具有生物响应性的复合材料及其制备方法和应用

本技术涉及生物医学，尤其是涉及具有生物响应性的复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、骨骼是人体重要的结构支撑系统，骨缺损是指因先天或后天因素造成的骨骼结构完整性被破坏的情况。尺寸大于骨直径2～2.5倍的骨缺损难以自愈，而临床常用的自体移植和异体移植由于供体匮乏、术后感染等严重限制了其治疗范围和临床效果。所以亟需探寻新的替代材料，在可以实现良好骨修复和骨整合的前提下为病人提供更多的选择。理想的骨科植入材料在具备一定机械强度的同时，还需要具有促进骨修复进程和提高骨整合效果的作用。

2、目前临床常用的金属基骨科植入材料如钛，过高的弹性模量在植入后期引起应力遮蔽效应，直接导致骨整合失败；高分子基骨科植入材料如聚醚醚酮等，由于其生物惰性，很容易在骨和植入界面形成造成纤维包裹，同样会造成骨整合失败；陶瓷基材料如羟基磷灰石等，虽然具有一定的生物活性，但机械强度较低，单独很难支撑骨组织。因此目前主要通过两种或更多种材料复合，或者在金属基、高分子基材料的基础上通过物理/化学方式引入多种生物活性分子来提高其骨诱导性能。这些方式虽然已经取得了一定的效果，但是距离完整骨修复和优异骨整合仍需探寻更为有效的手段。

3、近期骨生物学的相关研究揭示了大尺寸骨缺损修复是一个复杂的、多细胞参与的时序性过程。这种骨修复进程主要包括早期血肿和炎症反应期、中期的骨痂形成期和后期的骨板塑型期。骨科植入材料植入后即刻引发血肿和炎症反应，参与其中的血小板及巨噬细胞、中性粒细胞等炎症细胞的迁移、增殖等行为和功能表型等都是后续血管生成、骨生成、骨吸收的基础。在中期骨痂形成期和后期骨板塑型期，早期炎症细胞分泌的血管内皮生长因子等有利于大量内皮细胞在缺损修复部位的迁移和聚集，而骨形态发生蛋白等有利于大量骨髓间充质干细胞在缺损修复部位的聚集、增殖和成骨分化，进而完成骨修复，实现骨整合。然而，目前移植材料仅关注骨修复的部分过程，并且无法对骨修复的不同进程进行程序性匹配，造成无法达到完整骨修复和优异骨整合。

技术实现思路

1、本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种具有生物响应性的复合材料及其制备方法和应用，利用这种材料可以达到完整骨修复和优异骨整合。

2、本技术的第一方面，提供复合材料，该复合材料包括：

3、基材，所述基材包含生物活性金属层；

4、多肽，所述多肽包括顺序连接的第一功能肽段、酶切底物肽段和第二功能肽段，所述第一功能肽段修饰于所述生物活性金属层。

5、本技术实施例的有益效果是：

6、本技术实施例所提供的复合材料在表面修饰具有生物响应性的多功能多肽链段，链段中间嵌入能够被特定的酶切断的肽段，实现该链段的酶响应性断裂。通过这种方式，远离生物活性金属层的第二功能肽段和靠近生物活性金属层的第一功能肽段发生顺序暴露，以此提高骨科植入材料与骨组织修复进程各阶段特异性需求的匹配度。此外，骨科植入材料表面的生物活性金属层具有调控骨修复作用，并且通过多肽的修饰可以进一步实现生物活性金属的长效缓释。通过两方面的配合协同作用动态匹配骨修复的时序过程，从而促进骨修复，提高骨植入材料与骨组织的整合效果。

7、需要说明的是，骨修复过程从细胞层面包括促进细胞迁移、黏附、增殖以及成骨分化，调节成骨与破骨的平衡，提高细胞间矿化水平等；根据先后阶段包括早期血肿和炎症反应期、中期的骨痂形成期和后期的骨板塑型期；个体层面则包括修复骨缺损、促进骨小梁的生长和新骨形成等。因此，生物活性金属是指在上述骨修复过程中起到一定生物活性促进相关作用的金属元素，相应的生物活性金属层是指包含生物活性金属在内的原料形成的具有一定厚度的层结构。

8、其中，生物活性金属层的厚度可以是单原子层厚度或多原子层厚度或更大尺度(如纳米、微米、毫米、厘米等级别)的厚度。在其中一些实施方式中，生物活性金属层的厚度为10cm、1cm、1mm、100μm、10μm、1μm、100nm以下。在其中一些实施方式中，生物活性金属层连续或不连续，均匀或不均匀分布在基材上，具体可以根据相应的工艺方法确定。在另一些实施方式中，生物活性金属构成的生物活性金属层为基材。也即，包含生物活性金属层的基材可以是在基材表面上形成有生物活性金属层，或由生物活性金属形成的生物活性金属层作为基材。

