一种骨诱导材料及其制备方法技术

本发明专利技术适用于生物材料领域，提供了一种骨诱导材料及其制备方法，本发明专利技术利用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管，二氧化钛纳米管经热处理后在真空条件下吸附骨诱导因子，利用层层自组装的方式在吸附骨诱导因子的二氧化钛纳米管表面组装含有壳聚糖、脱氧核糖核酸和骨形态发生蛋白‑2的多层膜结构，多层膜结构通过静电吸附作用组装在二氧化钛纳米管的表面，多层膜结构在使用过程中会逐渐降解，在未完全降解之前，多层膜结构对骨诱导因子有缓释作用，随着多层膜结构降解，二氧化钛纳米管和多层膜结构中的成分会协同刺激间充质干细胞的成骨分化。此外，多层膜结构还能够促进细胞的增殖以及成骨相关基因的表达，促进干细胞的成骨分化。

【技术实现步骤摘要】
一种骨诱导材料及其制备方法
本专利技术属于生物材料领域，尤其涉及一种骨诱导材料及其制备方法。
技术介绍
由于创伤、炎症、肿瘤等导致的骨缺损、骨坏死、骨折等给患者造成了极大的痛苦和不便。骨组织有再生功能，但其只能在缺损面积较小的情况下发生。自体骨移植取材方便简单，不会引起排异反应，但毕竟来源有限，病人还要经历二次痛苦。异体骨来源广泛，但会存在免疫排异等问题。因此，骨组织再生修复材料的研究是生物医学领域关注的重要课题。骨修复材料主要包括无机非金属材料、高分子材料和金属材料三大类。细胞和组织的生长受到多种因子的调控，与骨再生有关的因子包括骨形态发生蛋白、胰岛素样生长因子、成纤维细胞生长因子以及一些促炎和抗炎的因子等。骨形态发生蛋白是在动物骨基质中被发现的一类骨诱导活性蛋白，它包括多种相关蛋白，但常用于骨形成相关研究的蛋白中，骨形态发生蛋白-2最为常见。将骨形态发生蛋白-2用于动物实验后发现，骨形态发生蛋白-2可以诱导骨组织周围的成纤维细胞和软骨细胞分化成成骨细胞，成纤维细胞生长因子广泛存在于脑、骨、角质细胞等组织和细胞中，可以诱导成骨并能促进血管形成，碱性成纤维细胞因子对骨髓间充质干细胞的增殖有明显的促进作用，酸性成纤维细胞因子可以刺激内皮细胞和平滑肌细胞进而产生新的血管。转化生长因子β在骨组织和血小板中含量很高，能促进成骨细胞分化的同时抑制破骨细胞的活性，而且可以诱导细胞分泌更多的胶原，血管内皮生长因子能够促进内皮细胞的活性，产生的新血管为骨组织提供了良好的微环境，对骨再生起着关键性的作用。细胞的功能行为受到从宏观到微观再到纳米尺度不同结构尺寸的影响，纳米尺度形状对间充质干细胞的分化有积极影响，三维的纳米纤维支架在结构上与细胞外基质相似，能够提供大量的细胞接触位点，可为细胞的粘附、增殖和分化提供有利的微环境。基于此，如何提出一种新型的骨诱导或骨修复材料以促进骨组织再生，加速骨愈合是本领域技术人员丞待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种骨诱导材料及其制备方法，旨在提供一种既能控制骨诱导因子长期释放，又能与壳聚糖、脱氧核糖核酸和纳米管层协同作用促进骨愈合的骨诱导材料。本专利技术是这样实现的，一种骨诱导材料，包括二氧化钛纳米管、骨诱导因子、壳聚糖、脱氧核糖核酸和骨形态发生蛋白-2，所述骨诱导因子吸附于所述二氧化钛纳米管中，所述壳聚糖、脱氧核糖核酸和骨形态发生蛋白-2多重交替组装于吸附骨诱导因子的二氧化钛纳米管表面构成多层膜结构，所述多层膜结构的最外层为骨形态发生蛋白-2，所述骨诱导因子为地塞米松、β-甘油磷酸钠、骨形态发生蛋白-2或成骨生长肽。更进一步地，所述二氧化钛纳米管的管径为50nm、70nm或100nm。更进一步地，所述二氧化钛纳米管的管径为100nm。更进一步地，所述骨诱导因子为骨形态发生蛋白-2。更进一步地，所述多层膜结构由内向外为(壳聚糖/脱氧核糖核酸/骨形态发生蛋白-2/脱氧核糖核酸)4/壳聚糖/脱氧核糖核酸/骨形态发生蛋白-2。