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CN113913961B - 一种活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维及其制备方法 - Google Patents

一种活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维及其制备方法 Download PDF

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CN113913961B
CN113913961B CN202111353411.5A CN202111353411A CN113913961B CN 113913961 B CN113913961 B CN 113913961B CN 202111353411 A CN202111353411 A CN 202111353411A CN 113913961 B CN113913961 B CN 113913961B
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collagen
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mineralized collagen
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赵勇刚
王秀梅
郑靖川
熊洋
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Tsinghua University
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Tsinghua University
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
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Abstract

本申请提供了一种活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维及其制备方法，所述矿化胶原纳米纤维由胶原纤维和针状羟基磷灰石晶体组成；所述羟基磷灰石晶体晶格中的部分钙元素被含有所述活性元素的阳离子取代，和/或，所述羟基磷灰石晶体晶格中的部分磷酸根被含有所述活性元素的阴离子取代。本申请制备工艺简单易行，得到的矿化胶原纳米纤维与高分子材料(胶原、PCL等)复合后得到的产品，可明显提升原始高分子材料的强度和刚度。此外，多种活性元素掺杂方案以满足骨修复过程中材料降解提供的抑制肿瘤、抗感染、免疫调节的细胞微环境。这为高分子骨修复材料的设计发展提供了良好的思路，为人类健康和社会发展带来更大的经济效益。

Description

一种活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维及其制备方法
技术领域
本文涉及但不限于生物医用材料领域，尤其涉及但不限于一种活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维及其制备方法。
背景技术
天然骨主要是由无机成分和有机成分两大部分组成，其中无机成份主要是低结晶的羟基磷灰石(hydroxyapatite，HA)，而有机成分则主要由蛋白和多糖类物质构成。体外制备的仿生材料相较于天然骨材料，具有来源充足、低免疫原性的优点。选取钙磷元素作为主要成分模拟天然骨成分，乃至采用体外矿化方法模拟天然骨最小结构单元的骨材料有很多，能够起到较好的成骨诱导效果。