9、其中，酶切底物肽段是指包含特异性酶切底物的氨基酸序列的肽段。当环境中存在对应的酶时，发生特异性酶切，实现生物响应特性，从而将一侧的功能肽段从复合材料上切除，并暴露出另一侧的功能肽段，从而发挥其功能作用。具体的，由于第一功能肽段直接修饰于生物活性层上，通过酶切底物肽段发生的特异性酶切，将第二功能肽段从复合材料上切除，而使第一功能肽段暴露。

10、其中，第一功能肽段和第二功能肽段是指相应的肽段分别具有不同的生物学功能活性，从而分别对应修复阶段的不同效应细胞，以此匹配骨组织修复的各个阶段，促进骨修复和骨整合。可以理解的是，第一功能肽段和第二功能肽段的选择灵活度高，可根据修复目的和组织修复需求进行针对性设计。

11、在其中一些实施方式中，生物活性金属层的金属元素包括mg、ta、sr、zn、zr、cu、co、gd、ga、fe中的至少一种。例如，相关研究表明，mg元素可以通过直接影响成骨相关细胞(如间充质干细胞、成骨细胞、破骨细胞等)或调节成骨免疫微环境而促进成骨或促进血管生成；ta元素可以通过wnt/β-catenin、tgf-β/smad、mapk/erk、整合素等信号通路的激活促进细胞成骨分化；局部富sr元素的微环境同样有显著改善成骨细胞增殖、黏附、分化的作用；zn元素可以通过多种途径增强细胞成骨能力以及周围血管的生成，有利于新骨生成与骨整合；fe、cu等其他一些元素也被证实具有相同或类似的促进成骨的机理。

12、在其中一些实施方式中，生物活性金属层的金属元素包括mg、zn、fe中的至少一种。上述这些多价金属元素具有良好的骨生物活性及生物安全性。

13、在其中一些实施方式中，第一功能肽段通过连接分子修饰于生物活性金属层，第一功能肽段具有叠氮基团，连接分子包括邻苯二酚单元与dbco基团，多肽与连接分子通过叠氮基团与dbco基团的点击反应而连接，连接分子与生物活性金属层通过金属与邻苯二酚单元的螯合而连接。这种连接分子一方面通过邻苯二酚基团与生物活性金属发生螯合作用，另一方面通过dbco基团与多肽尾部的叠氮基团进行点击化学反应，两个过程都简单、高效。

14、在其中一些实施方式中，连接分子包括2～10个邻苯二酚单元，例如可以是2、3、4、5、6、7、8、9、10个邻苯二酚单元。连接分子通过2个以上的邻苯二酚基团的酚羟基与生物活性金属发生螯合，例如根据生物活性金属离子的不同，形成4配位或6配位的螯合。

15、在其中一些实施方式中，连接分子包括主链和支链，主链的至少一个端基为dbco基团，支链包括邻苯二酚单元。

16、在其中一些实施方式中，连接分子包括的重复单元，重复单元的数量是2个以上，例如可以是2～10个，如包括2、3、4、5、6、7、8、9、10个的重复单元。

17、在其中一些实施方式中，连接分子包括一端的的重复单元与另一端的dbco基团。

18、在其中一些实施方式中，连接分子的结构式为：

19、其中，n为2以上的正整数，x为1～5。

20、在其中一些实施方式中，连接分子的结构式为

21、

22、在其中一些实施方式中，多肽中第一功能肽段、酶切底物肽段和第二功能肽段分别独立包含3～20个氨基酸，例如可以是3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20个氨基酸，可选的，多肽中第一功能肽段、酶切底物肽段和第二功能肽段分别独立包含如4～10个氨基酸。

23、第一功能肽段和第二功能肽段选择长度较短的肽段更加有利于通过空间位阻等因素的影响使靠近生物活性金属层的功能肽段保持较低的反应活性而远离生物活性金属层的功能肽段的活性得以保留，从而主要发挥第二功能肽段的功能；而通过酶切过程将远离生物活性金属层的第二功能肽段逐步游离于复合材料后，第一功能肽段得以暴露进而发挥功能，进而更有效地发挥其与骨组织修复的时序进程的匹配度，促进骨修复，提高骨植入材料与骨组织的整合效果。

24、根据上述反应原理，酶切底物肽段所对应的酶可以是骨修复过程中待植入部位微环境中存在表达的任一种酶，例如可以是氧化-还原酶、移换酶、水解酶、裂合酶、异构酶、连接酶、转位酶中的任一种。

25、在其中一些实施方式中，酶切底物肽段包括水解酶的底物肽段。

26、在其中一些实施方式中，水解酶包括蛋白酶、磷酸酶中的至少一种。例如参与骨修复过程的基质金属蛋白酶、组织蛋白酶、碱性磷酸酶等。相应的酶切底物肽段包括基质金属蛋白酶底物肽、组织蛋白酶底物肽、碱性磷酸酶底物肽中的至少一种。

