| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202410712634.3 | 申请日 | 2024-06-04 |
| 公开(公告)号 | CN118750643A | 公开(公告)日 | 2024-10-11 |
| 申请人 | 五邑大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 王利环; 袁丽婷; 董宴兵; 于晖; 王欢; 余西; 黄文立; 陈晓棋; 袁若凡; 赵欣洁; | 第一发明人 | 王利环 |
| 权利人 | 五邑大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 五邑大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：广东省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：广东省江门市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：广东省江门市蓬江区东成村22号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：529000 |
| 主IPC国际分类 | A61L27/20 | 所有IPC国际分类 | A61L27/20 ; A61L27/02 ; A61L27/18 ; A61L27/56 ; A61L27/54 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 广州嘉权专利商标事务所有限公司 | 专利代理人 | 马俊; |
| 摘要 | 本 发明 提供了一种无机 纳米 纤维 复合 支架 及其制备方法和应用。所述无机纳米纤维复合支架，包括无机纳米纤维基材，所述无机纳米纤维基材中分布有镁离子，所述无机纳米纤维基材表面连接有聚多巴胺。该复合支架克服了传统的 骨修复 材料的 生物 相容性 问题。无机纳米纤维基材中分布有镁离子，能很好的进行骨的修复。经过聚多巴胺修饰，复合支架的生物相容性更好，能更好地进行光热 治疗 。本发明还提供了无机纳米纤维复合支架的制备方法和应用。 | ||
| 权利要求 | 1.一种无机纳米纤维复合支架，其特征在于，包括无机纳米纤维基材，所述无机纳米纤维基材中分布有镁离子，所述无机纳米纤维基材表面连接有聚多巴胺。 |
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| 说明书全文 | 一种无机纳米纤维复合支架及其制备方法和应用技术领域背景技术[0002] 随着人口老龄化趋势不断加剧，骨缺损已经成为威胁人类健康、影响生活质量的重要因素。骨缺损问题主要包括治疗骨质疏松症和瘤骨缺损，这两种情况都对患者的生活造成了极大的困扰。骨质疏松症是一种常见的骨骼疾病，其特点包括骨量减少、修复速度缓慢、内固定不稳定且失败率高等问题。这使得传统的治疗方法往往难以取得理想的效果。而在治疗骨肿瘤过程中，通常需要切除受到肿瘤侵袭的骨组织，但即便如此，骨缺损部位仍可能残留肿瘤细胞，进而导致二次伤害的发生。因此，骨修复材料成为解决骨缺损修复难题的重要途径之一。 [0004] 然而，目前市面上大部分的骨修复材料存在着生物相容性不佳的问题。这可能表现为材料与周围组织的不良反应，包括炎症、排异反应等，从而影响到修复效果和患者的生活质量。因此，解决骨修复材料生物相容性不佳的问题是当前骨科领域亟待解决的关键挑战之一。只有开发出更加安全有效的骨修复材料，才能为患者带来更好的治疗效果和生活品质。 发明内容[0005] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种无机纳米纤维复合支架，克服了传统的骨修复材料的生物相容性问题。无机纳米纤维基材中分布有镁离子，能很好的进行骨的修复。经过聚多巴胺修饰，复合支架的生物相容性更好，能更好地进行光热治疗。 [0006] 本发明还提供了一种无机纳米纤维复合支架的制备方法。 [0007] 本发明还提供了一种无机纳米纤维复合支架在制备骨修复材料中的应用。 [0008] 本发明的第一方面提供了一种无机纳米纤维复合支架，包括无机纳米纤维基材，所述无机纳米纤维基材中分布有镁离子，所述无机纳米纤维基材表面连接有聚多巴胺。 [0009] 本发明关于无机纳米纤维复合支架的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果： [0010] 镁元素能促进骨生长，解决骨质疏松症骨修复慢的问题。