一种可免疫调节血管化的硅酸锰空心纳米球及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种可免疫调节血管化的硅酸锰空心纳米球及其制备方法和应用。所述硅酸锰空心纳米球为褐锰矿相，具有中空结构，化学组成为(Mn

【技术实现步骤摘要】
一种可免疫调节血管化的硅酸锰空心纳米球及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种可免疫调节血管化的硅酸锰空心纳米球及其制备方法和应用，具体涉及一种可免疫调节血管化的硅酸锰空心纳米球及其制备方法、一种含有所述硅酸锰空心纳米球的改性培养基、一种含有所述硅酸锰空心纳米球的可用于生物打印的生物墨水，该墨水可以通过调节免疫微环境促进成血管，并在体外构建活细胞共培养支架，属于生物

技术介绍
在骨缺损和皮肤伤口等组织的修复过程中，血管生成是必不可少的关键过程，同时对于临床医学也是极大挑战。传统的自体移植或异体移植治疗方案存在供体来源不足、产生二次伤口等难题，并且忽略了人体的复杂环境，特别是免疫排斥及其对血管化的作用。生物3D打印技术具备同时打印细胞和材料，精确控制细胞分布的功能，可以在体外构建模拟免疫微环境的活细胞共培养支架。因此开发出用于生物3D打印且具备免疫调节血管化的生物墨水具有很大的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可免疫调节血管化的硅酸锰空心纳米球及其制备方法和应用，其中主要应用于得到一种含有可免疫调节血管化的硅酸锰空心纳米球的生物墨水，所述生物墨水中的无机组分(硅酸锰空心纳米球)可以通过免疫调节促进成血管，所述生物墨水通过生物3D打印可以在体外构建活细胞共培养支架。第一方面，本专利技术提供了一种硅酸锰空心纳米球，所述硅酸锰空心纳米球为褐锰矿相，具有中空结构，化学组成为(Mn2O3)3MnSiO3；优选地，所述硅酸锰空心纳米球的直径为90～100nm，比表面积为630～640m2/g。第二方面，本专利技术提供了上述硅酸锰空心纳米球的制备方法，包括：将二氧化硅纳米球溶解在包含去离子水、CH3COONa(或Na2SO4)和MnCl2.4H2O的混合溶液中，然后加入三乙醇胺或乙醇胺直至pH＝7.3～7.6；然后在100～120℃下水热反应22～26小时，最后在600～700℃下煅烧5～7小时，得到所述的硅酸锰空心纳米球。较佳地，二氧化硅纳米球的粒径为100～120nm；所述二氧化硅纳米球和CH3COONa的质量比为(1～3)：1；所述二氧化硅纳米球和MnCl2.4H2O的质量比为(0.5～2)：1。在本公开中，硅酸锰空心纳米球的前驱体介孔二氧化硅属于硅基生物材料，具有优异的生物活性，在硬组织及软组织的修复等组织工程中具有非常大的应用潜力；而锰元素是维持人体各种重要生理功能所必需的金属元素。本公开将锰元素引入到介孔二氧化硅中制备出硅酸锰空心纳米球尺寸均匀，粒子直径为90～100nm，比表面积为630～640m2/g，具有良好的降解性能，生物活性以及免疫调节功能。锰掺杂的介孔二氧化硅由于锰的添加促进了的生物降解和分解，进一步加速了骨架内Si-O-Si键的断裂。基于分散良好的介孔二氧化硅合成的硅酸锰空心纳米球，可将Mn离子和Si离子快速释放到培养基中。第三方面，本专利技术提供了一种改性培养基，包括：基础培养基、以及分散于基础培养基中的上述硅酸锰空心纳米球；所述基础培养基的组成包括：DMEM高糖培养基、胎牛血清、青霉素/链霉素；所述硅酸锰空心纳米球的浓度为100μg/mL以下。传统的血管诱导方法是加入生长因子，但其难以长时间维持活性，且成本高昂。本公开中使用无机硅酸锰，利用其释放的生物活性离子Mn离子及Si离子代替生长因子的作用，发挥Mn离子显著的免疫调节功能和促血管化作用。较佳地，所述改性培养基中硅酸锰空心纳米球的浓度为25～100μg/mL。在改性培养基中，当硅酸锰空心纳米球浓度在100μg/mL以下时，具有良好的生物相容性。例如，浓度为25μg/mL和100μg/mL均能促使巨噬细胞极化表现为抗炎的M2表型，并提高血管生成因子VEGF的表达。而浓度高于100μg/mL对细胞对巨噬细胞增殖有抑制作用。以上述硅酸锰空心纳米球与巨噬细胞相互作用产生的培养基为条件培养基。用条件培养基培养内皮细胞，证实了浓度为25～100μg/mL硅酸锰空心纳米球与巨噬细胞形成的免疫微环境激活了内皮细胞中的VEGF通路，有利于血管生成。第四方面，本专利技术提供了一种新型的生物墨水，所述生物墨水包含磷酸盐缓冲溶液、以及分散于磷酸盐缓冲溶液中的生物活性无机组分和生物相容性有机组分；其中，所述生物活性无机组分为所述硅酸锰空心纳米球，所述生物相容性有机组分为海藻酸钠、透明质酸、胶原、甲基纤维素和卡拉胶中的至少两种；所述生物活性无机组分和生物相容性有机组分质量比为(0～0.2)：13。在本领域中，传统的生物墨水成分大多数以有机物其组成成分，只能保证对细胞的相容性，缺乏功能作用，在临床中发挥作用受限。为此，在本专利技术中额外地将无机生物活性离子引入含有生物相容性有机组分的生物墨水中，赋予其免疫调节成血管的功能，极大地扩宽生物墨水的应用范围，并且利用该墨水可以在体外构建活细胞共培养支架，模拟体内细胞真实环境。较佳地，所述生物相容性有机组分为透明质酸与海藻酸钠；所述透明质酸与海藻酸钠的质量比为h：i＝5：(6～10)，进一步优选为5：8。较佳地，所述生物墨水中无机组分的浓度为0～2000μg/mL。较佳地，该磷酸缓冲盐溶液为现有产品，例如SangonBiotech(Shanghai)Co.,Ltd.E607008-0500，其组成：水、NaCl136.89mM、KCl2.67mM、Na2HPO48.10mM、KH2PO41.76mM、pH＝7.2～7.4。磷酸缓冲盐溶液(PBS)是常用的用于生物学研究的一个缓冲溶液，其渗透压和离子浓度与细胞接近，因此将其作为生物墨水的溶剂有助于细胞维持活力。PBS与有机组分必须按照上述比例进行配置，因为生物墨水在打印过程中既要一定的粘度保持打印性能又不能粘度过高影响细胞的活性。所以必须满足本专利技术中PBS与有机组分的比例，并在满足该比例下形成的基础体系中添加无机组分，才能实现生物墨水的打印性与功能性，仅有PBS与无机组分无法实现生物墨水的打印性。第五方面，本专利技术提供了一种上述可免疫调节血管化的无机生物墨水的制备方法，包括：配制磷酸缓冲盐溶液；将生物活性无机组分和生物相容性有机组分置于紫外灯光下照射充分灭菌；依次向磷酸缓冲盐溶液中加入生物相容性有机组分和生物活性无机组分，得到均匀分散的有机-无机混合物；将所述有机-无机混合物离心除去气泡，最终得到可免疫调节血管化的生物墨水。较佳地，所述紫外灯下照射的时间为1小时～2小时。较佳地，以生物相容性有机组分为透明质酸与海藻酸钠作为示例，无机生物墨水的制备方法包括：按照一定比例配制磷酸缓冲盐溶液(PBS)，透明质酸(HA)，海藻酸钠(SA)和硅酸锰空心纳米球；将所述透明质酸、海藻酸钠、硅酸锰空心纳米球置于紫外灯光下照射充分灭菌；依次向磷酸缓冲盐溶液中加入透明质酸、硅酸锰空心纳米球和海藻酸钠，得到均匀分散的有机-无机混合物，将所述有机-无机混合物离心除去气泡，最终得到可免疫调节血管化的生物墨水。较佳地，将透明质酸加入磷酸缓冲盐溶液中，震荡以充分溶解，然后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅酸锰空心纳米球，其特征在于，所述硅酸锰空心纳米球为褐锰矿相，具有中空结构，化学组成为(Mn

