一种介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合材料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 支架材料在骨组织工程中起着极其重要的作用，其不仅具有连接和支持细胞的重 要作用，而且调控着细胞的形态、特异性黏附、增殖及定向分化等生物学行为，还决定着组 织工程化骨移植后的修复质量和远期效果，因而支架材料研宄也是目前骨组织工程研宄最 为活跃的领域。
[0003] -般使用的支架材料分为天然材料和合成材料两大类。天然材料中以牛松质骨载 体为代表；在人工合成的无机材料方面，最常见的无机材料包括：羟基磷灰石、磷酸三钙、 生物活性玻璃等。单一类型材料一般难以满足骨组织工程用细胞外支架材料的要求，如天 然材料通常机械强度欠佳、亲水性或促细胞增殖能力欠佳；而无机材料如羟基磷灰石虽然 强度和组织相容性较好，但无骨诱导活性，并且目前的工艺难以制作成均匀的孔隙和达到 相应的孔隙率，磷酸三钙的组织相容性很好，但强度较差，质脆、易断裂，在体内易于松散并 降解粉化，孔隙难以维持。故通过一定的方法将由两种或两种以上的不同材料通过各种方 式相结合形成，或者由生物材料与生长因子复合而成，研发一种更接近机体自身组织生物 学特性的复合多孔支架材料是亟待解决的问题。
[0004] 作为一种介孔材料，介孔硅酸钙镁具有高比表面积、高孔容和有序的介孔孔道等 特性，并且，其还能与骨直接结合，是一种具有良好生物活性的骨修复材料。然而，介孔硅酸 钙镁也具有介孔材料所共有的一些缺陷，例如力学强度低、抗弯曲和冲击性能差，因而，其 不能满足高负荷人工骨的要求。此外，现有技术中的介孔硅酸钙镁的复合材料用于骨组织 修复的较少，且降解速率过慢，生物相容性都不是很理想。
[0005] 小麦蛋白由于氨基酸组成比较齐全，是物美价廉的纯天然植物性蛋白源，它有许 多优秀的特性，如可降解、无污染：韧性较强、弹性较大；具有良好的成膜特性等等。但是， 由于小麦蛋白自身独特的氨基酸组成，含有较多的疏水性氨基酸和不带电荷的氨基酸，分 子内疏水作用区域较大，溶解度较低，性能对环境的敏感性很强，因此在应用上有很多局限 性，如现有含小麦蛋白的复合材料则存在降解过快，降解产物使体系偏酸性等问题。
[0006] 针对上述问题，研发一种力学强度高且具有一定的韧性、具有多级孔径结构、生物 活性好、能够可持续降解的、可应用于制备骨修复材料的复合材料是亟待解决的问题。
【发明内容】
[0007] 本发明克服了现有技术中单一类型材料一般难以满足骨组织工程用细胞外支架 材料的要求，以及现有的含介孔硅酸钙镁的复合材料用于骨组织修复的较少，且降解速率 过慢、生物相容性差，以及现有的含有小麦蛋白的复合材料降解速度过快，降解产物使体系 偏酸性的缺陷，提供了一种介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合材料及其制备方法和应用。本发 明的制备方法操作较为简单，重复性和稳定性较高；制备的介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合 材料有多级孔径结构，既有均匀分布的大孔结构，又有规则有序的介孔孔道；具有大比表面 积、良好的力学性能；植入体内能够与骨组织形成活性界面，具有良好的生物活性，为细胞 提供良好的生长环境；在Tris-HCl和PBS缓冲液中均可持续降解；调控组织细胞再生，使 骨组织成功地被修复。该复合材料在骨组织工程领域有潜在的应用前景。
[0008] 本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。
[0009] 本发明提供了一种介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合材料的制备方法，其包括下述步 骤：
[0010] (1)将介孔硅酸钙镁、小麦蛋白和致孔剂的混合物与溶剂A混合均匀，得料浆；
[0011] 其中，所述介孔硅酸钙镁与所述小麦蛋白的质量比为（2 :7)~（2 :9)，所述致孔 剂的粒径为450~500 μm，所述致孔剂的用量为相对于介孔硅酸钙镁和小麦蛋白总质量的 400~1200%，所述溶剂A为能够溶解所述小麦蛋白，同时不溶解所述介孔硅酸钙镁和所述 致孔剂的溶剂；
