本發(fā)明涉及生物醫(yī)用材料，特別涉及一種結構仿生的骨修復材料及應用。

背景技術：

1、天然骨中，主要無機組分和有機組分別是羥基磷灰石與膠原蛋白，以牙齒為例，牙齒包括牙髓、牙骨質(zhì)、牙本質(zhì)和牙釉質(zhì)，其中，主體部分是牙本質(zhì)，牙本質(zhì)中無機鹽類約占比70％，主要為羥磷灰石、含磷酸鈣等，有機物約占比30％，主要是膠原蛋白。

2、專利號cn100341588c的專利公開了一種多孔膠原復合納米羥基磷灰石人工骨的制備方法，分別單獨制得膠原蛋白與納米羥基磷灰石后，將其混合，該種方法易于控制膠原和羥基磷灰石的比例，但只能實現(xiàn)成分仿生，無法實現(xiàn)結構仿生；專利號cn114832159b的專利記載了一種礦化膠原材料、制備方法及應用，將naoh、na3po4和甘油組成的第二溶液加入cacl2、c2h5oh和膠原構成的第一溶液，以獲得成分和結構上均仿生的高度礦化膠原凝膠，雖然文獻中提到其可以通過凍干以獲得塊狀材料，但材料在植入后通常處于人體濕態(tài)環(huán)境下，塊狀材料仍會轉(zhuǎn)變?yōu)槟z狀態(tài)，而凝膠態(tài)材料作為骨植入材料，易出現(xiàn)擴散和泄露，引起免疫反應和感染的幾率更高，同時，傷后感染后，會產(chǎn)生酸，進一步影響骨愈合，并且該文獻并未提到所得凝膠材料的孔徑，而植骨材料的孔徑大小對機械性能和生物性能有著很大的影響。

技術實現(xiàn)思路

1、為了克服上述問題，在保證植骨材料處于濕態(tài)環(huán)境時，不僅不易出現(xiàn)擴散和泄露，而且具有一定的抗菌效果的前提下，還具有良好的成骨細胞結合、長入效果的生物學性能和濕態(tài)環(huán)境下實現(xiàn)自支撐的機械性能，本發(fā)明第一方面提供了一種結構仿生的骨修復材料，骨修復材料為多孔材料，孔隙率為83-95%，孔徑分布為0-400um，其中，50-175um的孔徑占比70-95%。

2、優(yōu)選的，骨修復材料的孔隙率為83-92%。

3、優(yōu)選的，骨修復材料的孔徑分布為0-350um，其中，50-175um的孔徑占比70-95%。

4、進一步優(yōu)選的，骨修復材料的孔徑分布為0-350um，其中，50-175um的孔徑占比70-90%。

5、作為一種優(yōu)選的實施方式，所述結構仿生的骨修復材料的中值孔徑70-100um。

6、優(yōu)選的，骨修復材料的中值孔徑70-90um。

7、中值孔徑是指在孔徑分布譜的頂點對應的孔徑值，即孔隙網(wǎng)絡中數(shù)量最多的孔的孔徑。中值孔徑對于孔徑分布不對稱的多孔材料的研究具有重要意義。

8、green?d等人曾研究發(fā)現(xiàn)，對于多孔骨修復材料而言，15-50μm的孔能夠誘導纖維管組織長入，50-150μm的孔能夠刺激骨樣組織生成，150-500μm的孔能夠直接使得礦化骨誘發(fā)生成。除此之外，雖然，較大的孔徑的修復材料能直接刺激礦化骨生成，但如果僅依靠礦化骨的直接生成，有可能會造成成骨部位中有機物和無機物的比例的一定程度失衡，成骨部位的物理性能諸如?出現(xiàn)裂痕、變脆的風險升高，同時也會使修復速度受到影響。因此，需要對骨修復材料中的孔徑分布進行一定控制，尤其是較小的孔徑（50-150μm的孔）的孔的占比進行控制，從而控制骨愈合進程中，在原有缺損基礎上，骨樣組織的誘導生成行為占較大比重，從而使最終的成骨部分結構的匹配性更高。

