以等离子喷涂法与模拟体液矿化为主，前者有一定优越性，但是在工作过程中产生的高温会让羟基磷灰石晶相受损，影响复合材料的性能。若采用模拟体液矿化的方法，虽然具备工艺温和的特点，但制备周期过长，常需要一周的时间矿化才可以使材料完整涂覆。电化学沉积羟基磷灰石技术是利用电场从电解液中沉积粒子到导电基体上从而得到羟基磷灰石涂层的方法。在通电的情况下，阴极表面由于水的电解，产生氢气，导致局部ph随电流强度的增大而升高；在较高ph下，电解液中的ca2+和h2po4-与溶液中的oh-反应，导致溶液局部过饱和，当饱和程度达到磷酸钙盐化合物溶解度时，在阴极上即可沉积出相对应条件的磷酸钙盐涂层。目前有许多研究在医用金属表面涂覆羟基磷灰石达到修复硬骨组织的目的，已经有很好的进展。但是还是无法解决基体金属在体内腐蚀带来的后遗症。本文采用电化学技术在较短时间，将羟基磷灰石矿化沉积至新鲜丝素膜表面，结合丝素较好的力学性能和理化性质，引导羟基磷灰石体内修复，并能在修复结束后丝素被人体降解吸收，以此发挥两种材料的综合优势。当丝素作为有机成分，钙磷酸盐以及mg离子作为无机成分复合成膜时，在电镜下表现为均匀粗糙，有较大比表面积的微观结构，表现出对人类间充质干细胞增殖分化良好的促进作用，从而可以较好地处理促成骨修复问题。此外，不同的浓度配比表现为不同的膜表面沉积形态和结构，生产中可通过浓度配比的调节来控制产品的微观性状。技术实现要素：本发明正是针对现今骨组织易受损的现状，提供了一种工艺简单，处理方便并且能够具有促成骨修复功能的掺镁羟基磷灰石丝素复合膜制备方法。为了实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：本发明公开了一种具有促成骨功能的掺镁羟基磷灰石丝素复合膜制备方法，具体制备步骤如下：1)、制备5％-25％浓度的丝素溶液，滴加在钛板电极上，自然条件下风干后，用乙醇处理使其β化，制成sf/ti片；2)、配制硝酸钙和磷酸二氢铵的混合溶液作为电解液，保持溶液体系中钙磷比为1.67，加入一定浓度的氯化镁，用naoh溶液调节ph值至5-8之间；3)、采用电化学三电极体系，以sf/ti片为阴极，铂环为阳极，加入电解液，在室温下进行电化学沉积。作为进一步地改进，本发明所述的步骤1)中的丝素为低成本地利用下角茧或废丝或回收再生的绢丝织物品资源提取的丝素蛋白。作为进一步地改进，本发明所述的步骤2)中的钙离子和镁离子浓度的配比为1:0.1～1:1。随镁离子浓度变化，复合膜表面沉积的显微结构的紧密程度有一定的增强，低于上述浓度，所形成形貌以松散不均一为主；而高于上述浓度也会导致整体形貌紧密但不平整均一。作为进一步地改进，本发明所述的步骤2)中的ph为5-6。制备过程对ph有一定的要求，当ph小于5，沉积所形成形貌主要为分布松散的羟基磷灰石中间体，当ph大于6时，沉积所形成形貌主要为电解液溶液沉淀，ph过大以及过小都不利于电化学反应的进行。作为进一步地改进，本发明所述的步骤3)中的电化学沉积时间是30分钟。从0分钟开始，随时间改变，所沉积形貌会有相应生长，当沉积30分钟时形成稳定平整粗糙形貌，当时间进一步增长稳定平整形貌将被破坏。时间过短将导致反应的不完全使得产量降低、产品促成骨性能下降，时间过长将导致时间成本增加，产品过反应而影响促成骨性能。与现有技术相比，本发明具有以下突出特点：(1)本发明在整个处理过程中具有耗能低，生物安全性高，价格低廉，操作简单方便，时间短，产量高等优势。(2)通过该发明制得的掺镁羟基磷灰石丝素复合膜对于人类间充质干细胞有良好的增殖分化作用。(3)通过丝素蛋白膜对羟基磷灰石的良好调控，在羟基磷灰石矿化液中促进羟基磷灰石的成核和生长，所得到的各种形貌的羟基磷灰石表现出不同的生物相容性和骨诱导活性,促进骨修复，为开发丝素蛋白骨组织修复材料提供新思路。