然而在临床需求上，骨缺损的修复不仅要考虑到骨再生性能，结合造成骨缺损的原因以及术后的修复需求，具有针对性的附加功能同样十分关键。天然骨中除了钙、磷这些主要成分以外，还存在多种微量元素，如镁、硅、锌等等。微量元素的引入不仅能够提升材料的成骨诱导能力，还能实现多种附加生物学功能。但是现有技术中合成微量元素掺杂的矿化胶原的方法复杂繁琐，并且得到的也并非纤维形式的矿化胶原，极大限制了此类人工合成材料的发展和应用。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制本申请的保护范围。
本发明涉及一种原位共组装多活性元素掺入矿化胶原纳米纤维制备方法，在分子水平上由胶原蛋白组装成模板调控纳米钙磷盐的原位沉积和共组装。
本申请提供了一种活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维，所述活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维由胶原纤维和针状羟基磷灰石晶体组成；
所述羟基磷灰石晶体晶格中的部分钙元素被含有所述活性元素的阳离子取代，
和/或，所述羟基磷灰石晶体晶格中的部分磷酸根被含有所述活性元素的阴离子取代；活性元素的阴离子可以为活性元素阴离子含氧酸根；
所述活性元素包括硅、硒、镁、锌、锶、银、铁(三价铁)和铜(二价铜)中的任意一种或更多种；
钙元素与含有所述活性元素阳离子的化学计量数，与所述磷酸根和含有所述活性元素阴离子之和的化学计量数的比为(1.45:1)至(1.8:1)；
含有所述活性元素阳离子与所述钙离子的摩尔比(5至8):(92至95)；含有所述活性元素阴离子与所述磷酸根的摩尔比(5至7):(93至95)。
在本申请提供的一种实施方式中，所述活性元素阳离子和所述活性元素阴离子的含量可以为0。
在本申请提供的一种实施方式中，所述活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维的平均长度为250nm至300nm；
在本申请提供的一种实施方式中，所述活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维的平均直径为5nm至7nm。
又一方面，本申请提供了上述的活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维的制备方法，包括：使用原位共组装法制备所述活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维，在加入钙盐离子时同时加入包含活性元素的阳离子，和/或，在加入磷酸根离子时同时加入包含活性元素的阴离子。
在本申请提供的一种实施方式中，活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)将I型胶原海绵与磷酸溶液混合，使得I型胶原海绵完全溶解，得到胶原模板溶液备用；
当所述活性元素以阴离子的形式掺入时，先将含有所述阴离子的盐与所述磷酸溶液混合至完全溶解，再与所述I型胶原海绵混合；
(2)配制钙盐溶液，可选地，所述钙盐溶液的体积和胶原模板溶液的体积相同；
当所述活性元素以阳离子的形式掺入时，先将含有所述阳离子的盐与所述钙盐溶液混合直至完全溶解，再与所述胶原模板溶液混合；
(3)配置缓冲溶液；
(4)将所述胶原模板溶液与所述钙盐溶液滴定在缓冲溶液中，滴定完成后得到混合液；滴定过程中，所述混合液的pH值维持在8至10之间；
(5)将步骤(4)所述混合液进行高速离心，离心得到的上清液替换为同等体积的超纯水，直至测量上清液的pH为7至8左右，停止高速离心；
(6)去除步骤(5)得到的沉淀物的水分，即得活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维；
可选地，所述制备方法由以上内容组成。
在本申请提供的一种实施方式中，含有活性元素的阳离子与钙离子的摩尔比为(5至10):(95至90)；
在本申请提供的一种实施方式中，含有活性元素的阴离子与钙离子的摩尔比为(5至10):(95至90)；
在本申请提供的一种实施方式中，(钙离子+活性元素阳离子)/(磷酸根离子+活性元素阴离子)的化学计量数的比为(1.65:1)至(1.8:1)；