9、優(yōu)選的，結構仿生的骨修復材料的容重為0.2-0.3g/cm3。

10、作為一種優(yōu)選的實施方式，所述結構仿生的骨修復材料由脫細胞基質(zhì)（acellulartissue?matrix，actm）模板上加入水溶性鈣鹽-氟化物進行原位前處理后，繼續(xù)加入磷酸鹽以進行原位礦化生長后，凍干，交聯(lián)，清洗后二次凍干獲得。

11、作為一種優(yōu)選的實施方式，所述結構仿生的骨修復材料由actm模板上加入水溶性鈣鹽-氟化物進行原位前處理30-60min后，繼續(xù)加入磷酸鹽以進行原位礦化生長19-24h后，凍干，交聯(lián)，清洗后二次凍干獲得。

12、作為一種優(yōu)選的實施方式，所述原位前處理在ph=10.6-11.4的氛圍下進行。

13、優(yōu)選的，ph=10.6-11.4的氛圍通過氨水來調(diào)節(jié)。

14、通常來說，在堿性條件下進行磷酸鹽和鈣鹽反應時可能會生成多種產(chǎn)物，比如羥基磷灰石、磷酸氫鈣二水合物、磷酸三鈣、磷酸八鈣等，通過控制ph可以控制生成產(chǎn)物，在ph=9-11時，各種產(chǎn)物中羥基磷灰石由于溶解度最小，因此此時產(chǎn)物也已羥基磷灰石為主。本發(fā)明中，反應體系中除了鈣鹽，還引入氟化物，由于氟磷灰石比羥磷灰石的溶解度小，反應向溶解度減小的方向進行，生成部分氟磷灰石和氫氧化物，從而使溶液仍舊保持堿性環(huán)境，同時氟磷灰石中氟以離子形式存在。

15、在骨組織愈合的過程中，一旦細菌入侵，會產(chǎn)生酸，從而對愈合產(chǎn)生負面影響。為了避免局部酸性條件的產(chǎn)生，發(fā)明人在體系中引入氟化物，不僅可以增強對酸的抗性，而且氟離子還具有一定的抗菌效果。但同時，氟化物的引入也有可能對成骨部位造成傷害，比如骨脆化的發(fā)生，比如易出現(xiàn)裂紋裂縫，甚至斷裂。

16、作為一種優(yōu)選的實施方式，所述原位前處理和原位礦化的反應溫度為35-39℃。

17、優(yōu)選的，原位前處理和原位礦化的反應溫度為37℃。

18、為了控制骨修復材料的孔隙率和孔徑分布，發(fā)明人進行了大量的探究性實驗，發(fā)現(xiàn)對于脫細胞基質(zhì)-鈣鹽-氟化物-磷酸鹽的礦化體系中，礦化反應前的原位前處理的溫度和ph控制對最終得到的骨修復材料的孔隙率和孔徑分布有著重要的影響。通過控制10.6-11.4的ph和35-39℃的原位前處理反應溫度，使得骨修復材料的孔隙率為83-92%，孔徑分布為0-350um，其中，50-175um的孔徑占比70-95%，在原位前處理基礎上，進一步控制原位礦化反應時溫度35-39℃，不僅加強了上述孔徑分布的可控性，而且意外地使得修復的成骨部位不易出現(xiàn)裂痕和變色，這一定程度上說明其可能克服了氟化物引入帶來的骨脆化的問題，發(fā)明人猜測，上述條件控制影響了羥基磷灰石的結晶度和沉積行為，所得的特定結晶度的礦物可能更多地沉積在actm模板的纖維骨架外部，從而使得材料不易發(fā)生拉伸-收縮的機械現(xiàn)象。