基于镁的优点，本发明选择制备掺杂镁的无机纳米纤维复合支架，可通过刺激破骨细胞的功能而加强骨修复，可以有效解决药物治疗和骨修复的局限性。多巴胺作为重要的材料表面修饰方法的构筑基元，由于其产物聚多巴胺具有易于制备和修饰、粘附性强、生物相容性、卓越的光热转换性能、荧光猝灭性等优点，并且聚多巴胺具有的光热性质，增强了光热转换效率，能够促进骨修复，且能够在修复过程中抑制细菌的增长。因此本发明选择制备镁掺杂无机纳米纤维的由聚多巴胺修饰的复合支架，该复合支架适用于瘤骨缺损等多方面应用。 [0011] 本发明的复合支架，克服了传统的骨修复材料的生物相容性问题。无机纳米纤维基材中分布有镁离子，能很好的进行骨的修复。经过聚多巴胺修饰，复合支架的生物相容性更好，能更好地进行光热治疗。 [0012] 本发明的复合支架，镁离子是分布在无机纳米纤维内部，与分布在纤维表面相比，持续作用更加持久，效果更好。 [0013] 根据本发明的一些实施方式，所述无机纳米纤维基材的直径为200‑3000nm。 [0014] 与普通纤维如蚕丝(通常直径13μm‑18μm)相比，本发明的纤维直径为200‑3000nm，比表面积更高，表面可以修饰更多的聚多巴胺，材料效果更好。 [0016] 根据本发明的一些实施方式，无机纳米纤维基材中，镁元素的含量为0.5wt％～10wt％。 [0017] 根据本发明的一些实施方式，无机纳米纤维中，镁元素的含量可以是0.5w％、1w％、2w％、3w％、4w％、5w％、6w％、7w％、8w％、9w％、10wt％中的任一值或任意两者形成的范围值。 [0018] 根据本发明的一些实施方式，无机纳米纤维基材表面，聚多巴胺的含量为0.5wt％～3wt％。 [0019] 根据本发明的一些实施方式，所述无机纳米纤维复合支架的孔径为100μm～400μm。 [0020] 无机纳米纤维复合支架的孔径为100μm～400μm，在这个范围内能够提供足够的空间，促进周围组织细胞的侵入、定居和生长，有利于支架与周围组织的结合和再生。支架孔隙内部结构合理，有助于有效输送营养物质到达支架内部，同时也能够快速排出代谢产物，维持组织的正常代谢功能。适度的孔径可以在保持足够的材料强度的同时，减轻支架的重量，降低材料的刚度，更好地模拟自然组织的力学特性。 [0021] 低于100μm的孔径可能限制细胞的侵入和生长，导致支架与周围组织的结合不牢固，影响修复效果；高于400μm的孔径可能导致支架的机械强度下降，降低了支架的稳定性和可靠性，同时也可能导致细胞无法有效定居和生长，影响组织再生过程。 [0022] 因此，将无机纳米纤维复合支架的孔径控制在100μm到400μm的范围内，可以最大程度地发挥支架的生物学和机械学功能，促进组织修复和再生。 [0023] 根据本发明的一些实施方式，所述无机纳米纤维基材表面分布有轴向沟槽。 [0024] 轴向沟槽的存在可以显著增加支架表面的有效接触面积，提供更多的生物活性区域，有利于细胞附着和生长。沟槽的方向性可以为周围的细胞提供生长的指导，有助于细胞在特定方向上有序排列和生长，促进组织的定向再生。沟槽结构能够提供细胞迁移的通道，有利于细胞在支架表面上迁移和扩散，从而促进组织的再生和修复。沟槽还可以提供更多的生物粘附位点，增强支架与周围组织的结合力，改善支架的植入稳定性和长期效果。沟槽结构可以作为载体，用于控制和调节支架上生物活性物质的释放，实现对组织再生过程的精确调控。 [0025] 因此，无机纳米纤维复合支架中的轴向沟槽可以提高支架的生物活性、组织相容性和功能性，有助于促进组织修复和再生，提高支架的临床效果和应用前景。 [0026] 本发明的第二方面提供了一种制备无机纳米纤维复合支架的方法，包括以下步骤： [0028] S2：将步骤S1得到的无机纳米纤维在液体中分散，得到纤维分散液，与支架增粘剂混合，制成支架悬浮液； [0029] S3：将所述支架悬浮液冷冻成型，得到支架坯体，将所述支架坯体在多巴胺溶液中浸泡，得到所述无机纳米纤维复合支架。 [0030] 本发明关于无机纳米纤维复合支架的制备方法中的一个技术方案，至少具有以下有益效果： [0031] 本发明无机纳米纤维复合支架的制备方法，通过静电纺丝和液体中的冷冻成型，可以精确控制无机纳米纤维的形态和排列方式，从而调节支架的孔隙结构和孔径，使其更符合组织工程的需求。 [0032] 将无机纳米纤维与支架增粘剂混合后，形成纤维分散液，有利于将纳米纤维均匀分散在支架中，从而增强支架的生物相容性和生物活性。 [0033] 通过煅烧无机纳米纤维和支架增粘剂的结合，可以有效提高支架的机械性能和稳定性，增强其在体内的耐久性和可靠性。 [0034] 在多巴胺溶液中浸泡后，支架表面连接有聚多巴胺，有利于细胞的黏附和生长，促进组织再生和修复过程。 [0035] 本发明无机纳米纤维复合支架的制备方法，操作简单，步骤清晰，不需要复杂的设备和条件，适用于大规模生产，具有较高的工程实用性和经济性。 [0036] 步骤S1中： [0038] 镁源的作用在于提供镁离子。无机盐溶液中，镁元素的浓度范围是0.05wt％～10wt％。 [0040] 硅源的作用在于提供硅离子，硅离子参与调节骨生成、骨钙化的生理过程,在骨代谢中发挥着重要作用。无机盐溶液中，硅元素的浓度范围是0.05wt％～13wt％。 [0041] 硅源包括硅酸乙酯。 [0042] 钙源的作用在于提供钙离子，钙离子不仅可以调控骨修复阶段中各种细胞(间充质干细胞、成骨细胞和破骨细胞)的增殖分化，还能通过促进骨缺损处新血管生成并促进生长因子释放来调节成骨。无机盐溶液中，钙元素的浓度范围是0.01wt％～15wt％。 [0043] 钙源包括四水硝酸钙。 [0044] 酸性催化剂的作用在于使物质之间更好的发生反应。无机盐溶液中，催化剂的浓度范围是1wt％～2wt％。 [0046] 根据本发明的一些实施方式，所述模板聚合物包括醇溶性模板聚合物或水溶性模板聚合物。 [0048] 根据本发明的一些实施方式，所述模板聚合物可以先在醇或水中溶解配制成模板聚合物溶液，模板聚合物溶液中，模板聚合物的浓度为5wt％～15wt％。 [0049] 根据本发明的一些实施方式，所述模板聚合物与含有镁离子的无机盐溶液的质量比为1:(1～5)。 [0050] 根据本发明的一些实施方式，所述静电纺丝的纺丝间温度为25℃～40℃。 [0051] 根据本发明的一些实施方式，所述静电纺丝的湿度35％～50％。 [0052] 根据本发明的一些实施方式，所述静电纺丝的灌注速度0.5mL/h～3mL/h。 [0053] 根据本发明的一些实施方式，所述静电纺丝的滚筒速度5rpm～100rpm。 [0055] 根据本发明的一些实施方式，所述煅烧的温度为600℃～800℃。 [0056] 根据本发明的一些实施方式，所述煅烧的时间为6h～12h。 [0057] 步骤S2中： [0058] 将步骤S1得到的无机纳米纤维在液体中分散，液体可以是去离子水。分散可以通过高速均质机将纤维打碎配置成纤维分散液。 [0059] 支架增粘剂包括壳聚糖溶液和海藻酸中的至少一种。 [0060] 支架增粘剂可以先与溶剂醋酸配制成支架增粘剂溶液，支架增粘剂溶液中支架增粘剂的浓度范围是2wt％～5wt％。 [0061] 步骤S3中： [0062] 将所述支架悬浮液冷冻成型，冷冻为真空冷冻。可以将配好的支架悬浮液，填充于用热塑板制成的的模具中，放入冰箱冷冻，温度可以是‑80℃，冷冻时间可以是1h～2h。通过真空冷冻干燥技术，得到支架坯体。 [0063] 热塑板制成的的模具可以是热塑(PET)板制成的1cm×1cm×1cm的模具。 [0064] 可以将所述支架坯体切成厚度、直径统一的小圆片，滴加适量的多巴胺溶液至浸泡小圆片，在聚多巴胺溶液浸泡时间可以是12h～24h。聚多巴胺的浓度可以是0.5wt％～1.5wt％。接着加入去离子水清洗，放到超低温冰箱冷冻后真空冷冻干燥处理。真空冷冻干燥处理的时间可以是24h～48h。 [0065] 通过控制多巴胺的浓度，可以得到不同浓度的经多巴胺修饰的无机纳米纤维支架。 [0066] 最后，还可以根据需要，对制得的复合支架进行灭菌处理，灭菌方式包括紫外线辐照灭菌、X射线辐照灭菌、γ射线辐照灭、75％酒精灭菌。 [0067] 本发明的第三方面提供了无机纳米纤维复合支架或本发明方法制得的无机纳米纤维复合支架在制备骨修复材料中的应用。 [0068] 本发明关于无机纳米纤维复合支架在制备骨修复材料中的应用中的一个技术方案，至少具有以下有益效果： [0069] 本发明的无机纳米纤维复合支架，或本发明方法制得的无机纳米纤维复合支架，在制备骨修复材料中时，镁离子作为生物活性元素，能够促进骨生长和骨组织再生，解决了传统骨修复材料在骨质疏松症治疗中修复速度慢的问题，从而加快骨折愈合和骨缺损修复的速度。多巴胺修饰的复合支架表面具有良好的生物相容性和粘附性，能够促进骨细胞的附着和生长，增强骨修复效果，同时在修复过程中还能抑制细菌的增长，降低感染的风险。多巴胺修饰的复合支架具有优异的光热转换性能，能够提高光热治疗的效率，进一步促进骨组织的修复和再生。 [0070] 镁离子分布在无机纳米纤维内部，相比于分布在表面的镁离子，其作用更加持久，能够持续地促进骨生长和修复，使得支架的治疗效果更加持久和稳定。 [0072] 图1是实施例1制备的无机纳米纤维SEM图。 [0073] 图2是实施例1制备的未修饰支架的实物和SEM图。 [0074] 图3是实施例1制备的支架的力学性能图。 [0075] 图4是实施例1制备的经聚多巴胺修饰后的支架实物图。 [0076] 图5是实施例1制备的聚多巴胺支架的湿态热成像和升温数据图。 [0077] 图6是实施例1制备的聚多巴胺修饰的支架在大肠杆菌液(a)和金黄色葡萄球菌液(b)中的抑菌圈。 [0078] 图7为实施例1制备的镁掺杂的无机纳米纤维支架的细胞图。 [0079] 图8是大鼠颅骨植入实施例1的聚多巴胺支架对缺损修复12周后的CT图。 具体实施方式[0080] 以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。 [0081] 在第一方面，本发明的一些实施例中，无机纳米纤维复合支架，包括无机纳米纤维基材，所述无机纳米纤维基材中分布有镁离子，所述无机纳米纤维基材表面连接有聚多巴胺。 [0082] 可以理解，镁元素能促进骨生长，解决骨质疏松症骨修复慢的问题。基于镁的优点，本发明选择制备掺杂镁的无机纳米纤维复合支架，可通过刺激破骨细胞的功能而加强骨修复，可以有效解决药物治疗和骨修复的局限性。多巴胺作为重要的材料表面修饰方法的构筑基元，由于其产物聚多巴胺具有易于制备和修饰、粘附性强、生物相容性、卓越的光热转换性能、荧光猝灭性等优点，并且聚多巴胺具有的光热性质，增强了光热转换效率，能够促进骨修复，且能够在修复过程中抑制细菌的增长。因此本发明选择制备镁掺杂无机纳米纤维的由聚多巴胺修饰的复合支架，该复合支架适用于瘤骨缺损等多方面应用。 [0083] 还可以理解，本发明的复合支架，克服了传统的骨修复材料的生物相容性问题。无机纳米纤维基材中分布有镁离子，能很好的进行骨的修复。经过聚多巴胺修饰，复合支架的生物相容性更好，能更好地进行光热治疗。 [0084] 需要说明的是，本发明的复合支架，镁离子是分布在无机纳米纤维内部，与分布在纤维表面相比，持续作用更加持久，效果更好。 [0085] 结合第一方面，在本发明的一些实施例中，无机纳米纤维基材的直径为200‑3000nm。 [0086] 与普通纤维如蚕丝(通常直径13μm‑18μm)相比，本发明的纤维直径为200‑3000nm，比表面积更高，表面可以修饰更多的聚多巴胺，材料效果更好。 [0087] 结合第一方面，在本发明的一些实施例中，无机纳米纤维基材包括硅酸盐玻璃纤维。 [0088] 结合第一方面，在本发明的一些实施例中，无机纳米纤维基材中，镁元素的含量为0.5wt％～10wt％。 [0089] 结合第一方面，在本发明的一些实施例中，无机纳米纤维基材中，镁元素的含量可以是0.5w％、1w％、2w％、3w％、4w％、5w％、6w％、7w％、8w％、9w％中的任一值或任意两者形成的范围值。 [0090] 结合第一方面，在本发明的一些实施例中，无机纳米纤维基材表面，聚多巴胺的含量为0.5wt％～3wt％。 [0091] 结合第一方面，在本发明的一些实施例中，无机纳米纤维复合支架的孔径为100μm～400μm。 [0092] 无机纳米纤维复合支架的孔径为100μm～400μm，在这个范围内能够提供足够的空间，促进周围组织细胞的侵入、定居和生长，有利于支架与周围组织的结合和再生。支架孔隙内部结构合理，有助于有效输送营养物质到达支架内部，同时也能够快速排出代谢产物，维持组织的正常代谢功能。适度的孔径可以在保持足够的材料强度的同时，减轻支架的重量，降低材料的刚度，更好地模拟自然组织的力学特性。 [0093] 低于100μm的孔径可能限制细胞的侵入和生长，导致支架与周围组织的结合不牢固，影响修复效果；高于400μm的孔径可能导致支架的机械强度下降，降低了支架的稳定性和可靠性，同时也可能导致细胞无法有效定居和生长，影响组织再生过程。 [0094] 因此，将无机纳米纤维复合支架的孔径控制在100μm到400μm的范围内，可以最大程度地发挥支架的生物学和机械学功能，促进组织修复和再生。 [0095] 结合第一方面，在本发明的一些实施例中，无机纳米纤维基材表面分布有轴向沟槽。 [0096] 轴向沟槽的存在可以显著增加支架表面的有效接触面积，提供更多的生物活性区域，有利于细胞附着和生长。沟槽的方向性可以为周围的细胞提供生长的指导，有助于细胞在特定方向上有序排列和生长，促进组织的定向再生。沟槽结构能够提供细胞迁移的通道，有利于细胞在支架表面上迁移和扩散，从而促进组织的再生和修复。沟槽还可以提供更多的生物粘附位点，增强支架与周围组织的结合力，改善支架的植入稳定性和长期效果。沟槽结构可以作为载体，用于控制和调节支架上生物活性物质的释放，实现对组织再生过程的精确调控。沟槽可能是由于煅烧过程中PVB的去除造成的，如果煅烧温度不够，或者煅烧时间不够，纤维表面无法形成沟槽。 [0097] 因此，无机纳米纤维复合支架中的轴向沟槽可以提高支架的生物活性、组织相容性和功能性，有助于促进组织修复和再生，提高支架的临床效果和应用前景。 [0098] 在第二方面，本发明的一些实施例中，提供了一种制备无机纳米纤维复合支架的方法，包括以下步骤： [0099] S1：将含有镁离子的无机盐溶液与模板聚合物混合，制成纺丝悬浮液，静电纺丝，得到无机纳米纤维，煅烧所述无机纳米纤维； [0100] S2：将步骤S1得到的无机纳米纤维在液体中分散，得到纤维分散液，与支架增粘剂混合，制成支架悬浮液； [0101] S3：将所述支架悬浮液冷冻成型，得到支架坯体，将所述支架坯体在多巴胺溶液中浸泡，得到所述无机纳米纤维复合支架。 [0102] 可以理解，本发明无机纳米纤维复合支架的制备方法，通过静电纺丝和液体中的冷冻成型，可以精确控制无机纳米纤维的形态和排列方式，从而调节支架的孔隙结构和孔径，使其更符合组织工程的需求。 [0103] 将无机纳米纤维与支架增粘剂混合后，形成纤维分散液，有利于将纳米纤维均匀分散在支架中，从而增强支架的生物相容性和生物活性。 [0104] 通过煅烧无机纳米纤维和支架增粘剂的结合，可以有效提高支架的机械性能和稳定性，增强其在体内的耐久性和可靠性。 [0105] 在多巴胺溶液中浸泡后，支架表面连接有聚多巴胺，有利于细胞的黏附和生长，促进组织再生和修复过程。 [0106] 本发明无机纳米纤维复合支架的制备方法，操作简单，步骤清晰，不需要复杂的设备和条件，适用于大规模生产，具有较高的工程实用性和经济性。 [0107] 进一步的，步骤S1中： [0108] 含有镁离子的无机盐溶液，溶剂包括无水乙醇、N,N‑二甲基甲酰胺、二氯甲烷、六氟异丙醇中的至少一种。 [0109] 镁源的作用在于提供镁离子。无机盐溶液中，镁元素的浓度范围是0.05wt％～10wt％。 [0110] 镁源包括氯化镁、氧化镁、氮化镁、氢氧化镁和含镁的硝酸盐中的至少一种。 [0111] 硅源的作用在于提供硅离子，硅离子参与调节骨生成、骨钙化的生理过程,在骨代谢中发挥着重要作用。无机盐溶液中，硅元素的浓度范围是0.05wt％～13wt％。 [0112] 硅源包括硅酸乙酯。 [0113] 钙源的作用在于提供钙离子，钙离子不仅可以调控骨修复阶段中各种细胞(间充质干细胞、成骨细胞和破骨细胞)的增殖分化，还能通过促进骨缺损处新血管生成并促进生长因子释放来调节成骨。无机盐溶液中，钙元素的浓度范围是0.01wt％～15wt％。 [0114] 钙源包括四水硝酸钙。 [0115] 酸性催化剂的作用在于使物质之间更好的发生反应。无机盐溶液中，催化剂的浓度范围是1wt％～2wt％。 [0116] 酸性催化剂包括乙酸、盐酸和磷酸中的至少一种。 [0117] 酸性催化剂包括乙酸、盐酸和磷酸中的至少一种。 [0118] 结合第二方面，在本发明的一些实施例中，模板聚合物包括醇溶性模板聚合物或水溶性模板聚合物。 [0119] 结合第二方面，在本发明的一些实施例中，模板聚合物包括聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮。 [0120] 结合第二方面，在本发明的一些实施例中，模板聚合物可以先在醇或水中溶解配制成模板聚合物溶液，模板聚合物溶液中，模板聚合物的浓度为5wt％～15wt％。 [0121] 结合第二方面，在本发明的一些实施例中，模板聚合物与含有镁离子的无机盐溶液的质量比为1:1～5。 [0122] 结合第二方面，在本发明的一些实施例中，静电纺丝的纺丝间温度为25℃～40℃。 [0123] 结合第二方面，在本发明的一些实施例中，静电纺丝的湿度35％～50％。 [0124] 结合第二方面，在本发明的一些实施例中，静电纺丝的灌注速度0.5mL/h～3mL/h。 [0125] 结合第二方面，在本发明的一些实施例中，静电纺丝的滚筒速度5rpm～100rpm。 [0126] 结合第二方面，在本发明的一些实施例中，静电纺丝的纺丝电压10kV～30kV。 [0127] 结合第二方面，在本发明的一些实施例中，煅烧的温度为600℃～800℃。 [0128] 结合第二方面，在本发明的一些实施例中，煅烧的时间为6h～12h。 [0129] 步骤S2中： [0130] 将步骤S1得到的无机纳米纤维在液体中分散，液体可以是去离子水。分散可以通过高速均质机将纤维打碎配置成纤维分散液。 [0131] 支架增粘剂包括壳聚糖溶液和海藻酸中的至少一种。 [0132] 支架增粘剂可以先与溶剂醋酸配制成支架增粘剂溶液，支架增粘剂溶液中支架增粘剂的浓度范围是2wt％～5wt％。 [0133] 步骤S3中： [0134] 将所述支架悬浮液冷冻成型，冷冻为真空冷冻。可以将配好的支架悬浮液，填充于用热塑板制成的的模具中，放入冰箱冷冻，温度可以是‑80℃，冷冻时间可以是1h～2h。