在本申请提供的一种实施方式中，步骤(1)所述磷酸溶液的浓度0.5mol/L至2mol/L，I型胶原海绵的质量与磷酸溶液的体积比为0.1g/L至10g/L；
在本申请提供的一种实施方式中，步骤(1)所述混合的混合时间为4h至12h；可选地，所述混合的混合温度为35℃至38℃。
在本申请提供的一种实施方式中，步骤(2)中所述钙盐溶液中还包括氢氧根，所述钙离子和所述活性元素阳离子之和与所述氢氧根的摩尔比为2:1。
在本申请提供的一种实施方式中，步骤(3)所述缓冲溶液选自Tris-HCl和磷酸盐缓冲溶液中的任意一种或更多种。
在本申请提供的一种实施方式中，步骤(4)所述滴定的流速为400ml/h至500ml/h；
在本申请提供的一种实施方式中，步骤(4)所述滴定完成后，搅拌12h至36h；可选地，所述滴定完毕后，反应温度控制在30℃至37℃。
在本申请提供的一种实施方式中，步骤(5)所述离心的速度在3000转/min至17000转/min。
在本申请提供的一种实施方式中，步骤(6)所述去除水分为低温冻干，包括：将所述沉淀物在4℃至8℃干燥，之后采用冷冻干燥去除残留水分；可选地，所述冷冻干燥机的冷井温度在2℃至4℃之间，真空度在10Pa至30Pa之间，冷冻干燥持续时间为24h至72h。
在本申请提供的一种实施方式中，将所得混合物使用磁力搅拌器搅拌的方式充分混合。
本申请提供的活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维具备良好的骨相容性、骨传导性以及一定的成骨诱导能力。不仅能实现材料植入后与原始骨组织的结合，同时能够募集成骨相关细胞并促使其向成骨方向分化，从而实现骨再生。
同时，本申请提供的活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维并不会对X射线产生遮挡。
本申请提供一种活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维结构，该结构能在骨修复领域提供多元强化作用。
此外，本申请提供的活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维可作为高分子材料的增强体，长纤维结构可明显增加例如纤维膜等材料的韧性以及强度。通过控制结晶度的高低，匹配降解速率与成骨速率之间的作用。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书中所描述的方案来发明实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本申请实施例制备得到的活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维粉末。
图2为活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维的TEM电镜纳米纤维形貌。从图中可以看出放大倍数20万，标尺为20nm，最终产物均呈现独立的纤维结构，其长度在250nm至300nm之间。不同的活性元素掺入后，不会改变矿化胶原纳米纤维的尺寸。
图3a和图3b为实施例6制备得到的硅镁元素掺杂的矿化胶原纳米纤维SEM形貌。图3b为图3a中选中区域的局部放大图，从图中可以看出冻干处理得到的产物呈现纤维状，元素掺入不会影响矿化胶原纳米纤维的结构形貌。
图4为实施例6制备得到的硅镁元素掺杂的矿化胶原纳米纤维的EDS元素分布示意图。从图中可以看出Mg，Si元素成功掺入矿化胶原纳米纤维结构。
图5a、图5b、图5c、图5d、图5e、图5f、图5g为实施例6制备得到的硅镁元素掺杂的矿化胶原纳米纤维的硅镁元素面扫描元素分布图。从图中可以看出，硅镁元素成功引入，均呈现重叠规则性掺入形貌。
图6a、图6b为实施例1制备得到的锶元素掺杂的矿化胶原纳米纤维SEM形貌。图6b为图6a中选中区域的局部放大图，从图中可以看出冻干处理得到的产物呈现纤维状，元素掺入不会影响矿化胶原纳米纤维结构形貌。