(4)通过该发明制得的掺镁羟基磷灰石丝素复合膜在促成骨修复后的副作用更小，可以以此代替常用的金属促成骨基底，从而更高效安全的修复骨组织受损问题。(5)钙离子和镁离子浓度的配比限定为1:0.1～1:1，随镁离子浓度变化，复合膜表面沉积的显微结构的紧密程度有一定的增强，低于上述浓度，所形成形貌以松散不均一为主；而高于上述浓度也会导致整体形貌紧密但不平整均一。(6)用naoh溶液调节ph值限定为5-6，制备过程对ph有一定的要求，当ph小于5，沉积所形成形貌主要为分布松散的羟基磷灰石中间体，当ph大于6时，沉积所形成形貌主要为电解液溶液沉淀，ph过大以及过小都不利于电化学反应的进行。附图说明图1是本发明实施例1sem下观察掺镁羟基磷灰石丝素复合膜的微观结构图。具体实施方式本发明公开了一种具有促成骨功能的掺镁羟基磷灰石丝素复合膜制备方法，具体制备步骤如下：1)、制备5％-25％浓度的丝素溶液，滴加在钛板电极上，自然条件下风干后，用乙醇处理使其β化，制成sf/ti片；2)、配制硝酸钙和磷酸二氢铵的混合溶液作为电解液，保持溶液体系中钙磷比为1.67，加入一定浓度的氯化镁，用naoh溶液调节ph值至5-8之间；3)、采用电化学三电极体系，以sf/ti片为阴极，铂环为阳极，加入电解液，在室温下进行电化学沉积。下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。实施例1制备10％浓度的丝素溶液，滴加在钛板电极上，自然条件下风干后，用乙醇处理使其β化。配制硝酸钙和磷酸二氢铵的混合溶液作为电解液，保持溶液体系中钙磷比为1.67，加入一定浓度的氯化镁，使钙离子和镁离子浓度的配比为1:0.25，用naoh溶液调节ph值至5，采用电化学三电极体系，以sf/ti片为阴极，铂环为阳极，加入电解液，在室温下进行电化学沉积，sem下观察其微观结构如图1。可以看出制备所得复合膜表面较为粗糙，沉积分布紧密，有较大比表面积，形貌较为规整，有利于细胞的黏附。案例丝素浓度钙镁比电解液ph沉积形貌实施例110％1:0.255球状沉积规整紧密分布对比例110％1:0.15球状沉积零散分布对比例210％1:0.55团状沉积无规分布于小球表面对比例310％1:0.15大量团状沉积散乱分布通过设置对比与实施例进行对比，对比例1-3仅仅改变了钙镁比，其余技术特征与实施例1相同，通过沉积形貌可见，在钙镁比1:0.1-1:1区间内都有沉积产生，当钙镁比小于1:0.25时所获沉积较少，零散分布于基底表面。当钙镁比大于1:0.25时，沉积以团状沉积为主，比表面积相对减少，形貌粗糙度也随之降低。得出在实施例1下钙镁比1:0.25，可获得最有形貌，有利于材料促成骨功能。实施例2制备5％浓度的丝素溶液，滴加在钛板电极上，自然条件下风干后，用乙醇处理使其β化。配制硝酸钙和磷酸二氢铵的混合溶液作为电解液，保持溶液体系中钙磷比为1.67，加入一定浓度的氯化镁，使钙离子和镁离子浓度的配比为1:0.5，用naoh溶液调节ph值至5.5，采用电化学三电极体系，以sf/ti片为阴极，铂环为阳极，加入电解液，在室温下进行电化学沉积。实施例3制备20％浓度的丝素溶液，滴加在钛板电极上，自然条件下风干后，用乙醇处理使其β化。配制硝酸钙和磷酸二氢铵的混合溶液作为电解液，保持溶液体系中钙磷比为1.67，加入一定浓度的氯化镁，使钙离子和镁离子浓度的配比为1:1，用naoh溶液调节ph值至6，采用电化学三电极体系，以sf/ti片为阴极，铂环为阳极，加入电解液，在室温下进行电化学沉积。最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的几个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。当前第1页12