通过真空冷冻干燥技术，得到支架坯体。 [0135] 热塑板制成的的模具可以是热塑(PET)板制成的1cm×1cm×1cm的模具，也可以根据需要，选择其他形状和尺寸的模具。 [0136] 可以将所述支架坯体切成厚度、直径统一的小圆片，滴加适量的多巴胺溶液至浸泡小圆片，在聚多巴胺溶液浸泡时间可以是12h～24h。聚多巴胺的浓度可以是0.5wt％～1.5wt％。接着加入去离子水清洗，放到超低温冰箱冷冻后真空冷冻干燥处理。真空冷冻干燥处理的时间可以是24h～48h。 [0137] 通过控制多巴胺的浓度，可以得到不同浓度的经多巴胺修饰的无机纳米纤维支架。 [0138] 最后，还可以根据需要，对制得的复合支架进行灭菌处理，灭菌方式包括紫外线辐照灭菌、X射线辐照灭菌、γ射线辐照灭。 [0139] 在第三方面，本发明的一些实施例中，提供了无机纳米纤维复合支架或本发明方法制得的无机纳米纤维复合支架在制备骨修复材料中的应用。 [0140] 本发明的无机纳米纤维复合支架，或本发明方法制得的无机纳米纤维复合支架，在制备骨修复材料中时，镁离子作为生物活性元素，能够促进骨生长和骨组织再生，解决了传统骨修复材料在骨质疏松症治疗中修复速度慢的问题，从而加快骨折愈合和骨缺损修复的速度。多巴胺修饰的复合支架表面具有良好的生物相容性和粘附性，能够促进骨细胞的附着和生长，增强骨修复效果，同时在修复过程中还能抑制细菌的增长，降低感染的风险。多巴胺修饰的复合支架具有优异的光热转换性能，能够提高光热治疗的效率，进一步促进骨组织的修复和再生。 [0141] 镁离子分布在无机纳米纤维内部，相比于分布在表面的镁离子，其作用更加持久，能够持续地促进骨生长和修复，使得支架的治疗效果更加持久和稳定。 [0142] 通过镁离子的引入和多巴胺的修饰，有效克服了传统骨修复材料的生物相容性问题，使得复合支架更适用于临床应用，降低了患者的治疗风险。 [0143] 以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。 [0144] 本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 [0145] 若无特殊说明，本发明中“室温”表示25℃±5℃。 [0146] 若无特殊说明，本发明中“约”表示允许误差在±2％之内。 [0147] 实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。 [0148] 实施例1 [0149] 制备了一种无机纳米纤维复合支架，具体为： [0150] 第一步，4gPVB粉末与36mL的无水乙醇混合，PVB粉末在搅拌台中加入，防止在无水乙醇中成块状溶解不充分，搅拌时间为2‑3h，配置成10％PVB溶液。无机盐溶液配备：加入8g无水乙醇、1.2g超纯水、0.4g冰醋酸、0.096g无水氯化镁、8.5g硅酸乙酯、2.36g四水硝酸钙，搅拌1h。上述两种溶液按照1：2的质量比混合，置于磁力搅拌器上进行搅拌制成纺丝悬浮液； [0151] 第二步，用针管吸入纺丝悬浮液。纺丝悬浮液通过静电纺丝装置进行纤维制备。纺丝间的温度为25‑30℃，湿度为35％‑45％，灌注速度为1mL/h，滚筒速度为65r/min纺丝电压为20kv； [0153] 第四步，取1g经过煅烧的无机纳米纤维并加入去离子水50mL，并用高速均质机将纤维打碎配置成纤维分散液。以0.1mol的醋酸溶液为溶剂，量取19.6mL并加入0.4g壳聚糖颗粒，搅拌均匀配置成2％壳聚糖醋酸溶液。取配备好的纤维分散液50mL与2％壳聚糖醋酸溶液按照7：3的比例，充分混合均匀制成支架的悬浮液； [0154] 第五步，配好的支架悬浮液，填充于用热塑板制成的的模具中放到负80℃的冰箱中冷冻2h。通过真空冷冻干燥48h，得到三维仿生支架； [0155] 第六步，将制备好的无机纳米纤维支架切成厚度、直径统一的小圆片滴加1％聚多巴胺溶液至浸泡小圆片，反应时间为24h后，加入去离子水清洗2‑3遍，放到‑80℃超低温冰箱冷冻30min，真空冷冻干燥48h，得到经聚多巴胺修饰的支架，即无机纳米纤维复合支架。 [0156] 本实施例制备的无机纳米纤维复合支架，无机纳米纤维基材的表面分布有轴向沟槽，经测试，无机纳米纤维基材的直径为2μm～3μm，无机纳米纤维基材中的镁元素含量为0.6wt％，无机纳米纤维基材表面的聚多巴胺含量为1wt％，无机纳米纤维复合支架的孔径为100μm～400μm。 [0157] 实施例2 [0158] 制备了一种无机纳米纤维复合支架，具体为： [0159] 第一步，4gPVB粉末与16mL无水乙醇混合，PVB粉末在搅拌台中加入，防止在无水乙醇中成块状溶解不充分，搅拌时间为2‑3h，配置成5％PVB溶液。