【技术特征摘要】
1.一种硅酸锰空心纳米球，其特征在于，所述硅酸锰空心纳米球为褐锰矿相，具有中空结构，化学组成为(Mn2O3)3MnSiO3；优选地，所述硅酸锰空心纳米球的直径为90～100nm，比表面积为630～640m2/g。


2.一种如权利要求1所述的硅酸锰空心纳米球的制备方法，其特征在于，将二氧化硅纳米球溶解在包含去离子水、CH3COONa或Na2SO4、和MnCl2.4H2O的混合溶液中，然后加入三乙醇胺或乙醇胺直至pH＝7.3～7.6；然后在100～120℃下水热反应22～26小时，最后在600～700℃下煅烧5～7小时，得到所述的硅酸锰空心纳米球。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅纳米球的粒径为100～120nm；所述二氧化硅纳米球和CH3COONa的质量比为（1～3）：1；所述二氧化硅纳米球和MnCl2.4H2O的质量比为（0.5～2）：1。


4.一种改性培养基，其特征在于，包括：基础培养基、以及分散于基础培养基中的权利要求1中所述的硅酸锰空心纳米球；
所述基础培养基的组成包括：所述基础培养基的组成包括：DMEM高糖培养基、胎牛血清、青霉素/链霉素；
所述硅酸锰空心纳米球的浓度100μg/mL以下。


5.根据权利要求4所述的改性培养基，其特征在于，所述硅酸锰空心纳米球的浓度为25～100μg/mL。


6.一种生物墨水，其特征在于，所述生物墨水包含磷酸盐缓冲溶液、以及分散于磷酸盐缓冲溶液中的生物活性无机组分和生物相容性有机组分；其中，所述生物活性无机组分为权利要求1所述的硅酸锰空心纳米球，所述生物相容性有机组分为海藻酸钠、透明质酸、胶原、甲基纤维素和卡拉胶中的至少两种；
所述生物活性无机组分和生物相容性有机组分质量比为（0～0.2）：13。


7.根据权利要求6所述的生物墨水，其特征在于，所述生物相容性有机组分为透明质酸与海藻酸钠；所述透明质酸和海藻酸钠的质量比为h：i=5：（6～10），优选为5：8。


8.根据权利要求6或7所述的生物墨水，其特征在于，所述生物墨水中无机组分的浓度为0～2000μg/mL。


9.一种权利要求6-8中任一项所述的生物墨水的制备方法，其特征在于，包括：
配制磷酸缓冲盐溶液；将生物活性无机组分和生物相容性有机组分置于紫外灯光下照射充分灭菌；
依次向磷酸缓冲盐溶液中加入生物相容性有机组分和生物活性无机组分，得到均匀分散的有机-无机混合物；
将所述有机-无机混合物离心除去气泡，最终得到可免疫调节血管化的生物墨水。


10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述紫外灯下照射的时间为1小时～2小时。


11.根据权利要求9或10所述的制备方法，其特征在于，当生物相容性有机组分为透明质酸与海藻酸钠时，依次向磷酸缓冲盐溶液中加入透明质酸、硅酸锰空心...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴成铁，吴金福，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31