图7a、图7b、图7c、图7d、图7e、图7f为实施例1制备得到的锶元素掺杂的矿化胶原纳米纤维的锶元素面扫描元素分布图。从图中可以看出，Sr元素成功引入，呈现重叠规则性掺入形貌。
图8为应用例2和应用例3制得的纤维膜的应力-应变曲线。从图中可以看出在包含硅镁元素掺杂的矿化胶原纳米纤维基于静电纺丝得到的纤维膜，相较同方法制得的不包含硅镁元素掺杂的矿化胶原纤维，强度获得明显提升。
图9为包含本申请实施例1提供的锶掺杂的矿化胶原纳米纤维的纤维膜的大鼠颅骨修补动物实验示意图(各组膜的尺寸相同)。图中contrast为对照组、collagen membrane为普通胶原膜(根据静电纺丝制得的胶原纤维膜)、BLB为包含应用例3制备的纤维膜、Srsubstituted BLB为应用例1制备的锶掺杂的矿化胶原纳米纤维与胶原复合组，2w为两周、3W为三周；从图中可以看出实施例1制备的纤维结构与其他高分子结构材料混合可以促进骨修复。Sr元素的加入更加促进了了骨修复过程。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本申请提供的实施例中，原料来源如下：硅酸钠(Na2SiO3，分析纯)，无水氯化钙(CaCl2，分析纯)，氢氧化钠(NaOH，分析纯)和氨水(NH4OH分析纯)购自国药化学试剂有限公司；六水合氯化锶(SrCl2·6H2O，99.5％，购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；I型胶原海绵(来自牛尾皮的去端肽胶原，MW 300,000牛尾，河北考力森公司)；磷酸(H3PO4，分析纯，上海泰坦科技股份有限公司)；Tris-HCl(C4H11NO3·HCl，分析纯，北京百迪生物科技有限公司)。
实施例1
(1)将I型胶原海绵溶于磷酸超纯水溶液中，其中磷酸溶液的浓度0.5mol/L，I型胶原海绵的质量与磷酸溶液的体积比为0.1g:1L。将所得混合物使用磁力搅拌器搅拌的方式充分混合，混合的时间为6h，使得加入的I型胶原模板充分溶解，记为阴离子溶液备用。搅拌的过程中维持体系的温度在35-38℃之间。
(2)配制氯化钙超纯水溶液，根据预设置掺杂阳离子盐(Sr)摩尔相对百分比为9％加入CaCl2溶液中搅拌并溶解均匀(即锶离子与钙离子摩尔比为9:91)。
配置NaOH超纯水溶液，保证(钙离子+锶离子)/OH的摩尔比为2。将NaOH溶液加入含钙锶阳离子溶液中，记为阳离子溶液备用。
配置的阳离子溶液与步骤(1)制备的溶液体积比为1:1。总量保证(钙离子+锶离子)/(磷酸根离子)化学计量数的比为1.65:1。
(3)配置溶度为1mol/L的Tris-HCl缓冲溶液，即称量0.2mol的Tris-HCl溶于200ml超纯水，作为反应釜液。应用0.5mol/L的氨水与HCl溶液调节反应釜液pH值在8至10之间。
(4)将阴离子溶液与阳离子溶液同时滴定在反应釜液中，控制流速维持在500ml/h，在滴定过程中保证反应釜液的pH维持在8至10之间，滴定完毕后，反应温度控制在37℃，避光反应充分搅拌16h。等体积的阴离子溶液与阳离子溶液同时滴定完毕。
(5)将步骤(4)体系转移到离心管中进行高速离心。每次离心结束后，收集上清液，测量上清液的pH值，并向离心管中加入与上清液等体积的超纯水，用玻璃棒搅起沉淀使其与超纯水充分接触以实现对沉淀物的清洗，再次离心。如此重复两到三次(3000转/min)，直至测量的洗出液的pH值为7至8左右；最后17000转/min得到清洗后的沉淀物。
(6)将清洗后得到的沉淀物置于4℃的环境下干燥，之后采用冷冻干燥机去除其中残留的水分，冷冻干燥机的冷井温度在4℃之间，真空度在30Pa之间，冷冻干燥持续时间为50h以上。干燥完成即得锶掺杂的矿化胶原纳米纤维。
本实施例制得的锶掺杂的矿化胶原纳米纤维如图6所示，从图7可以看出，羟基磷灰石晶体晶格中的钙离子被Sr元素取代。
如表1所示，本实施例制得的锶掺杂的矿化胶原纳米纤维中的钙离子与锶离子的化学计量数之和与所述磷酸根阴离子的化学计量数的比为1.80:1。
如表1所示，本实施例制得的锶掺杂的矿化胶原纳米纤维中的锶离子与所述钙离子的摩尔比6:94。