无机盐溶液配备：加入8g无水乙醇、1.2g超纯水、0.4g冰醋酸、0.096g无水氯化镁、8.5g硅酸乙酯、2.36g四水硝酸钙，搅拌1h。上述两种溶液按照1：4的质量比混合，置于磁力搅拌器上进行搅拌制成纺丝悬浮液； [0160] 第二步，用针管吸入纺丝悬浮液。纺丝悬浮液通过静电纺丝装置进行纤维制备。纺丝间的温度为25‑30℃，湿度为35％‑45％，灌注速度为1mL/h，滚筒速度为65r/min纺丝电压为20kv； [0161] 第三步，将静电纺丝形成的纤维膜置入马弗炉中在800℃下进行高温煅烧，时间为8h； [0162] 第四步，取1g经过煅烧的无机纳米纤维并加入去离子水50mL，并用高速均质机将纤维打碎配置成纤维分散液。以0.1mol的醋酸溶液为溶剂，量取19.6mL并加入0.4g壳聚糖颗粒，搅拌均匀配置成2％壳聚糖醋酸溶液。取配备好的纤维分散液50mL与2％壳聚糖醋酸溶液按照7:3的比例，充分混合均匀制成支架的悬浮液； [0163] 第五步，配好的支架悬浮液，填充于用热塑板制成的的模具中放到负80℃的冰箱中冷冻2h。通过真空冷冻干燥48h，得到三维仿生支架； [0164] 第六步，将制备好的无机纳米纤维支架切成厚度、直径统一的小圆片滴加0.5％聚多巴胺溶液至浸泡小圆片，浸泡时间为24h后，加入去离子水清洗2‑3遍，放到‑80℃超低温冰箱冷冻30min，真空冷冻干燥48h，得到经聚多巴胺修饰的支架，即无机纳米纤维复合支架。 [0165] 本实施例制备的无机纳米纤维复合支架，无机纳米纤维基材的表面分布有轴向沟槽，经测试，无机纳米纤维基材的直径为2μm～3μm，无机纳米纤维基材中的镁元素含量为0.8wt％，无机纳米纤维基材表面的聚多巴胺含量为0.5wt％，无机纳米纤维复合支架的孔径为100μm～400μm。 [0166] 实施例3 [0167] 制备了一种无机纳米纤维复合支架，具体为： [0168] 第一步，4gPVB粉末与56mL无水乙醇混合，PVB粉末在搅拌台中加入，防止在无水乙醇中成块状溶解不充分，搅拌时间为2‑3h，配置成15％PVB溶液。无机盐溶液配备：加入8g无水乙醇、1.2g超纯水、0.4g冰醋酸、0.096g无水氯化镁、8.5g硅酸乙酯、2.36g四水硝酸钙，搅拌1h。上述两种溶液按照1：5的质量比混合，置于磁力搅拌器上进行搅拌制成纺丝悬浮液； [0169] 第二步，用针管吸入纺丝悬浮液。纺丝悬浮液通过静电纺丝装置进行纤维制备。纺丝间的温度为25‑30℃，湿度为35％‑45％，灌注速度为1mL/h，滚筒速度为65r/min纺丝电压为20kv； [0170] 第三步，将静电纺丝形成的纤维膜置入马弗炉中在800℃下进行高温煅烧，时间为10h； [0171] 第四步，取1g经过煅烧的无机纳米纤维并加入去离子水50mL，并用高速均质机将纤维打碎配置成纤维分散液。以0.1mol的醋酸溶液为溶剂，量取19.6mL并加入0.4g壳聚糖颗粒，搅拌均匀配置成2％壳聚糖醋酸溶液。取配备好的纤维分散液50mL与2％壳聚糖醋酸溶液按照7：3的比例，充分混合均匀制成支架的悬浮液； [0172] 第五步，配好的支架悬浮液，填充于用热塑板制成的的模具中放到负80℃的冰箱中冷冻2h。通过真空冷冻干燥48h，得到三维仿生支架； [0173] 第六步，将制备好的无机纳米纤维支架切成厚度、直径统一的小圆片滴加1.5％聚多巴胺溶液至浸泡小圆片，浸泡时间为24h后，加入去离子水清洗2‑3遍，放到‑80℃超低温冰箱冷冻30min，真空冷冻干燥48h，得到经聚多巴胺修饰的支架，即无机纳米纤维复合支架。 [0174] 本实施例制备的无机纳米纤维复合支架，无机纳米纤维基材的表面分布有轴向沟槽，经测试，无机纳米纤维基材的直径为2μm～3μm，无机纳米纤维基材中的镁元素含量为0.8wt％，无机纳米纤维基材表面的聚多巴胺含量为1.5wt％，无机纳米纤维复合支架的孔径为100μm～400μm。 [0175] 实施例4 [0176] 制备了一种无机纳米纤维复合支架，具体为： [0177] 第一步，4gPVA粉末与25℃蒸馏水混合，搅拌10‑15分钟使颗粒充分分散后，边搅拌边升温至95℃(热熔型PVA)。配置无机盐溶液，加入8g无水乙醇、1.2g超纯水、0.4g冰醋酸、0.096g无水氯化镁、8.5g硅酸乙酯、2.36g四水硝酸钙，搅拌1h。将上述两种溶液按照1：3的比例混合，置于磁力搅拌器上进行搅拌1～2h制成纺丝悬浮液； [0178] 第二步，用针管吸入纺丝悬浮液。纺丝悬浮液通过静电纺丝装置进行纤维制备。纺丝间的温度为30‑34℃，湿度为45％‑50％，灌注速度为0.8mL/h，滚筒速度为65r/min纺丝电压为10kv； [0179] 第三步，将静电纺丝形成的纤维膜置入马弗炉中在800℃下进行高温煅烧，时间为10h； [0180] 第四步，取经过煅烧的无机纳米纤维并加入去离子水，并用高速均质机将纤维打碎配置成纤维分散液。