27、其中，基质金属蛋白酶(mmp)是存在于骨基质中的蛋白酶，因其需要ca、zn等金属离子作为辅助因子而得名。根据底物以及片段同源性，mmps至少可以分为5种类型，包括胶原酶、明胶酶、膜型金属蛋白酶、基质水解酶以及其他型。mmps能够促进细胞增殖、迁移和分化，并在血管生成、细胞凋亡和组织修复中发挥作用，因而在骨修复的对应阶段上述一种或多种mmp出现表达水平的升高，从而可以将酶切底物肽段酶切，使功能肽段出现时序性暴露以匹配骨修复的时序过程，起到更好的骨修复与骨整合效果。

28、虽然组织蛋白酶(cts)家族的大多数成员在溶酶体的低ph下被激活并停留于细胞器内，但也包括如组织蛋白酶k等例外情况，而这些组织蛋白酶主要在破骨细胞中表达，能够在骨吸收过程中通过破骨细胞的分泌于胞外发挥作用，利用其分解弹性蛋白、胶原蛋白和明胶的能力以分解骨骼和软骨，参与骨重塑和骨吸收。

29、作为骨形成的主要细胞，成骨细胞所分泌的细胞外基质蛋白也包括碱性磷酸酶(alp)。并且在间充质干细胞的成骨分化过程中，碱性磷酸酶的表达量也有显著增加。

30、所以，这些酶对应的底物肽可以作为多肽中所需的酶切底物肽段，从而通过微环境中存在的这些酶对底物肽段进行酶切，从而完成其中的时序性暴露。

31、在其中一些实施方式中，基质金属蛋白酶底物肽为基质金属蛋白酶-1、2、3、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20中至少一种的底物肽。

32、在其中一些实施方式中，酶切底物肽段为基质金属蛋白酶-2底物肽，其氨基酸序列包括gplg，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸，如酶切底物肽段包括gplgiagq、cggplgvrgk(参考acs appl.mater.interfaces 2016,8,1447-1457；theranostics 2012；2(2):190-197)。

33、在其中一些实施方式中，酶切底物肽段的氨基酸序列为gplg、gplgiagq或cggplgvrgk。

34、在其中一些实施方式中，酶切底物肽段为基质金属蛋白酶-9底物肽，其氨基酸序列包括gergppgpqgargfzgtpgl(z为羟脯氨酸)、plglwadr、gplgllgc、gplgmwsrkc、avrwllta(参考journal of controlled release 239(2016)39-48；biomacromolecules.201819(3):860-871；journal of controlled release 267(2017)181-190；mol pharm.2013 10(8):3164-3174；anal chem.2013 85(24):11893-11901)中的任一种，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸。

35、在其中一些实施方式中，酶切底物肽段的氨基酸序列为gergppgpqgargfzgtpgl(z为羟脯氨酸)、plglwadr、gplgllgc、gplgmwsrkc、avrwllta中的任一种。

36、在其中一些实施方式中，第一功能肽段和第二功能肽段分别选自炎症调控功能肽段、促血管生成功能肽段、促骨生成功能肽段、抗菌肽、抗氧化肽中的至少两种不同的肽段。

37、在其中一些实施方式中，第二功能肽段包括炎症调控功能肽段，第一功能肽段包括促血管生成功能肽段、促骨生成功能肽段中的至少一种。通过炎症调控功能肽段以及促血管(骨)生成功能肽段的设置，通过嵌入其中的酶切底物肽段的酶切实现时序性的炎症调控以及促血管生成和/或促骨生成，动态匹配骨修复的血肿和炎症期、骨痂形成期以及骨痂重塑期的先后过程，促进骨修复，提高骨整合。

38、在其中一些实施方式中，炎症调控功能肽段包括抗炎肽段。

39、在其中一些实施方式中，炎症调控功能肽段包括具有抗转谷氨酰胺酶2(tgase 2)活性和/或抗磷脂酶a2(pla2)活性的肽段。

40、在其中一些实施方式中，炎症调控功能肽段的氨基酸序列包括kvldgqdp，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸，如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个氨基酸，并保证其原有的炎症调控活性。

41、在其中一些实施方式中，炎症调控功能肽段的氨基酸序列为kvldgqdp。

42、在其中一些实施方式中，促血管生成功能肽段包括骨桥蛋白(opn)源性肽段。

43、在其中一些实施方式中，促血管生成功能肽段包括骨桥蛋白(opn)n端肽段。

44、在其中一些实施方式中，促血管生成功能肽段的氨基酸序列包括svvyglr，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸，如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个氨基酸，并保证其原有的促血管生成活性。

