[发明专利]具有释氧能力的组织修复材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种具有释氧能力的组织修复材料及其制备方法和应用，包括释氧颗粒和有机高分子；释氧颗粒包括共轭结合的上转换纳米颗粒和光合细菌。通过如下方法制备：首先制备上转换纳米粒子，将其进行表面改性后，结合在光合细菌表面形成生物共轭体，最终通过生物大分子对其进行装载，制备得到组织修复材料。该组织修复材料，在红外光照射下具有原位释放氧气的功能，进而发挥促进早期组织修复的作用，解决了常规化学释氧不可控及具有生物毒性的不足，是一种能高效促进组织修复的多孔组织工程支架材料，具有广阔的临床应用前景。

技术领域

本发明涉及生物医用材料技术领域，具体来说，涉及一种具有释氧能力的组织修复材料及其制备方法和应用，尤其是一种通过上转换纳米颗粒和光合细菌协同作用实现生物释氧的组织修复材料及其制备方法和该组织修复材料在骨/软骨缺损的修复与再生中的应用。

背景技术

骨/软骨缺损的的修复与再生一直是临床上的重大难题。虽然骨组织具有一定的再生能力，但大体积的骨缺损无法实现自我修复，仍然需要骨修复材料的植入。全世界每年需要进行骨移植手术的病例高达数百万，由此而产生的植入材料的临床需求缺口极大。因此，运用再生医学与组织工程的原理，设计和制备一种具有高效成骨活性的新型组织工程支架(scaffold)，有望缓解目前临床植骨材料紧缺的局面，是目前组织工程、材料科学和再生医学领域的一个重要的研究方向。

为满足临床应用需求，长期以来人们对各种组织工程用无机钙磷材料、有机高分子材料、金属材料及其复合或杂化材料等进行了广泛研究。然而，由于这些人工骨替代材料中没有血管结构，在骨组织修复早期，组织细胞再生所需的氧气和营养的传输只能通过体液的简单扩散运达。因此，接种在骨替代材料上的细胞往往由于血液供应不足、不能获得足够的氧气，使募集的细胞生长缓慢甚至死亡，最终导致修复效果不足或失败。生理水平的高氧分压是支持成骨细胞生长的关键，骨形成依赖于丰富氧分压的血管供应。近年来，氧张力和缺氧对骨功能的影响已成为一个重要的研究热点。

氧气作为再生与修复过程中的一个关键因子，目前还鲜见氧气治疗应用于骨组织工程领域的报道。目前的供氧材料主要是通过化学反应原位释放氧气。例如，含氟化合物或过氧化物常常被加载到聚合物薄膜、电纺纤维、多孔支架和水凝胶中以实现氧气的释放，这种系统可能有利于受损或病变的组织再生。然而，这些材料仍有一些局限性，例如反应体系具有生物毒性；释氧速度不可调等。

光合细菌是一种很好的氧气供体，其作为一种能进行光合作用的原核细菌，其生物安全性已得到验证。然而，将光合细菌做为一种生物材料植入到体内用于组织缺损修复时，由于其叶绿素可吸收利用的红光穿透能力有限，导致光合细菌的光合效率显著下降。因此为了有效解决组织修复，尤其是骨缺损修复重建治疗中氧供给不足的难题，需要开发一种新的具有释氧能力的组织修复材料。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提供了一种具有释氧能力的组织修复材料及其制备方法和应用，该组织修复材料通过上转换纳米颗粒与光合细菌系统作用有效解决体内植入材料释氧能力低下的问题，能够用于促进组织缺损的快速修复。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供一种具有释氧能力的组织修复材料，包括释氧颗粒和装载释氧颗粒的有机高分子；所述释氧颗粒包括通过共轭结合的上转换纳米颗粒和光合细菌。

进一步地，所述有机高分子包括明胶、胶原、壳聚糖、细菌纤维素、透明质酸或其组合。

进一步地，所述释氧颗粒中，上转换纳米颗粒和光合细菌的化学计量比为10～500∶1。优选地，所述释氧颗粒中，上转换纳米颗粒和光合细菌的化学计量比为100～200∶1。

进一步地，所述释氧颗粒通过如下方式制备而成：a)将油酸包覆的上转换纳米颗粒经生物素化得到生物素化上转化纳米颗粒；b)将光合细菌通过改性后与亲和素孵育得到亲和素标记的光合细菌；c)将生物素化上转换纳米颗粒与亲和素标记的光合细菌混合后共轭反应结合得到释氧颗粒。