本实施例制得的锶掺杂的矿化胶原纳米纤维的平均长度为250nm至300nm，平均直径为5nm至7nm。
实施例2
(1)将I型胶原海绵溶于磷酸超纯水溶液中，其中磷酸溶液的浓度2mol/L，I型胶原海绵的质量与磷酸溶液的体积比为10g:1L。将所得混合物使用磁力搅拌器搅拌的方式充分混合，混合的时间为12h，使得加入的I型胶原模板充分溶解，记为阴离子溶液备用。搅拌的过程中维持体系的温度在35℃至38℃之间。
(2)配制氯化钙超纯水溶液，根据预设置掺杂阳离子盐(Sr)摩尔相对百分比7％加入CaCl2溶液中搅拌并溶解均匀(即锶离子与钙离子摩尔比为7:93)。
配置NaOH超纯水溶液，保证(钙离子+锶离子)/OH的摩尔比为2。将NaOH溶液加入含钙锶阳离子溶液中，记为阳离子溶液备用。
配置的阳离子溶液与步骤(1)制备的溶液体积比为1:1。总量保证(钙离子+掺阳离子)/(磷酸根离子)化学计量数的比为1.67:1。
(3)配置溶度为5mol/L的Tris-HCl缓冲溶液，即称量1.0mol的Tris-HCl溶于200ml超纯水，作为反应釜液。应用0.5mol/L的氨水与HCl溶液调节反应釜液pH值在8至10之间。
(4)将阴离子溶液与阳离子溶液同时滴定在反应釜液中，控制流速维持在500ml/h，在滴定过程中保证反应釜液的pH维持在8至10之间，滴定完毕后，反应温度控制在37℃，避光反应充分搅拌36h。等体积的阴离子溶液与阳离子溶液同时滴定完毕。
(5)将步骤(4)体系转移到离心管中进行高速离心。每次离心结束后，收集上清液，测量上清液的pH值，并向离心管中加入与上清液等体积的超纯水，用玻璃棒搅起沉淀使其与超纯水充分接触以实现对沉淀物的清洗，再次离心。如此重复两到三次(3000转/min)，直至测量的洗出液的pH值为7至8左右；最后17000转/min得到清洗后的沉淀物。
(6)将清洗后得到的沉淀物置于4℃的环境下干燥，之后采用冷冻干燥机去除其中残留的水分，冷冻干燥机的冷井温度在4℃之间，真空度在30Pa之间，冷冻干燥持续时间为50h以上。
本实施例制得的锶掺杂的矿化胶原纳米纤维中，钙离子与锶离子的化学计量数之和与所述磷酸根的化学计量数的比为1.67:1；
本实施例制得的锶掺杂的矿化胶原纳米纤维中锶离子与所述钙离子的摩尔比6:94；
本实施例制得的锶掺杂的矿化胶原纳米纤维的平均长度为250nm至300nm，平均直径为5nm至7nm。
实施例3
(1)将I型胶原海绵溶于磷酸超纯水溶液中，其中磷酸溶液的浓度1mol/L，I型胶原海绵的质量与磷酸溶液的体积比为2g:1L。将所得混合物使用磁力搅拌器搅拌的方式充分混合，混合的时间为9h，使得加入的I型胶原模板充分溶解，记为阴离子溶液备用。搅拌的过程中维持体系的温度在35℃至38℃之间。
(2)配制氯化钙超纯水溶液，根据预设置掺杂阳离子盐(Sr)摩尔相对百分比7％加入CaCl2溶液中搅拌并溶解均匀(即锶离子与钙离子摩尔比为7:93)。
配置NaOH超纯水溶液，保证(钙离子+锶离子)/OH的摩尔比为2。将NaOH溶液加入含钙锶阳离子溶液中，记为阳离子溶液备用。
配置的阳离子溶液与步骤(1)制备的溶液体积比为1:1。总量保证(钙离子+锶离子)/(磷酸根离子)化学计量数的比为1.67:1。
(3)配置溶度为3mol/L的Tris-HCl缓冲溶液，即称量0.6mol的Tris-HCl溶于200ml超纯水，作为反应釜液。应用0.5mol/L的氨水与HCl溶液调节反应釜液pH值在8至10之间。
(4)将阴离子溶液与阳离子溶液同时滴定在反应釜液中，控制流速维持在450ml/h，在滴定过程中保证反应釜液的pH维持在8至10之间，滴定完毕后，反应温度控制在37℃，避光反应充分搅拌24h。等体积的阴离子溶液与阳离子溶液同时滴定完毕。
(5)将步骤(4)体系转移到离心管中进行高速离心。每次离心结束后，收集上清液，测量上清液的pH值，并向离心管中加入与上清液等体积的超纯水，用玻璃棒搅起沉淀使其与超纯水充分接触以实现对沉淀物的清洗，再次离心。如此重复两到三次(3000转/min)，直至测量的洗出液的pH值为7至8左右；最后17000转/min得到清洗后的沉淀物。