45、在其中一些实施方式中，促血管生成功能肽段的氨基酸序列为svvyglr。

46、在其中一些实施方式中，促骨生成功能肽段包括成骨生长肽(ogp)源性肽段。

47、在其中一些实施方式中，促骨生成功能肽段包括成骨生长肽(ogp)c端肽段。

48、在其中一些实施方式中，促骨生成功能肽段的氨基酸序列包括ygfgg，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸，如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个氨基酸，并保证其原有的促骨生成活性。

49、在其中一些实施方式中，促骨生成功能肽段的氨基酸序列包括ygfgg。

50、在其中一些实施方式中，多肽的氨基酸序列包括svvyglr-gplg-kvldgqdp，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸。

51、在其中一些实施方式中，多肽的氨基酸序列为svvyglr-gplg-kvldgqdp。

52、在其中一些实施方式中，多肽为n3-svvyglr-gplg-kvldgqdp。

53、在其中一些实施方式中，多肽的氨基酸序列包括ygfgg-gplg-kvldgqdp，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸。

54、在其中一些实施方式中，多肽的氨基酸序列包括ygfgg-gplg-kvldgqdp。

55、在其中一些实施方式中，多肽为n3-ygfgg-gplg-kvldgqdp。

56、在其中一些实施方式中，修饰于生物活性金属层上的多肽包括多种，分别具有相同或不同的第一功能肽段、相同或不同的酶切底物肽段、相同或不同的第二功能肽段。例如可以根据骨修复过程中酶在不同时序性过程作用强弱，选择不同的酶切底物肽段从而针对性暴露不同的功能肽段，或者通过多种多肽中不同的第一功能肽段或不同的第二功能肽段的组合从而在同一时间内暴露不同的功能肽段从而起多角度的骨修复作用。

57、在其中一些实施方式中，基材包括聚合物、陶瓷、金属、非金属纳米材料中的至少一种。可以理解的是，当基材为金属特别是含有前述生物活性金属时，可以无需再额外形成生物活性金属层。

58、在其中一些实施方式中，聚合物包括天然聚合物和合成聚合物。

59、在其中一些实施方式中，天然聚合物包括胶原、明胶、海藻酸盐、丝素蛋白、弹性蛋白、琼脂糖、几丁质、壳聚糖等其中至少一种。

60、在其中一些实施方式中，合成聚合物包括聚己内酯、聚乳酸、聚乙二醇、聚n-异丙基丙烯酰胺、聚四氟乙烯、膨体聚四氟乙烯、聚酰胺、尼龙、聚砜、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚氨酯、聚醚、聚醚酮、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃等其中至少一种。

61、在其中一些实施方式中，陶瓷包括磷酸盐生物陶瓷，如磷酸钙(如羟基磷灰石、β磷酸三钙)、磷酸镁等；硅酸盐陶瓷，如含镁硅酸盐、含钙硅酸盐等其中至少一种。

62、在其中一些实施方式中，金属包括不锈钢、钴及其合金、钛及其合金、镍及其合金、镁及其合金等其中至少一种。

63、在其中一些实施方式中，非金属纳米材料包括碳基纳米材料(如碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯)、黑磷、氮化硼、氮化碳等其中至少一种。

64、在其中一些实施方式中，基材的形状可以是块材、片材、板材等其中至少一种规则或不规则形状。

65、在其中一些实施方式中，基材可以是3d打印材料。

66、本技术的第二方面，提供一种复合材料的制备方法，包括以下步骤：

67、提供包含生物活性金属层的基材，以及多肽和连接分子，多肽包括顺序连接的第一功能肽段、酶切底物肽段和第二功能肽段，第一功能肽段含有叠氮基团，连接分子包括邻苯二酚单元与dbco基团；

68、通过生物活性金属与邻苯二酚单元的螯合将连接分子连接于生物活性金属层；

69、通过dbco基团与叠氮基团的点击反应将连接分子与第一功能肽段连接。

70、在其中一些实施方式中，通过等离子体浸没离子注入法将生物活性金属在基材的表面形成生物活性金属层。在另一些实施方式中，基材包括生物活性金属，例如是由含生物活性金属的原料所形成的生物活性金属材料，因而可以作为生物活性金属层而无需再通过等离子体浸没离子注入法形成额外的生物活性金属层。

71、在其中一些实施方式中，等离子体浸没离子注入法中，负偏压为10～30kv，注入脉宽为20～200μs，注入脉冲频率为50～1000hz，射频功率为100～1000w，注入时间为30～180分钟。

72、在其中一些实施方式中，生物活性金属与邻苯二酚单元的螯合包括将包含生物活性金属层的基材与连接分子的溶液混合孵育12～24小时。

73、在其中一些实施方式中，生物活性金属与邻苯二酚单元的螯合包括将表面形成生物活性金属层的基材与连接分子的溶液混合孵育12～24小时。

74、在其中一些实施方式中，基材与连接分子的溶液混合孵育的温度为0～10℃，例如是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10℃。

