一种自修复羟基磷灰石/胶原蛋白填充材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及医药制备，尤其是涉及一种自修复羟基磷灰石/胶原蛋白填充材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、骨修复材料通常是指通过手术植入人体以修复骨骼缺损的器件和材料，属于生物医用材料。骨修复材料大体可分为：自体骨、同种异体骨和人工替代骨修复材料。自体骨和同种异体骨修复材料的传导性较好，但同时也存在其相应的缺陷，如可供使用的骨量有限、对供骨部位有损伤、延长手术时间、影响术中体位的摆放、增加病人痛苦和潜在感染机会等不足，使其在临床实践中的应用受到限制。

2、由于自体骨和同种异体骨存在上述问题，以及科学技术的进步，人工骨修复材料成为骨移植的新选择。天然骨是由无机的矿物质与生物大分子经过规则排列所组成的复合体，其中无机物主要为羟基磷灰石，而生物大分子主要包括胶原蛋白，两者均匀混合、有序的结合在一起。因此人工骨材料研究的关键便是获得与天然骨组织相同的人工骨材料，这是因为人工骨如果与天然骨组织在胶原纤维上矿化成核的微晶羟基磷灰石有相近的尺寸，便有助于人体细胞及大分子对其识别，从而可提高材料的生物活性和生物相容性。

3、而在各种人工骨材料中，羟基磷灰石/胶原蛋白复合人工骨材料的化学成分与人体骨组织的主要成分极为相似，生物相容性好，因此得到了国内外学者的广泛的青睐。但是也存在了一系列的问题，如力学性能低、体外降解速度快、无自修复能力或自修复能力差等。

4、由于羟基磷灰石/胶原蛋白复合材料的上述的缺点，目前最常用的解决办法是添加第三种组份，通过不同材料的性能特点的互补最终实现具有一定的机械性能和适宜的降解性能的骨填充材料。目前传统的方案是替换掉胶原蛋白材料或是添加第三组分，最常见的添加材料包括：pla、plga、壳聚糖、透明质酸等材料。

5、cn106110395a公开了一种具有自修复、抗菌功效的骨修复支架，使用该骨修复支架能缩短患者康复时间，具体包括以下步骤：步骤1、制作带有连接块和固定孔的网状镂空支架本体，对患者干细胞进行培养；步骤2、制备抗菌多孔纳米羟基磷灰石复合材料；步骤3、将抗菌多孔纳米羟基磷灰石复合材料的填充到网状镂空支架本体的镂空部位；步骤4、将培养好的患者干细胞均匀的接种在抗菌多孔纳米羟基磷灰石复合材料上，然后无菌包装得到具有自修复、抗菌功效的骨修复支架。

6、cn115521627a公开了一种结构蛋白/透明质酸复合微纳米颗粒及颗粒水凝胶材料和应用。水凝胶材料由复合微球颗粒为基本结构单元，通过复合微球颗粒间的静电作用、氢键作用、疏水作用可逆自组装形成连续、多孔颗粒网络，实现可注射、可打印、自修复性能；当所述结构蛋白为改性结构蛋白，所述透明质酸为改性透明质酸时，再进一步通过引发共价键交联形成非共价键和共价键双重交联的颗粒水凝胶。

7、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种自修复羟基磷灰石-胶原蛋白填充材料。所述自修复羟基磷灰石/胶原蛋白填充材料包括羟基磷灰石和胶原蛋白；其中，所述胶原蛋白分子间通过含二硫键的交联剂连接。本发明通过引入动态二硫键，赋予胶原蛋白/羟基磷灰石人工骨自修复功能，使其在消解的过程中消解与自修复产生暂时的平衡，从而延长胶原蛋白的消解速度，同时赋予一定的力学性能。

2、本发明的目的之二在于提供一种自修复羟基磷灰石/胶原蛋白填充材料的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：通过胶原蛋白和含二硫键的交联剂的反应，得到含二硫键的胶原蛋白材料；再与羟基磷灰石反应，干燥，得到所述自修复羟基磷灰石/胶原蛋白填充材料。

3、本发明的目的之三在于提供一种述的自修复羟基磷灰石/胶原蛋白填充材料在制备人工骨自修复材料中的应用。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、第一方面，本发明提供一种自修复羟基磷灰石/胶原蛋白填充材料，所述自修复羟基磷灰石/胶原蛋白填充材料包括羟基磷灰石和胶原蛋白；

6、其中，所述胶原蛋白分子间通过含二硫键的交联剂连接。

7、在本发明中，通过引入动态二硫键，赋予胶原蛋白/羟基磷灰石人工骨自修复功能，使其在消解的过程中消解与自修复产生暂时的平衡，从而延长胶原蛋白的消解速度,同时赋予一定的力学性能。且通过改变胶原蛋白交联剂，向胶原蛋白中引入动态二硫键，使其具有自修复功能，从而使其在降解与修复之间形成一个暂时的平衡或是极大的降低降解速度，从而尽可能延长胶原蛋白体外降解速度快的特点。