[0012] (2)将步骤（1)所得浆料挤压成型，得前体；其中，所述挤压成型的压力为L 5~ 3MPa，所述挤压成型的保压时间为1~3分钟；
[0013] (3)将步骤⑵所得前体于溶剂B中浸泡去除致孔剂，冷冻干燥，即可；其中，所述 溶剂B为能溶解所述致孔剂，同时不溶解所述小麦蛋白和所述介孔硅酸钙镁的溶剂。
[0014] 本发明中，步骤（1)中，所述的介孔硅酸钙镁为本领域内常规的介孔硅酸钙镁。本 发明中，所述介孔硅酸钙镁较佳地由下述制备方法制得：（1)将2~6g的三嵌段共聚物P 123 溶于100~150mL 1~2M盐酸与20~30mL去离子水的混合溶液中至澄清；（2)将8~ IOmL的正娃酸乙酯TE0S，4~6g六水硝酸镁和4~6g四水硝酸妈加入素数混合溶液并在 50°C下强烈搅拌4~6小时反应形成稳定透明的溶胶；（3)将步骤（2)所得溶胶置于30~ 40°C恒温振荡箱中老化、干燥，在以1~2°C /min升温速度加热至500~700°C条件下保温 煅烧5~7小时，即可。该制备方法制得的介孔硅酸钙镁呈现无定型态，为非晶相材料，组 成比例符合CaMg (SO3) 2，比表面积约为1017m2/g，孔容约为1.0 cmVg和孔径约为7纳米的高 度有序的六角孔道。
[0015] 本发明中，步骤（1)中，所述的小麦蛋白为本领域常规使用的小麦蛋白。
[0016] 本发明中，步骤（1)中，所述溶剂A较佳地为醇类溶剂，更佳地为无水乙醇。
[0017] 本发明中，步骤（1)中，所述致孔剂可为本领域常规使用的致孔剂，只要不溶解于 步骤（1)所述溶剂A即可，较佳地为氯化钠。
[0018] 本发明中，步骤（1)中，所述致孔剂的用量较佳地为相对于介孔硅酸钙镁和小麦 蛋白总质量的800~1000%，更佳地为800%。
[0019] 本发明中，步骤（1)中，所述介孔硅酸钙镁与所述小麦蛋白的质量比较佳地为2 : 8〇
[0020] 本发明中，步骤（1)中，所述溶剂A的用量为本领域内常规，一般为能够完全溶解 所述小麦蛋白即可。
[0021] 本发明中，步骤（2)中，所述挤压成型的方法和条件均为本领域内常规的方法和 条件。所述挤压成型较佳地在压片机中进行。所述挤压成型的压力较佳地为2MPa。所述挤 压成型的保压时间较佳地为1分钟。所述挤压成型的模具较佳地为不锈钢模具。按照本领 域常识，所述的不锈钢模具的规格大小可根据实际需要进行调整。
[0022] 本发明中，步骤（3)中，所述溶剂B较佳地为水，更佳地为去离子水。
[0023] 本发明中，步骤（3)中，所述浸泡去除致孔剂的方法和条件可为本领域常规的方 法和条件。所述浸泡的时间较佳地为22~26小时，更佳地为24小时。所述浸泡的温度为 室温，一般为18~28°C。按本领域常识，在所述的浸泡去除致孔剂的过程中，每间隔一段时 间更换一下溶剂B，间隔时间较佳地为3~4小时。
[0024] 本发明中，步骤（3)中，所述冷冻干燥前，较佳地还进行下述处理：采用滤纸将前 体表面的溶剂B吸干后，至于培养皿中，覆上膜并在膜上留出气孔，即可。
[0025] 本发明中，步骤（3)中，所述冷冻干燥的方法和条件可为本领域常规的方法和条 件，所述冷冻干燥较佳地在冷冻机中进行，所述冷冻干燥的时间较佳地为22~26小时，更 佳地为24小时。所述冷冻干燥的温度较佳地为-35°C~_45°C，更佳地为_40°C。
[0026] 本发明还提供了一种由上述制备方法制得的介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合材料。
[0027] 本发明还提供了一种所述的介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合材料在制备骨修复材 料中的应用。
[0028] 在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实 例。
[0029] 本发明所用试剂和原料均市售可得。
[0030] 本发明的积极进步效果在于：
[0031] 1、本发明的制备方法操作较为简单，重复性和稳定性较高。
[0032] 2、本发明的多孔复合支架材料易成形，具有一定的硬度和韧性，物理性能良好；有 多级孔径结构，既有均匀分布的大孔结构，又有规则有序的介孔孔道；具有大比表面积、良 好的力学性能；植入体内能够与骨组织形成活性界面，具有良好的生物活性，为细胞提供良 好的生长环境；在Tris-HCl和PBS缓冲液中均可持续降解；调控组织细胞再生，使骨组织 成功