75、在其中一些实施方式中，连接分子的溶液中溶剂为水或缓冲液，例如可以是磷酸盐缓冲液，如pbs缓冲液等。

76、可以理解的是，通过螯合引入到基材上的连接分子的量可通过控制连接分子的溶液浓度和孵育时间等进行合理调整。

77、在其中一些实施方式中，dbco基团与叠氮基团的点击反应包括将表面螯合有连接分子的基材与多肽的溶液(分散液)混合孵育12～24小时。

78、在其中一些实施方式中，基材与多肽溶液混合孵育的温度为0～10℃，例如是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10℃。

79、在其中一些实施方式中，多肽溶液中溶剂为水或缓冲液，例如可以是磷酸盐缓冲液，如pbs缓冲液等。

80、可以理解的是，通过点击反应引入到基材上的多肽的量可通过控制多肽溶液的浓度和混合孵育时间等进行合理调整。

81、在其中一些实施方式中，生物活性金属层的金属元素包括mg、ta、sr、zn、zr、cu、co、gd、ga、fe中的至少一种。在其中一些实施方式中，生物活性金属层的金属元素包括mg、zn、fe中的至少一种。

82、在其中一些实施方式中，连接分子包括2～10个邻苯二酚单元，例如可以是2、3、4、5、6、7、8、9、10个邻苯二酚单元。

83、在其中一些实施方式中，连接分子包括主链和支链，主链的至少一个端基为dbco基团，支链包括邻苯二酚单元。

84、在其中一些实施方式中，连接分子包括的重复单元，重复单元的数量是2个以上，例如可以是2～10个，如包括2、3、4、5、6、7、8、9、10个的重复单元。

85、在其中一些实施方式中，连接分子包括一端的的重复单元与另一端的dbco基团。

86、在其中一些实施方式中，连接分子的结构式为：

87、其中，n为2以上的正整数，x为1～5。

88、在其中一些实施方式中，连接分子的结构式为

89、

90、在其中一些实施方式中，多肽中第一功能肽段、酶切底物肽段和第二功能肽段分别独立包含3～20个氨基酸，例如可以是3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20个氨基酸。

91、在其中一些实施方式中，酶切底物肽段所对应的酶可以是骨修复过程中待植入部位微环境中存在表达的任一种酶，例如可以是氧化-还原酶、移换酶、水解酶、裂合酶、异构酶、连接酶、转位酶中的任一种。

92、在其中一些实施方式中，酶切底物肽段包括水解酶的底物肽段。

93、在其中一些实施方式中，水解酶包括蛋白酶、磷酸酶中的至少一种。例如参与骨修复过程的基质金属蛋白酶、组织蛋白酶、碱性磷酸酶等。相应的酶切底物肽段包括基质金属蛋白酶底物肽、组织蛋白酶底物肽、碱性磷酸酶底物肽中的至少一种。

94、在其中一些实施方式中，基质金属蛋白酶家族底物肽为基质金属蛋白酶-1、2、3、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20中至少一种的底物肽。

95、在其中一些实施方式中，酶切底物肽段为基质金属蛋白酶-2底物肽，其氨基酸序列包括gplg，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸，如酶切底物肽段包括gplgiagq、cggplgvrgk。

96、在其中一些实施方式中，酶切底物肽段的氨基酸序列为gplg、gplgiagq或cggplgvrgk。

97、在其中一些实施方式中，酶切底物肽段为基质金属蛋白酶-9底物肽，其氨基酸序列包括gergppgpqgargfzgtpgl(z为羟脯氨酸)、plglwadr、gplgllgc、gplgmwsrkc、avrwllta中的任一种，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸。

98、在其中一些实施方式中，酶切底物肽段的氨基酸序列为gergppgpqgargfzgtpgl(z为羟脯氨酸)、plglwadr、gplgllgc、gplgmwsrkc、avrwllta中的任一种。

99、在其中一些实施方式中，第一功能肽段和第二功能肽段分别选自炎症调控功能肽段、促血管生成功能肽段、促骨生成功能肽段、抗菌肽、抗氧化肽中的至少两种不同的肽段。

100、在其中一些实施方式中，第二功能肽段包括炎症调控功能肽段，第一功能肽段包括促血管生成功能肽段、促骨生成功能肽段中的至少一种。

101、在其中一些实施方式中，炎症调控功能肽段包括抗炎肽段。

102、在其中一些实施方式中，炎症调控功能肽段包括具有抗转谷氨酰胺酶2(tgase 2)活性和/或抗磷脂酶a2(pla2)活性的肽段。

103、在其中一些实施方式中，炎症调控功能肽段的氨基酸序列包括kvldgqdp，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸，如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个氨基酸，并保证其原有的炎症调控活性。