(6)将清洗后得到的沉淀物置于4℃的环境下干燥，之后采用冷冻干燥机去除其中残留的水分，冷冻干燥机的冷井温度在4℃之间，真空度在30Pa之间，冷冻干燥持续时间为50h以上。干燥完成即得锶掺杂纳米矿化胶原。
本实施例制得的锶掺杂的矿化胶原纳米纤维中，钙离子与镁离子的化学计量数与所述磷酸根的化学计量数的比为1.65:1；
本实施例制得的锶掺杂的矿化胶原纳米纤维中，锶离子与所述钙离子的摩尔比6:94；
本实施例制得的锶掺杂的矿化胶原纳米纤维的平均长度为250nm至300nm，平均直径为5nm至7nm。
实施例4
本实施例与实施例1的区别仅在于：
活性元素Mg替换Sr，用量及其他的制备过程与实施例1完全相同。
本实施例制得的镁掺杂的矿化胶原纳米纤维中，钙离子与镁离子的化学计量数与所述磷酸根的化学计量数的比为1.55:1；
本实施例制得的镁掺杂的矿化胶原纳米纤维中的镁离子与所述钙离子的摩尔比7.8:92.2；
本实施例制得的镁掺杂的矿化胶原纳米纤维的平均长度为250nm至300nm，平均直径为5nm至7nm。
实施例5
本实施例与实施例1的区别仅在于：
活性元素为Si，不涉及Sr；
(1)根据预设值掺杂阴离子盐(硅酸钠Na2SiO3)摩尔相对百分比6％加入磷酸超纯水溶液中搅拌均匀。再将I性胶原海绵溶于上述磷酸超纯水溶液中，其中磷酸溶液的浓度0.5mol/L，I型胶原海绵的质量与磷酸溶液的体积比为0.1g:1L。将所得混合物使用磁力搅拌器搅拌的方式充分混合，混合的时间为6h，使得加入的I型胶原模板充分溶解，记为阴离子溶液备用。搅拌的过程中维持体系的温度在35℃至38℃之间。
本实施例中步骤(2)不涉及活性元素Sr，配置NaOH超纯水溶液，保证(钙离子)/OH＝2。将NaOH溶液加入含钙阳离子溶液中，记为阳离子溶液备用。其他步骤与实施例1相同。
本实施例制得的硅掺杂的矿化胶原纳米纤维中的钙离子的化学计量数之和与所述磷酸根阴离子的化学计量数的比为1.67:1；
本实施例制得的硅掺杂的矿化胶原纳米纤维中硅酸根与所述磷酸根的摩尔比5:95；
本实施例制得的硅掺杂的矿化胶原纳米纤维的250nm至300nm，平均直径为5nm至7nm。
实施例6
本实施例与实施例5的区别仅在于，包含Mg阳离子掺杂和Si硅酸根阴离子掺杂。
本实施例中步骤(2)引入了镁离子：(2)配制氯化钙超纯水溶液，根据预设置掺杂阳离子盐(Mg)摩尔相对百分比9％加入CaCl2溶液中搅拌并溶解均匀。
配置NaOH超纯水溶液，保证(钙离子+镁离子)/OH的摩尔比为2。将NaOH溶液加入含钙镁阳离子溶液中，记为阳离子溶液备用。
如表2所示，本实施例制得的矿化胶原纳米纤维中的(钙离子+镁离子)/(磷酸根离子+硅酸根离子)的化学计量数的比为1.45:1。
如表2所示，本实施例制得的镁硅掺杂的矿化胶原纳米纤维中的硅酸根与所述磷酸根的摩尔比5:95；
如表2所示，本实施例制得的镁硅掺杂的矿化胶原纳米纤维中的镁离子和钙离子的摩尔比为7.8:92.2；
本实施例制得的镁硅掺杂的矿化胶原纳米纤维的平均长度为250nm至300nm，平均直径为5nm至7nm。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于：
本对比例不涉及Sr元素掺杂，其他原料及制备方法与实施例1相同。
表1实施例1制得的锶掺杂的矿化胶原纳米纤维元素含量分布
元素 质量百分含量 原子数百分含量
C 12.64 24.35
O 45.13 55.06
Sr 1.62 0.79
P 15.06 7.36
Ca 25.55 12.44
总计 100.00 100
表2实施例6制得的镁硅掺杂的矿化胶原纳米纤维中元素含量分布
元素 质量百分含量 原子数百分含量
C 28.24 39.55
O 46.11 47.31
Mg 0.86 0.61
Si 0.5 0.27
P 9.41 5.08
Ca 14.88 7.18
总计 100.00 100.00
应用例1
本应用例使用实施例1制得的锶掺杂的矿化胶原纳米纤维为原料制备纤维膜包括以下步骤：
