[发明专利]一种基于仿生矿化钙磷纳米颗粒微图案化的人工仿生骨膜及其制备方法

说明书

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种基于仿生矿化钙磷纳米颗粒微图案化的人工仿生骨膜及其制备方法。所述人工仿生骨膜通过如下方法制备：首先在惰性基底表面制备微图案化的仿生矿化钙磷纳米颗粒层，然后在微图案化的仿生矿化钙磷纳米颗粒层上交联固化高分子有机物，最后脱除惰性基底，即得到基于仿生矿化钙磷纳米颗粒微图案化的人工仿生骨膜。本发明所述人工仿生骨膜，不仅从材料成分上模拟天然骨的组成，更从在结构上实现了微纳尺度上的高度仿生，从纳米尺度上模拟矿化骨胶原的自组装，从微米尺寸上模拟天然骨组织材料的有序结构，可以调控骨髓间充质干细胞的分布，使细胞高效限定在钙磷颗粒微图案表面并实现高度有序取向排列。

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种基于仿生矿化钙磷纳米颗粒微图案化的人工仿生骨膜及其制备方法。

背景技术

骨缺损是临床治疗常见的棘手病症，每年都有数以万计的病例由于遗传、肿瘤、创伤、感染等原因而导致缺损需要进行骨修复治疗。对于骨组织修复材料的构建，不但要满足与天然骨组织力学性能的匹配性，还要能确保植入体内的组织工程材料能长期稳固并行使骨修复能力。因此，运用再生医学、组织工程和微纳制造的基本原理设计新型人工合成材料，从而更好地行使再生、修复并重建骨缺损的功能，并表现更优异的骨诱导性和骨整合能力，是骨缺损修复的新方法和发展趋势。

天然骨是一种由模板蛋白分子介导钙磷矿物沉积，进而组装成一种多层级的生物矿化复合物，具有独特的组织结构和完美的性能。在超微纳尺寸上，两种不同形态的骨-松质骨和密质骨均是由矿化胶原以纤维束的形式，逐层平行排列或同心圆排列等形式呈现。为了实现纳米骨修复材料与生物体的匹配性，材料的设计不但要从成分组成上接近天然骨，还要从微纳结构上模拟天然骨的层级有序排列，从而实现植入生物材料的高度仿生。因此，构建具有仿生微图案有序结构的纳米骨材料，是骨组织工程研究和临床应用的新策略，也是对现有纳米骨修复材料仅仅是单一骨的组分模拟研究进行了补充，更使得图案结构实现了从二维平面到三维支架的突破。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种基于仿生矿化钙磷纳米颗粒微图案化的人工仿生骨膜及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于仿生矿化钙磷纳米颗粒微图案化的人工仿生骨膜，其特征在于，所述人工仿生骨膜包括微图案化的仿生矿化钙磷纳米颗粒层以及在微图案化的仿生矿化钙磷纳米颗粒层上交联固化的高分子有机物。

上述方案中，所述微图案为直条纹、环状条纹和网状条纹中的一种。

上述方案中，所述微图案化仿生矿化钙磷纳米颗粒层，其原料组分中，除了仿生矿化钙磷纳米颗粒，还可以包括有利于细胞粘附的高分子、促成骨生长相关的生长因子、和/或抗炎症药物。

上述方案中，所述高分子有机物为胶原蛋白、明胶、壳聚糖、透明质酸、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸/乙醇酸(PLGA)、聚氨酯(PU)和聚碳酸酯(PC)中的一种。

上述方案中，所述惰性基底为玻片、硅片、石英片和PDMS胶中的一种。

上述基于仿生矿化钙磷纳米颗粒微图案化的人工仿生骨膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)微图案化的仿生矿化钙磷纳米颗粒层的制备：

以蛋白质、多糖或合成分子为矿化模板，加入钙、磷盐后，仿生矿化共沉积、自组装制备得到仿生矿化钙磷纳米颗粒；将仿生矿化钙磷纳米颗粒分散于水中配置成仿生矿化钙磷纳米颗粒水悬液；通过负光刻胶光刻在硅片上制备微图案阵列，通过PDMS胶倒模成二级印章，随后再用琼脂糖倒模形成可亲水的、软性的琼脂糖微图案印章；在琼脂糖微图案印章表面滴加或涂覆仿生矿化钙磷纳米颗粒水悬液，形成均匀的薄层并晾半干后，采用微接触法影印在惰性基底表面，揭除琼脂糖凝胶后得到微图案化的仿生矿化钙磷纳米颗粒层；或