本专利技术还提供一种骨诱导材料的制备方法，包括以下步骤：(1)取纯钛经打磨、清洗、酸洗、清洗和吹干处理后备用；(2)将处理后的纯钛作为阳极，石墨片为阴极，磷酸和氢氟酸混合酸液作为电解液，通过阳极氧化得到初始二氧化钛纳米管；(3)将初始二氧化钛纳米管放入烧结炉中，以2℃/min的升温速率加热至450℃，保温后冷却，得到二氧化钛纳米管；(4)配制骨诱导因子溶液滴加在二氧化钛纳米管上，将滴加骨诱导因子溶液的二氧化钛纳米管放置于真空干燥箱中干燥吸附，干燥后再滴加骨诱导因子溶液，重复3～5次，得到吸附骨诱导因子的二氧化钛纳米管；(5)配制壳聚糖溶液，将吸附骨诱导因子的二氧化钛纳米管浸泡在壳聚糖溶液中，取出干燥，得到骨诱导因子/壳聚糖二氧化钛纳米管；(6)配制脱氧核糖核酸溶液，将骨诱导因子/壳聚糖二氧化钛纳米管浸泡在脱氧核糖核酸溶液中，取出干燥，得到骨诱导因子/壳聚糖/脱氧核糖核酸二氧化钛纳米管；(7)配制骨形态发生蛋白-2溶液滴加在骨诱导因子/壳聚糖/脱氧核糖核酸二氧化钛纳米管上，取出干燥，得到骨诱导因子/壳聚糖/脱氧核糖核酸/骨形态发生蛋白-2二氧化钛纳米管；(8)将骨诱导因子/壳聚糖/脱氧核糖核酸/骨形态发生蛋白-2二氧化钛纳米管再浸泡于脱氧核糖核酸溶液中，取出干燥，得到骨诱导因子/壳聚糖/脱氧核糖核酸/骨形态发生蛋白-2/脱氧核糖核酸二氧化钛纳米管；多次重复步骤(5)～(8)，再重复步骤(5)～(7)，得到骨诱导材料，所述骨诱导因子溶液为地塞米松溶液、β-甘油磷酸钠溶液、骨形态发生蛋白-2溶液或成骨生长肽溶液。更进一步地，步骤(2)中，阳极氧化的电压为10V、15V或20V，阳极氧化时间为1h～2h。更进一步地，步骤(2)中，阳极氧化的电压为20V，阳极氧化时间为1h。更进一步地，步骤(4)包括：取骨形态发生蛋白-2溶解于超纯水中制成骨形态发生蛋白-2溶液；将骨形态发生蛋白-2溶液滴加在二氧化钛纳米管上；将滴加骨形态发生蛋白-2溶液的二氧化钛纳米管放入真空干燥箱中干燥吸附，干燥后再滴加骨形态发生蛋白-2溶液，重复5次，得到吸附骨形态发生蛋白-2的二氧化钛纳米管。更进一步地，重复步骤(5)～(8)4次，再重复步骤(5)～(7)1次，得到以二氧化钛纳米管为载体，在载体表面组装有(壳聚糖/脱氧核糖核酸/骨形态发生蛋白-2/脱氧核糖核酸)4/壳聚糖/脱氧核糖核酸/骨形态发生蛋白-2多层膜结构的骨诱导材料。本专利技术利用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管，二氧化钛纳米管经热处理后在真空条件下吸附骨诱导因子，利用层层自组装的方式在吸附骨诱导因子的二氧化钛纳米管表面组装含有壳聚糖、脱氧核糖核酸和骨形态发生蛋白-2的多层膜结构，多层膜结构通过静电吸附作用组装在二氧化钛纳米管的表面，并有部分进入二氧化钛纳米管中，随着组装层数的增多，表面元素的含量也在增加；多层膜结构在使用过程中会逐渐降解，在未完全降解之前，多层膜结构对骨诱导因子有缓释作用，随着多层膜结构降解，二氧化钛纳米管和多层膜结构中的成分会协同刺激间充质干细胞的成骨分化。此外，多层膜结构还能够促进细胞的增殖以及成骨相关基因的表达，促进干细胞的成骨分化。附图说明图1是吸附骨形态发生蛋白-2的二氧化钛纳米管和组装了不同层数的骨诱导材料的红外图谱；图2是实施例1制备的骨诱导材料中的骨形态发生蛋白-2和100nm管径的二氧化钛纳米管吸附骨形态发生蛋白-2后的释放对比曲线；图3是二氧化钛纳米管、吸附骨形态发生蛋白-2的二氧化钛纳米管和实施例1制备的骨诱导材料上细胞培养7d和14d后的ALP检测图；图4是二氧化钛纳米管、吸附骨形态发生蛋白-2的二氧化钛纳米管和实施例1制备的骨诱导材料上细胞培养7d和14d后的四种成骨基因的PCR检测图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种骨诱导材料，其特征在于，包括二氧化钛纳米管、骨诱导因子、壳聚糖、脱氧核糖核酸和骨形态发生蛋白-2，所述骨诱导因子吸附于所述二氧化钛纳米管中，所述壳聚糖、脱氧核糖核酸和骨形态发生蛋白-2多重交替组装于吸附骨诱导因子的二氧化钛纳米管表面构成多层膜结构，所述多层膜结构的最外层为骨形态发生蛋白-2，所述骨诱导因子为地塞米松、β-甘油磷酸钠、骨形态发生蛋白-2或成骨生长肽。/n