104、在其中一些实施方式中，炎症调控功能肽段的氨基酸序列为kvldgqdp。

105、在其中一些实施方式中，促血管生成功能肽段包括骨桥蛋白(opn)源性肽段。

106、在其中一些实施方式中，促血管生成功能肽段包括骨桥蛋白(opn)n端肽段。

107、在其中一些实施方式中，促血管生成功能肽段的氨基酸序列包括svvyglr，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸，如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个氨基酸，并保证其原有的促血管生成活性。

108、在其中一些实施方式中，促血管生成功能肽段的氨基酸序列为svvyglr。

109、在其中一些实施方式中，促骨生成功能肽段包括成骨生长肽(ogp)源性肽段。

110、在其中一些实施方式中，促骨生成功能肽段包括成骨生长肽(ogp)c端肽段。

111、在其中一些实施方式中，促骨生成功能肽段的氨基酸序列包括ygfgg，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸，如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个氨基酸，并保证其原有的促骨生成活性。

112、在其中一些实施方式中，促骨生成功能肽段的氨基酸序列包括ygfgg。

113、在其中一些实施方式中，多肽的氨基酸序列包括svvyglr-gplg-kvldgqdp，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸。

114、在其中一些实施方式中，多肽的氨基酸序列为svvyglr-gplg-kvldgqdp。

115、在其中一些实施方式中，多肽为n3-svvyglr-gplg-kvldgqdp。

116、在其中一些实施方式中，多肽的氨基酸序列包括ygfgg-gplg-kvldgqdp，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸。

117、在其中一些实施方式中，多肽的氨基酸序列包括ygfgg-gplg-kvldgqdp。

118、在其中一些实施方式中，多肽为n3-ygfgg-gplg-kvldgqdp。

119、在其中一些实施方式中，修饰于生物活性金属层上的多肽包括多种，分别具有相同或不同的第一功能肽段、相同或不同的酶切底物肽段、相同或不同的第二功能肽段。

120、在其中一些实施方式中，基材包括聚合物、陶瓷、金属、非金属纳米材料中的至少一种。可以理解的是，当基材为金属特别是含有前述生物活性金属时，可以无需再额外形成生物活性金属层。其中，聚合物包括天然聚合物和合成聚合物。天然聚合物包括胶原、明胶、海藻酸盐、丝素蛋白、弹性蛋白、琼脂糖、几丁质、壳聚糖等其中至少一种。合成聚合物包括聚己内酯、聚乳酸、聚乙二醇、聚n-异丙基丙烯酰胺、聚四氟乙烯、膨体聚四氟乙烯、聚酰胺、尼龙、聚砜、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚氨酯、聚醚、聚醚酮、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃等其中至少一种。陶瓷包括磷酸盐生物陶瓷，如磷酸钙(如羟基磷灰石、β磷酸三钙)、磷酸镁等；硅酸盐陶瓷，如含镁硅酸盐、含钙硅酸盐等其中至少一种。金属包括不锈钢、钴及其合金、钛及其合金、镍及其合金、镁及其合金等其中至少一种。非金属纳米材料包括碳基纳米材料(如碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯)、黑磷、氮化硼、氮化碳等其中至少一种。

121、在其中一些实施方式中，基材的形状可以是块材、片材、板材等其中至少一种规则或不规则形状。在其中一些实施方式中，基材可以是3d打印材料。

122、本技术的第三方面，提供一种在基材上形成骨修复层的方法，包括以下步骤：

123、提供包含生物活性金属层的基材，以及多肽和连接分子，多肽包括顺序连接的第一功能肽段、酶切底物肽段和第二功能肽段，第一功能肽段含有叠氮基团，连接分子包括邻苯二酚单元与dbco基团；

124、通过生物活性金属与邻苯二酚单元的螯合将连接分子连接于生物活性金属层；

125、通过dbco基团与叠氮基团的点击反应将连接分子与第一功能肽段连接。

126、在其中一些实施方式中，通过等离子体浸没离子注入法将生物活性金属在基材的表面形成生物活性金属层。在另一些实施方式中，基材包括生物活性金属，例如是由含生物活性金属的原料所形成的生物活性金属材料，因而可以作为生物活性金属层而无需再通过等离子体浸没离子注入法形成额外的生物活性金属层。

127、在其中一些实施方式中，等离子体浸没离子注入法中，负偏压为10～30kv，注入脉宽为20～200μs，注入脉冲频率为50～1000hz，射频功率为100～1000w，注入时间为30～180分钟。