(1)取实施例1制备的锶掺杂的矿化胶原纳米纤维，混入胶原和六氟异丙醇，连续剧烈搅拌28h以保证充分混合均匀。实施例1制备的锶掺杂的矿化胶原纳米纤维、胶原和六氟异丙醇溶液的质量比为1.0:0.6:10。
(2)通过静电纺丝，形成连续且具有一定厚度(厚度根据需要可以为20μm至200μm)的纤维膜。静电纺丝工艺可以参照“[1]李岩,黄争鸣.聚合物的静电纺丝[J].高分子通报,2006(05):12-19.”或本领域常规静电纺丝工艺。
(3)将步骤(2)制得的膜在25℃干燥箱中烘干24h，保证去除残余的微量六氟异丙醇。之后将多层膜叠加，用压片机进行在3MPa进行等压压制5min，之后得到多层结构的改性纤维膜。
(4)将一定压力得到的一定厚度的膜，应用EDC-NHS进行交联，配置EDC-NHS交联液方法如下：配置终浓度为5mol/L EDC与终浓度为10mol/LNHS溶于溶剂中，溶剂由90％的酒精10％超纯水组成，4℃低温交联2h，经过交联的膜不会出现分层情况。
(5)交联后的改性纤维膜使用酒精清洗，去除未反应的EDC与NHS等杂质相。之后25℃干燥真空保存，最终得到锶掺杂的矿化胶原纳米纤维的纤维膜。
本应用例制得的纤维膜中，锶掺杂的矿化胶原纳米纤维的中的无机物占整个纤维膜的质量比为24.5％。
本应用例制得的纤维膜的孔隙率为80％；
本应用例制得的纤维膜的密度为1.3g/cm3。
应用例2
应用例2与应用例1的区别仅在于：使用实施例6制备的镁硅掺杂的矿化胶原纳米纤维。其他制备工艺，原料及用量与应用例1相同。
本应用例制得的纤维膜中，镁硅掺杂的矿化胶原纳米纤维中的无机物的质量占整个纤维膜的24.5％；
本应用例制得的纤维膜的孔隙率为80％；
本应用例制得的纤维膜的密度为1.3g/cm3。
纤维膜中钙元素与镁元素之和与磷硅元素之和的摩尔比为1.64:1。
应用例3
应用例3使用对比例1中制备的无活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维制备纤维膜，制备工艺，其他原料及用量等与实施例3相同。
本应用例制得的纤维膜的孔隙率为80％；
本应用例制得的纤维膜的密度为1.3g/cm3。
从图8和图9可以看出，本申请提供的活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维能够提高材料的成骨诱导能力，在骨修复领域提供多元强化作用，能够明显增加材料的韧性以及强度。此外，多种活性元素掺杂方案还能够满足在骨修复过程中材料降解时提供抑制肿瘤、抗感染、免疫调节的细胞微环境；以及调节矿化胶原纳米纤维的结晶度，并最大程度维持250nm至300nm纤维结构。调节结晶度状态以满足骨修复支架材料在体内降解速率与新骨长入速度相匹配。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维，其中，所述矿化胶原纳米纤维由胶原纤维和针状羟基磷灰石晶体组成；
所述针状羟基磷灰石晶体晶格中的钙元素被含有所述活性元素的阳离子取代，
或，所述针状羟基磷灰石晶体晶格中的磷酸根被含有所述活性元素的阴离子取代，
或，所述针状羟基磷灰石晶体晶格中的钙元素被含有所述活性元素的阳离子取代，所述针状羟基磷灰石晶体晶格中的磷酸根被含有所述活性元素的阴离子取代；
所述活性元素包括硅、硒、镁、锌、锶、银、铁和铜中的任意一种或更多种；
钙元素与含有所述活性元素阳离子的化学计量数，与所述磷酸根和含有所述活性元素阴离子之和的化学计量数的比为(1.45:1)至(1.80:1)；
含有所述活性元素阳离子与钙离子的摩尔比(5至8):(92至95)；含有所述活性元素阴离子与所述磷酸根的摩尔比(5至7):(93至95)；
所述活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维的平均长度为250nm至300nm；
所述活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维的平均直径为5nm至7nm；
所述的活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维的制备方法，由如下步骤组成：