【技术特征摘要】
1.一种骨诱导材料，其特征在于，包括二氧化钛纳米管、骨诱导因子、壳聚糖、脱氧核糖核酸和骨形态发生蛋白-2，所述骨诱导因子吸附于所述二氧化钛纳米管中，所述壳聚糖、脱氧核糖核酸和骨形态发生蛋白-2多重交替组装于吸附骨诱导因子的二氧化钛纳米管表面构成多层膜结构，所述多层膜结构的最外层为骨形态发生蛋白-2，所述骨诱导因子为地塞米松、β-甘油磷酸钠、骨形态发生蛋白-2或成骨生长肽。


2.根据权利要求1所述的骨诱导材料，其特征在于，所述二氧化钛纳米管的管径为50nm、70nm或100nm。


3.根据权利要求2所述的骨诱导材料，其特征在于，所述二氧化钛纳米管的管径为100nm。


4.根据权利要求1～3任一项所述的骨诱导材料，其特征在于，所述骨诱导因子为骨形态发生蛋白-2。


5.根据权利要求4所述的骨诱导材料，其特征在于，所述多层膜结构由内向外为(壳聚糖/脱氧核糖核酸/骨形态发生蛋白-2/脱氧核糖核酸)4/壳聚糖/脱氧核糖核酸/骨形态发生蛋白-2。


6.一种骨诱导材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取纯钛经打磨、清洗、酸洗、清洗和吹干处理后备用；
(2)将处理后的纯钛作为阳极，石墨片为阴极，磷酸和氢氟酸混合酸液作为电解液，通过阳极氧化得到初始二氧化钛纳米管；
(3)将初始二氧化钛纳米管放入烧结炉中，以2℃/min的升温速率加热至450℃，保温后冷却，得到二氧化钛纳米管；
(4)配制骨诱导因子溶液滴加在二氧化钛纳米管上，将滴加骨诱导因子溶液的二氧化钛纳米管放置于真空干燥箱中干燥吸附，干燥后再滴加骨诱导因子溶液，重复3～5次，得到吸附骨诱导因子的二氧化钛纳米管；
(5)配制壳聚糖溶液，将吸附骨诱导因子的二氧化钛纳米管浸泡在壳聚糖溶液中，取出干燥，得到骨诱导因子/壳聚糖二氧化钛纳米管；
(6)配制脱氧核糖核酸溶液，将骨诱导...

【专利技术属性】
技术研发人员：张燕，盛丽萍，蒋柳云，李萌婷，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43