128、在其中一些实施方式中，生物活性金属与邻苯二酚单元的螯合包括将包含生物活性金属层的基材与连接分子的溶液混合孵育12～24小时。

129、在其中一些实施方式中，生物活性金属与邻苯二酚单元的螯合包括将表面形成生物活性金属层的基材与连接分子的溶液混合孵育12～24小时。

130、在其中一些实施方式中，基材与连接分子的溶液混合孵育的温度为0～10℃，例如是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10℃。

131、在其中一些实施方式中，连接分子的溶液中溶剂为水或缓冲液，例如可以是磷酸盐缓冲液，如pbs缓冲液等。

132、可以理解的是，通过螯合引入到基材上的连接分子的量可通过控制连接分子的溶液浓度和孵育时间等进行合理调整。

133、在其中一些实施方式中，dbco基团与叠氮基团的点击反应包括将表面螯合有连接分子的基材与多肽的溶液(分散液)混合孵育12～24小时。

134、在其中一些实施方式中，基材与多肽溶液混合孵育的温度为0～10℃，例如是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10℃。

135、在其中一些实施方式中，多肽溶液中溶剂为水或缓冲液，例如可以是磷酸盐缓冲液，如pbs缓冲液等。

136、可以理解的是，通过点击反应引入到基材上的多肽的量可通过控制多肽溶液的浓度和混合孵育时间等进行合理调整。

137、在其中一些实施方式中，生物活性金属层的金属元素包括mg、ta、sr、zn、zr、cu、co、gd、ga、fe中的至少一种。在其中一些实施方式中，生物活性金属层的金属元素包括mg、zn、fe中的至少一种。

138、在其中一些实施方式中，连接分子包括2～10个邻苯二酚单元，例如可以是2、3、4、5、6、7、8、9、10个邻苯二酚单元。

139、在其中一些实施方式中，连接分子包括主链和支链，主链的至少一个端基为dbco基团，支链包括邻苯二酚单元。

140、在其中一些实施方式中，连接分子包括的重复单元，重复单元的数量是2个以上，例如可以是2～10个，如包括2、3、4、5、6、7、8、9、10个的重复单元。

141、在其中一些实施方式中，连接分子包括一端的的重复单元与另一端的dbco基团。

142、在其中一些实施方式中，连接分子的结构式为：

143、其中，n为2以上的正整数，x为1～5。

144、在其中一些实施方式中，连接分子的结构式为

145、

146、在其中一些实施方式中，多肽中第一功能肽段、酶切底物肽段和第二功能肽段分别独立包含3～20个氨基酸，例如可以是3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20个氨基酸。

147、在其中一些实施方式中，酶切底物肽段所对应的酶可以是骨修复过程中待植入部位微环境中存在表达的任一种酶，例如可以是氧化-还原酶、移换酶、水解酶、裂合酶、异构酶、连接酶、转位酶中的任一种。

148、在其中一些实施方式中，酶切底物肽段包括水解酶的底物肽段。

149、在其中一些实施方式中，水解酶包括蛋白酶、磷酸酶中的至少一种。例如参与骨修复过程的基质金属蛋白酶、组织蛋白酶、碱性磷酸酶等。相应的酶切底物肽段包括基质金属蛋白酶底物肽、组织蛋白酶底物肽、碱性磷酸酶底物肽中的至少一种。

150、在其中一些实施方式中，基质金属蛋白酶家族底物肽为基质金属蛋白酶-1、2、3、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20中至少一种的底物肽。

151、在其中一些实施方式中，酶切底物肽段为基质金属蛋白酶-2底物肽，其氨基酸序列包括gplg，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸，如酶切底物肽段包括gplgiagq、cggplgvrgk。

152、在其中一些实施方式中，酶切底物肽段的氨基酸序列为gplg、gplgiagq或cggplgvrgk。

153、在其中一些实施方式中，酶切底物肽段为基质金属蛋白酶-9底物肽，其氨基酸序列包括gergppgpqgargfzgtpgl(z为羟脯氨酸)、plglwadr、gplgllgc、gplgmwsrkc、avrwllta中的任一种，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸。

154、在其中一些实施方式中，酶切底物肽段的氨基酸序列为gergppgpqgargfzgtpgl(z为羟脯氨酸)、plglwadr、gplgllgc、gplgmwsrkc、avrwllta中的任一种。

155、在其中一些实施方式中，第一功能肽段和第二功能肽段分别选自炎症调控功能肽段、促血管生成功能肽段、促骨生成功能肽段、抗菌肽、抗氧化肽中的至少两种不同的肽段。

156、在其中一些实施方式中，第二功能肽段包括炎症调控功能肽段，第一功能肽段包括促血管生成功能肽段、促骨生成功能肽段中的至少一种。

157、在其中一些实施方式中，炎症调控功能肽段包括抗炎肽段。

158、在其中一些实施方式中，炎症调控功能肽段包括具有抗转谷氨酰胺酶2(tgase 2)活性和/或抗磷脂酶a2(pla2)活性的肽段。

159、在其中一些实施方式中，炎症调控功能肽段的氨基酸序列包括kvldgqdp，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸，如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个氨基酸，并保证其原有的炎症调控活性。