将海藻酸钠粉末与去离子水混合，搅拌均匀配置成2％海藻酸钠溶液，浸泡在钙离子溶液进行交联。将交联好的海藻酸钠与纤维分散液混合，充分混合均匀制成支架的悬浮液； [0181] 第五步，配好的支架悬浮液，填充于用热塑板制成的的模具中放到负80℃的冰箱中冷冻2h。通过真空冷冻干燥48h，得到三维仿生支架； [0182] 第六步，将制备好的无机纳米纤维支架切成厚度、直径统一的小圆片滴加2％聚多巴胺溶液至浸泡小圆片，浸泡时间为24h后，加入去离子水清洗2‑3遍，放到‑80℃超低温冰箱冷冻30min，真空冷冻干燥48h，得到经聚多巴胺修饰的支架，即无机纳米纤维复合支架。 [0183] 本实施例制备的无机纳米纤维复合支架，无机纳米纤维基材的表面分布有轴向沟槽，经测试，无机纳米纤维基材的直径为2μm～3μm，无机纳米纤维基材中的镁元素含量为0.6wt％，无机纳米纤维基材表面的聚多巴胺含量为0.5wt％，无机纳米纤维复合支架的孔径为100μm～400μm。 [0184] 对比例1 [0185] 本对比例和实施例1的区别在于，先静电纺丝后，再将纳米纤维丝在含有镁离子的无机盐溶液中浸泡，镁离子分布在复合支架表面，而不是分布在纳米纤维内部。具体制备方法为： [0186] (1)对堆叠的多层平板丝进行热压，得到热压蚕丝纤维基材； [0187] (2)将所述热压蚕丝纤维基材浸泡于三元溶液中，取出后冷冻干燥，得到预处理蚕丝纤维基材，三元溶液包括CaCl2、乙醇和水； [0188] (3)将预处理蚕丝纤维基材浸泡于含有0.01wt％镁离子的溶液中，进行改性，得到聚多巴胺和镁离子改性的蚕丝支架材料。 [0189] 本对比例制备的支架，经测试，无机纳米纤维基材表面的镁元素含量为0.01wt％，无机纳米纤维基材表面的聚多巴胺含量为0.3wt％。 [0190] 对比例2 [0191] 本对比例和实施例1的区别在于，煅烧温度为400℃，最终制得的复合支架纤维表面没有沟槽。 [0192] 性能测试 [0193] 综上所制备的聚多巴胺修饰后的复合支架拥有优异的光热转换性能和生物相容性，在治疗的同时还兼具抑菌的功效，且能够有效促进骨修复，抑制肿瘤生长。 [0194] 以实施例1为例，如图1所示，镁掺杂的无机纳米纤维直径分布均匀，沿着纤维纵向表面存在沟槽，产生沟槽的原因推测是煅烧过程中PVB的去除。 [0195] 如图2所示，所制备的支架孔径大应在100μm‑400μm之间。 [0196] 如图3所示，所制备的支架具有较好的回弹性和伸缩性。 [0197] 如图7所示，放大倍数为200倍，从图7中可以看出绿色的活细胞居多，死细胞较少，说明所制备的支架拥有优异的生物相容性。 [0198] 将实施例1制备的经聚多巴胺修饰的三维支架进行光热效应测定，将其切成直径为1cm，厚度0.2cm的小圆片，如图4所示，将湿润的样品放在2W的红外光下照射。如图5所示，三维支架的湿态红外成像，本发明实施例1的三维支架湿态最高温度达到83℃，且在2‑3min内达到基本稳定，表明经聚多巴胺修饰后的支架具有良好的光热效应。 [0199] 将实施例1制备的经聚多巴胺修饰的三维支架进行抗菌性能测试，将大肠杆菌和金黄色葡萄球菌分别稀释20倍后，准备3个聚多巴胺修饰后的支架小圆片分别放置与100微升的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌液中。 [0200] 如图6所示，聚多巴胺支架周围形成明显的抑菌圈，表明经聚多巴胺修饰后的支架具有优异的抗菌性能。 [0201] 进一步地，将聚多巴胺修饰后的支架制作成直径为1、厚度为0.2cm的小圆片用于小鼠颅骨缺损处治疗。 [0202] 如图8所示，十二周后，观察小鼠颅骨CT发现小鼠头部有明显骨生长，证明该支架具有很好的成骨修复能力，较好的成骨活性，可以用作骨组织再生支架应用与骨组织修复中。 [0203] 对比例1的支架，镁离子分布在复合支架表面，和实施例1相比，在纤维纺制中包含镁离子，镁离子分布在纳米纤维内部，致使释放相对缓慢，可以避免因过量释放镁离子而可能带来的细胞毒性，从而抑制骨组织的矿化和成熟。 [0204] 对比例2的支架，纤维表面没有沟槽，支架表面的有效接触面积小，不利于细胞附着和生长。和实施例1的支架相比，支架的生物活性、组织相容性和功能性变差。 [0205] 上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。 |
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