19、作為一種優(yōu)選的實施方式，所述actm模板和水溶性鈣鹽-氟化物的體積質(zhì)量比為（23-40）ml：（1.8-6.4）g。

20、優(yōu)選的，水溶性鈣鹽-氟化物由水溶性鈣鹽和水溶性氟化物組成。

21、優(yōu)選的，水溶性鈣鹽-氟化物中，水溶性鈣鹽和水溶性氟化物的摩爾質(zhì)量比為100：（1-50）。

22、進一步優(yōu)選的，水溶性鈣鹽-氟化物中，水溶性鈣鹽和水溶性氟化物的摩爾質(zhì)量比為100：（1-15）或100：（39-50）。

23、優(yōu)選的，水溶性鈣鹽為硝酸鈣、乙酸鈣、氯化鈣、碳酸氫鈣或檸檬酸鈣中的一種或幾種。

24、進一步優(yōu)選的，水溶性鈣鹽為乙酸鈣。

25、優(yōu)選的，水溶性氟化物為氟化鈉、氟化鉀或氟化鈣中的一種或幾種

26、進一步優(yōu)選的，水溶性氟化物為氟化鈉或氟化鉀。

27、作為一種優(yōu)選的實施方式，所述水溶性鈣鹽-氟化物和磷酸鹽的質(zhì)量比為（2.12-2.43）：1。

28、磷酸鹽為磷酸氫二銨、磷酸氫二鉀或磷酸氫二鈉中的一種或幾種；

29、作為一種優(yōu)選的實施方式，所述actm模板為脫細胞基質(zhì)漿液。

30、優(yōu)選的，脫細胞基質(zhì)漿液由脫細胞基質(zhì)和酸性蛋白酶水溶液混合制得。

31、脫細胞基質(zhì)漿液由脫細胞基質(zhì)和酸性蛋白酶水溶液混合制得，其中，脫細胞基質(zhì)在脫細胞基質(zhì)漿液中的初始投放濃度為0.01-0.2g/ml。

32、酸性蛋白酶水溶液可以為酸性胃蛋白酶水溶液。

33、脫細胞基質(zhì)的獲得過程參照專利號cn106075583b的專利內(nèi)容記載。

34、脫細胞基質(zhì)來源包括人和哺乳動物的腸、食管、胃等空腔臟器的黏膜下層、基底膜、心包、真皮等的至少一種。

35、脫細胞基質(zhì)所含有的膠原蛋白以纖維的形式存在，有利于細胞的粘附、增值和分化，能促進組織再生修復，富含的纖維粘連蛋白，在細胞與細胞、細胞與基質(zhì)之間起粘附作用，并在血管形成和調(diào)節(jié)細胞與基質(zhì)之間信息傳遞方面起到重要作用。近年來在各種組織器官的重要修復中得到廣泛研究和應用。研究表明，脫細胞基質(zhì)生物材料對骨細胞具有引導作用，有良好的生物相容性。

36、優(yōu)選的，所述結構仿生的骨修復材料由actm模板上加入水溶性鈣鹽-氟化物進行原位前處理30-60min后，繼續(xù)加入磷酸鹽以進行原位礦化生長19-24h后，凍干，浸沒于0.1-2mol/l交聯(lián)劑水溶液交聯(lián)，蒸餾水清洗后二次凍干獲得。

37、交聯(lián)劑為1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺（edc）或戊二醛。

38、本發(fā)明第二方面提供了一種結構仿生的骨修復材料在牙齒修復材料、頜骨修復材料、脊柱修復材料、關節(jié)修復材料、骨盆修復材料的應用。

39、有益效果

40、（1）脫細胞基質(zhì)actm模板與羥基磷灰石在分子級水平上的鍵合形成復合材料，仿生模擬天然骨組織結構和成分，有利于人體細胞及大分子對其識別，提高了材料植入體內(nèi)后的生物活性。本發(fā)明通過對對骨修復材料中的孔徑分布進行控制，尤其是較小的孔徑的孔的占比進行控制，從而控制骨愈合進程中，在原有缺損基礎上，骨樣組織的誘導生成行為占較大比重，從而使最終的成骨部分結構的匹配性更高。

41、（2）與其他同種異體骨或異種骨（脫鈣骨基質(zhì)dbm）材料相比，本發(fā)明所得結構仿生的骨修復材料生物的不易引起免疫反應，材料植入體內(nèi)后的生物相容性高，而且具有優(yōu)異的骨再生活性。

42、（3）液體吸濕性高，能夠更好的吸附內(nèi)源性生長因子，提高成骨活性。

43、（4）材料抗菌效果提高，進一步促進骨愈合的同時，不易出現(xiàn)裂痕、裂縫和變色，機械強度高，克服了氟化物引入帶來的骨脆化的問題。

44、（5）具有良好的成骨細胞結合、長入效果的生物學性能和濕態(tài)環(huán)境下實現(xiàn)自支撐的機械性能。