160、在其中一些实施方式中，炎症调控功能肽段的氨基酸序列为kvldgqdp。

161、在其中一些实施方式中，促血管生成功能肽段包括骨桥蛋白(opn)源性肽段。

162、在其中一些实施方式中，促血管生成功能肽段包括骨桥蛋白(opn)n端肽段。

163、在其中一些实施方式中，促血管生成功能肽段的氨基酸序列包括svvyglr，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸，如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个氨基酸，并保证其原有的促血管生成活性。

164、在其中一些实施方式中，促血管生成功能肽段的氨基酸序列为svvyglr。

165、在其中一些实施方式中，促骨生成功能肽段包括成骨生长肽(ogp)源性肽段。

166、在其中一些实施方式中，促骨生成功能肽段包括成骨生长肽(ogp)c端肽段。

167、在其中一些实施方式中，促骨生成功能肽段的氨基酸序列包括ygfgg，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸，如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个氨基酸，并保证其原有的促骨生成活性。

168、在其中一些实施方式中，促骨生成功能肽段的氨基酸序列包括ygfgg。

169、在其中一些实施方式中，多肽的氨基酸序列包括svvyglr-gplg-kvldgqdp，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸。

170、在其中一些实施方式中，多肽的氨基酸序列为svvyglr-gplg-kvldgqdp。

171、在其中一些实施方式中，多肽为n3-svvyglr-gplg-kvldgqdp。

172、在其中一些实施方式中，多肽的氨基酸序列包括ygfgg-gplg-kvldgqdp，例如可以在n端和/或c端还包括1～10个氨基酸。

173、在其中一些实施方式中，多肽的氨基酸序列包括ygfgg-gplg-kvldgqdp。

174、在其中一些实施方式中，多肽为n3-ygfgg-gplg-kvldgqdp。

175、在其中一些实施方式中，修饰于生物活性金属层上的多肽包括多种，分别具有相同或不同的第一功能肽段、相同或不同的酶切底物肽段、相同或不同的第二功能肽段。

176、在其中一些实施方式中，基材包括聚合物、陶瓷、金属、非金属纳米材料中的至少一种。可以理解的是，当基材为金属特别是含有前述生物活性金属时，可以无需再额外形成生物活性金属层。其中，聚合物包括天然聚合物和合成聚合物。天然聚合物包括胶原、明胶、海藻酸盐、丝素蛋白、弹性蛋白、琼脂糖、几丁质、壳聚糖等其中至少一种。合成聚合物包括聚己内酯、聚乳酸、聚乙二醇、聚n-异丙基丙烯酰胺、聚四氟乙烯、膨体聚四氟乙烯、聚酰胺、尼龙、聚砜、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚氨酯、聚醚、聚醚酮、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃等其中至少一种。陶瓷包括磷酸盐生物陶瓷，如磷酸钙(如羟基磷灰石、β磷酸三钙)、磷酸镁等；硅酸盐陶瓷，如含镁硅酸盐、含钙硅酸盐等其中至少一种。金属包括不锈钢、钴及其合金、钛及其合金、镍及其合金、镁及其合金等其中至少一种。非金属纳米材料包括碳基纳米材料(如碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯)、黑磷、氮化硼、氮化碳等其中至少一种。

177、在其中一些实施方式中，基材的形状可以是块材、片材、板材等其中至少一种规则或不规则形状。在其中一些实施方式中，基材可以是3d打印材料。

178、本技术的第四方面，提供一种医疗用品，该医疗用品包括前述的复合材料，或前述的制备方法制得的复合材料，或通过前述的方法形成有骨修复层的基材。

179、在其中一些实施方式中，医疗用品包括植入式医疗器械。

180、本技术的第五方面，提供前述的复合材料，或前述的制备方法制得的复合材料，或通过前述的方法形成有骨修复层的基材在制备医疗用品中的应用。

181、在本技术中，所修饰的多肽为双功能多肽链段，且具有生物响应性；功能多肽的时序性暴露调控对应修复阶段的效应细胞，进而匹配骨组织修复的各个阶段，促进骨修复和骨整合；双功能多肽选择灵活度高，可根据修复目的和组织修复需求进行针对性设计；金属等离子体浸没离子注入技术简单、高效且重复性高，对成型材料的组分、形状等无限制，多价金属种类选择范围广；合成的连接分子一方面邻苯二酚基团与生物活性金属发生螯合作用，另一方面其dbco端基与多肽尾部叠氮基团进行点击化学反应，两个过程都简单、高效；本技术的过程中所涉及的技术都具有简便、高效、重复性高的显著优点，保障了其后续批量及工业化生产。

182、本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。