8、优选地，所述含二硫键的交联剂为含二硫键的芳香族化合物，优选为4,4'二硫二酰二苯甲醛。

9、胶原蛋白自修复机理如图1所示：

10、胶原蛋白的氨基与交联剂的醛基反应，使得胶原蛋白分子之间发生交联，从而引入动态二硫键，形成胶原蛋白网络；当填充材料收到破坏时，二硫键发生断裂，形成巯基端基；使其具有自修复功能，从而使其在降解与修复之间形成一个暂时的平衡，并进一步地降低降解速度。此外，4,4'二硫二酰二苯甲醛的引入还能够进一步提高本发明所述填充材料的力学强度。

11、优选地，所述胶原蛋白、羟基磷灰石和含二硫键的交联剂的质量比为100:(30-50):(0.4-0.5)；

12、其中，“30-50”例如可以是30、35、40、45、50等；

13、其中，“0.4-0.5”例如可以是0.4、0.42、0.44、0.46、0.48、0.5等。

14、优选地，所述胶原蛋白的分子量为10-200kda，例如可以是10kda、50kda、100kda、150kda、200kda等，优选为120-140kda。

15、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的自修复羟基磷灰石/胶原蛋白填充材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

16、通过胶原蛋白和含二硫键的交联剂的反应，得到含二硫键的胶原蛋白材料；再与羟基磷灰石反应，干燥，得到所述自修复羟基磷灰石/胶原蛋白填充材料。

17、优选地，所述胶原蛋白需配置成胶原浆液再进行反应，所述胶原浆液的固含量为0.1-1wt％，例如可以是0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％等。

18、优选地，所述含二硫键的交联剂需配置成交联剂的水溶液再进行反应，所述含二硫键的交联剂和水的质量比为1:(0.5-2)，例如可以是1:0.5、1:0.6、1:0.8、1:1、1:1.2、1:1.4、1:1.6、1:1.8、1:2等。

19、优选地，所述胶原蛋白和含二硫键的交联剂的反应的温度为10～30℃，例如可以是10℃、15℃、20℃、25℃、30℃等，反应的时间为3～5h，例如可以是3h、3.5h、4h、4.5h、5h等。

20、优选地，所述含二硫键的胶原蛋白材料与羟基磷灰石反应前需调节反应体系的ph至6.5～7.5，例如可以是6.5、6.6、6.8、7、7.2、7.4、7.5等。

21、优选地，调节反应体系的ph采用的ph调节剂为氢氧化钠。

22、优选地，所述含二硫键的胶原蛋白材料与羟基磷灰石反应的温度为10～30℃，例如可以是10℃、15℃、20℃、25℃、30℃等，反应的时间为0.5～2h，例如可以是0.5h、0.6h、0.8h、1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h等。

23、优选地，所述干燥采用冷冻干燥的方式。

24、优选地，所述冷冻干燥包括依次进行的第一冷冻阶段、第二冷冻阶段和室温阶段；其中，第一冷冻阶段的温度为-40～-10℃，例如可以是-40℃、-35℃、-30℃、-25℃、-20℃、-15℃、-10℃等，保持时间为1-6h，例如可以是1h、2h、3h、4h、5h、6h等；第二冷冻阶段的温度为-10～0℃，例如可以是-10℃、-8℃、-6℃、-4℃、-2℃、0℃等，保持时间为12-48h，例如可以是12h、15h、18h、20h、25h、30h、35h、40h、45h、48h等；室温阶段保持时间为1-2h，例如可以是1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h等。

25、优选地，第一冷冻阶段的温度为-30～-20℃。

26、优选地，第二冷冻阶段的保持时间为24-36h。

27、作为本发明最为优选的技术方案，所述自修复羟基磷灰石/胶原蛋白填充材料由以下步骤制备得到：

28、s1将胶原浆液和4,4'二硫二酰二苯甲醛的水溶液混合后，在10～30℃下反应3～5h，得到反应液；

29、s2调节上述反应液的ph至6.5～7.5后，再与羟基磷灰石混合，在10～30℃下反应0.5～2h，再进行冷冻干燥，得到所述自修复羟基磷灰石/胶原蛋白填充材料。

30、第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的自修复羟基磷灰石/胶原蛋白填充材料在制备人工骨自修复材料中的应用。

31、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

32、(1)本发明通过改变胶原蛋白交联剂，向胶原蛋白中引入动态二硫键，使其具有自修复功能，从而使其在降解与修复之间形成一个暂时的平衡或是极大的降低降解速度，从而尽可能延长胶原蛋白体外降解速度快的特点；

33、(2)本发明方法制备的用于骨修复的羟基磷灰石/胶原复合多孔材料，具有一定的自修复效果，在37℃、1h内可恢复如初，很有希望作为骨材料得到应用；

34、(3)本发明通过4'二硫二酰二苯甲醛的引入还能够进一步提高本发明所述填充材料的力学强度。