一种具有多孔结构的压电改性胶原海绵的制备方法与流程

本发明属于骨缺损修复，具体涉及一种具有多孔结构的压电改性胶原海绵的制备方法。

背景技术：

1、创伤、感染、肿瘤等导致的骨缺损一直是临床医生治疗的难题。传统的自体骨、异体骨植骨材料存在来源有限，免疫排斥的问题，开发一种具有高诱导活性的骨修复材料是目前研发的重点。

2、骨组织中的胶原和蛋白多糖具有天然的压电效应，在应力的作用下产生压电信号，但其压电系数较低，在生物材料中，甘氨酸等氨基酸晶体表现出高剪切压电性和超高的压电电压系数。多孔结构会极大程度影响骨修复材料的骨诱导性。理想的孔径大小不仅利于细胞间物质运输和交换，为成骨细胞的增殖迁移和血管神经长入提供优越的环境，而且具有足够的强度承受骨长入的应力；孔隙率是材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比，植入物的孔隙率可影响物质在不同孔隙间的自由移动能力和交换能力，进而影响材料的骨生长水平。原则上多孔植入物的孔隙率越接近人体松质骨孔隙率（75-85%），则越有利于骨生长。孔隙率过高，会降低植入物的抗压性能及强度，难以承受骨的应力，导致使用寿命缩短；孔隙率过低，则阻碍细胞的物质交换，影响成骨能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有多孔结构的压电改性胶原海绵的制备方法。

2、一种具有多孔结构的压电改性胶原海绵的制备方法，按照如下步骤进行：

3、（1）取新鲜牛骨，去除软组织，将皮质骨切成小块，高压水枪冲洗去除血液及骨髓残留，脱脂、脱细胞；

4、（2）采用研磨仪将步骤（1）处理好的牛骨研磨成80-120目粒径的骨粉颗粒，低浓度naoh去除非胶原杂质，低浓度盐酸和苹果酸动态脱钙；

5、（3）将步骤（2）脱钙处理好的骨粉颗粒调节ph至0.8-1.5，加入胃蛋白酶，室温摇床2-5d提取胶原；

6、（4）将步骤（3）处理好的骨粉颗粒离心，取上清，调节ph至中性，盐析18-30h，乙酸、去离子水先后透析过夜，透析结束后沉淀物采用冷冻干燥机冻干，获得骨胶原蛋白；

7、（5）将骨胶原蛋白溶于0.01mol/l-0.05mol/l盐酸，-4℃溶解得到骨胶原蛋白凝胶；将甘氨酸粉溶于去离子水中，在60℃下搅拌2-4 h，得到甘氨酸溶液，在室温下，将甘氨酸溶液置于有机薄膜打印机的小注射器中，喷涂在骨胶原蛋白表面，混匀后得到压电改性的骨胶原；

8、压电改性的骨胶原含有β-甘氨酸纳米结晶，β-甘氨酸纳米结晶是通过电流体喷雾沉积技术喷涂到骨胶原表面制备的，并且通过氢键相互作用力连接到骨胶原表面；在喷雾过程中，在喷嘴尖端和导电支撑之间施加电场，以克服甘氨酸水溶液的表面张力，产生大量的纳米液滴；随着纳米液滴的迅速蒸发和越来越大的表面积与体积比，通过纳米限域效应，甘氨酸成核结晶为β晶相并通过氢键接枝到骨胶原表面，补齐了胶原本身具有的弱压电性能的短板，大幅度提升了压电作用效果并可在较小作用力下产生压电效应；

9、（6）将步骤（5）制备的压电改性的骨胶原压制成型，放入-20℃的恒温冰箱中过夜保存，18-30h后将得到的凝固体在冷冻干燥机干燥4-6h，制得压电改性胶原海绵。

10、步骤（1）所述小块的大小为0.5cm*0.5cm*0.5cm。

11、步骤（1）所述脱脂、脱细胞是采用质量浓度5%tritonx-100、1.5%h2o2的溶液浸没，搅拌10-30min。

12、步骤（2）所述低浓度naoh的质量浓度为0.3-0.7%，所述低浓度盐酸的摩尔浓度为0.05-0.15mol/l，所述低浓度苹果酸的摩尔浓度为0.05-0.15mol/l。

13、步骤（3）所述调节ph采用1mol/l的乙酸。

14、步骤（3）所述胃蛋白酶的加入量为骨粉颗粒质量的5-10%。

15、步骤（5）所述甘氨酸溶液中甘氨酸的质量浓度为8-12%。

16、步骤（5）所述甘氨酸溶液的喷涂量为骨胶原蛋白重量的10-15%。

17、本发明的有益效果：本发明通过β-甘氨酸纳米结晶对胶原蛋白进行改性，采用冷冻干燥法将压电改性胶原凝胶制备成多孔压电改性海绵支架，在外界施加机械刺激，以海绵支架为媒介，建立内源电场，并探究海绵支架孔隙率对压电效应的影响，能够大幅度提高骨缺损修复效果。

技术特征：

1.一种具有多孔结构的压电改性胶原海绵的制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行：

2.根据权利要求1所述具有多孔结构的压电改性胶原海绵的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述小块的大小为0.5cm*0.5cm*0.5cm。

3.根据权利要求1所述具有多孔结构的压电改性胶原海绵的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述脱脂、脱细胞是采用质量浓度5%tritonx-100、1.5%h2o2的溶液浸没，搅拌10-30min。

4.根据权利要求1所述具有多孔结构的压电改性胶原海绵的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述低浓度naoh的质量浓度为0.3-0.7%，所述低浓度盐酸的摩尔浓度为0.05-0.15mol/l，所述低浓度苹果酸的摩尔浓度为0.05-0.15mol/l。

5.根据权利要求1所述具有多孔结构的压电改性胶原海绵的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述调节ph采用1mol/l的乙酸。

6.根据权利要求1所述具有多孔结构的压电改性胶原海绵的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述胃蛋白酶的加入量为骨粉颗粒质量的5-10%。

7.根据权利要求1所述具有多孔结构的压电改性胶原海绵的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述甘氨酸溶液中甘氨酸的质量浓度为8-12%。

8.根据权利要求1所述具有多孔结构的压电改性胶原海绵的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述甘氨酸溶液的喷涂量为骨胶原蛋白重量的10-15%。

技术总结
本发明公开了一种具有多孔结构的压电改性胶原海绵的制备方法。以新鲜牛骨为原料，提取骨胶原，通过协同的纳米限域技术来制备高性能压电甘氨酸薄膜，通过氢键连接在骨胶原侧链，构建高压电性改性骨胶原，制备多孔压电改性海绵支架。本发明通过β‑甘氨酸纳米结晶对骨胶原蛋白进行改性，采用冷冻干燥法制备多孔压电改性海绵支架，在外界施加机械刺激，以海绵支架为媒介，建立内源电场，并探究压电改性对于海绵支架压电效应的影响，能够大幅度提高骨缺损修复效果。

技术研发人员：赵彦涛,李晨,郭雅楠,赵子腾,焦振瑞,张涛,侯树勋
受保护的技术使用者：中国人民解放军总医院第四医学中心
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12