（1）将I型胶原海绵与磷酸溶液混合，使得所述I型胶原海绵完全溶解，得到胶原模板溶液备用；
当所述活性元素以阴离子的形式掺入时，先将含有所述阴离子的盐与所述磷酸溶液混合至完全溶解，再与所述I型胶原海绵混合；
（2）配制钙盐溶液；
当所述活性元素以阳离子的形式掺入时，先将含有所述阳离子的盐与所述钙盐溶液混合直至完全溶解，再与所述胶原模板溶液混合；
（3）配置缓冲溶液；
（4）将所述胶原模板溶液与所述钙盐溶液滴定在缓冲溶液中，滴定完成后得到混合液；滴定过程中，所述混合液的pH值维持在8至10之间；
（5）将步骤（4）所述混合液进行高速离心，离心得到的上清液替换为同等体积的超纯水，直至测量上清液的pH为7至8，停止高速离心；
（6）去除步骤（5）得到的沉淀物的水分，即得活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维；
步骤（1）所述磷酸溶液的浓度0.5mol/L至2mol/L，I型胶原海绵的质量与磷酸溶液的体积比为0.1g/L至10g/L；
步骤（1）所述混合的混合时间为4h至12h；
所述混合的混合温度为35℃至38℃；
步骤（3）所述缓冲溶液选自Tris-HCl和磷酸盐缓冲溶液中的任意一种或更多种；
步骤（4）所述滴定的流速为400ml/h至500ml/h；
步骤（4）所述滴定完成后，搅拌12h至36h；
所述滴定完毕后，反应温度控制在30℃至37℃；
步骤（5）所述高速离心的速度在3000转/min至17000转/min；
步骤（6）去除水分为低温冻干，包括：将所述沉淀物在4℃至8℃干燥，之后采用冷冻干燥去除残留水分。
2.根据权利要求1所述的活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维，其中，步骤（2）中所述钙盐溶液中还包括氢氧根，钙离子和所述活性元素阳离子之和与所述氢氧根的摩尔比为2:1。
3.根据权利要求1所述的活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维，其中，步骤（2）中所述钙盐溶液的体积和胶原模板溶液的体积相同。
4. 根据权利要求1所述的活性元素掺杂的矿化胶原纳米纤维，其中，所述冷冻干燥的冷井温度在2℃至4℃之间，真空度为10Pa至30 Pa，冷冻干燥持续时间为24h至72h。
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JP4408603B2 (ja) * 2001-10-19 2010-02-03 独立行政法人科学技術振興機構 有機無機複合生体材料およびその製造方法
FR2933303B1 (fr) * 2008-06-30 2010-12-03 Univ Paris Curie Substitut osseux,et procede pour sa preparation.
CN101327341A (zh) * 2008-08-01 2008-12-24 浙江理工大学 一种纳米级丝蛋白-羟基磷灰石矿化复合纤维的制备方法
CN104096268B (zh) * 2014-06-19 2016-11-23 北京奥精医药科技有限公司 一种矿化胶原人工骨膜及其制备方法
CN107952115B (zh) * 2016-10-17 2021-10-26 北京湃生生物科技有限公司 一种仿生生物矿化人工骨修复材料及其制备方法与应用
CN106512104A (zh) * 2016-10-31 2017-03-22 北京奥精医药科技有限公司 矿化胶原基牙槽骨修复材料及其制备方法
CN110292661A (zh) * 2016-10-31 2019-10-01 北京奥精医药科技有限公司 矿化胶原/高分子复合多孔骨材料及其制备方法
CN112370570A (zh) * 2020-11-13 2021-02-19 西南交通大学 一种掺杂有三元素的生物仿生骨材料及其制备方法与用途

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