本發(fā)明屬于生物復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳酸鍶改性絲素復(fù)合材料及其制備方法，所制備材料在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。

背景技術(shù)：

我國(guó)是蠶絲的主要生產(chǎn)國(guó)，蠶絲產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的70%以上。絲素蛋白不僅具有良好的生物相容性和降解性能，還有易加工修飾、降解產(chǎn)物無(wú)毒和低免疫原性，以及優(yōu)異的物理機(jī)械性能，因而成為理想的生物醫(yī)用材料，受到國(guó)內(nèi)外的廣泛研究。其中，絲素蛋白支架材料在骨組織工程領(lǐng)域的研究證實(shí)熱點(diǎn)之一。目前，絲素蛋白已被成功加工成各種形式的骨組織工程支架，包括膜、納米纖維、多孔支架、水凝膠等，這些材料在骨缺失、損傷修復(fù)中取得了預(yù)期的治療效果。然而，絲素蛋白作為骨修復(fù)材料的研究仍然以無(wú)生物活性為主，缺少對(duì)骨生長(zhǎng)誘導(dǎo)性、骨傳導(dǎo)性等理性骨組織工程支架材料應(yīng)具備的特性。

鍶及其化合物具有重要的成骨作用，因此，摻鍶生物材料成為生物活性骨修復(fù)材料的研究熱點(diǎn)之一，但是鍶與生物材料的相容性以及界面效應(yīng)是復(fù)合材料性能發(fā)揮的關(guān)鍵，遺憾的是，現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有有效的方法提高鍶與生物材料的相容性，導(dǎo)致?lián)芥J生物材料實(shí)際應(yīng)用受阻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種具備骨誘導(dǎo)再生能力的碳酸鍶改性絲素復(fù)合材料及其制備方法，得到的復(fù)合材料中，鍶在促進(jìn)成骨細(xì)胞活性的同時(shí)可以抑制破骨細(xì)胞的活性，對(duì)骨生成的誘導(dǎo)能力強(qiáng)，能引起新生骨量增多。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明公開(kāi)了一種碳酸鍶改性絲素復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將高分子材料溶解入甲酸中得到高分子材料甲酸溶液；

（2）蠶絲脫膠處理后得到絲素蛋白纖維；將所述絲素蛋白纖維溶于氯化鍶甲酸溶液中，得到絲素蛋白溶液；再加入高分子材料甲酸溶液；混合后干燥得到含鍶再生絲素蛋白膜；

（3）在碳酸銨或者碳酸氫銨存在下，將含鍶再生絲素蛋白膜置入密閉容器中進(jìn)行礦化處理，得到礦化膜；

（4）將礦化膜置于去離子水中；然后干燥處理得到碳酸鍶改性絲素復(fù)合材料。

上述技術(shù)方案中，所述蠶絲為桑蠶絲、柞蠶絲、蓖麻蠶絲中的一種或幾種。

上述技術(shù)方案中，所述氯化鍶甲酸溶液中，氯化鍶濃度為1-5wt%；所述絲素蛋白溶液中，絲素蛋白濃度為10-20wt%?？梢允沟寐然J在絲素蛋白纖維中有良好的分散性，為得到界面效應(yīng)優(yōu)異的復(fù)合材料夯實(shí)基礎(chǔ)；可以保證對(duì)碳酸鍶礦化的誘導(dǎo)作用，完成棒狀碳酸鍶的生成。

上述技術(shù)方案中，所述礦化處理的溫度為40-60℃，時(shí)間為40-60小時(shí)；所述礦化處理的相對(duì)濕度為40-60%。本發(fā)明不僅可以實(shí)現(xiàn)碳酸鍶在絲素膜內(nèi)的原位礦化，且調(diào)控碳酸鍶的形態(tài)，形成具有棒狀的外觀形態(tài)結(jié)構(gòu)，且該棒狀結(jié)構(gòu)處于納米水平，有助于提升絲素膜的力學(xué)性能。

上述技術(shù)方案中，氯化鍶、絲素蛋白、高分子材料的質(zhì)量比為（5～8）∶80∶30；將礦化膜置于去離子水中0.5-1小時(shí)；所述干燥處理為室溫放置0.5小時(shí)，然后60℃加熱2小時(shí)，最后90℃加熱30-50秒。經(jīng)過(guò)此處理，可以完全去除未反應(yīng)氯化鍶、及殘留的碳酸鹽，保證目標(biāo)材料良好的生物相容性。

上述技術(shù)方案中，所述高分子材料的制備方法為，將三亞甲基碳酸酯、丙烯酸酯三羥甲基乙烷環(huán)碳酸酯溶在二氯甲烷中，攪拌8～15分鐘；然后加入三甲基亞磷酸酯和雙（雙三甲基硅基）胺鋅的二氯甲烷溶液，攪拌20～35分鐘；然后加入丙炔醇，攪拌30～45分鐘；接著于40 ℃密封反應(yīng)40～55小時(shí)，然后用冰乙酸終止反應(yīng)，反應(yīng)液在冰乙醚中沉淀，將沉淀物真空干燥得到高分子材料；三亞甲基碳酸酯、丙烯酸酯三羥甲基乙烷環(huán)碳酸酯、三甲基亞磷酸酯、雙（雙三甲基硅基）胺鋅、丙炔醇的質(zhì)量比為100∶80∶20∶0.1∶（5～8）；所述高分子材料甲酸溶液的濃度為5～8wt%。

本發(fā)明進(jìn)一步公開(kāi)了根據(jù)上述方法制備的碳酸鍶改性絲素復(fù)合材料，所述復(fù)合材料中功能體碳酸鍶以納米棒狀存在，碳酸鍶棒的直徑為10-200 nm，長(zhǎng)為10 -100 μm。

本發(fā)明制備的復(fù)合材料斷裂強(qiáng)度70-100MPa，斷裂伸長(zhǎng)率6-10%；楊氏模量3-5GPa。因此本發(fā)明進(jìn)一步公開(kāi)了上述碳酸鍶改性絲素復(fù)合材料在制備骨修復(fù)材料中的應(yīng)用。

由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：

（1）本發(fā)明首次公開(kāi)了絲素蛋白/碳酸鍶復(fù)合材料，該復(fù)合材料會(huì)緩釋鍶元素，因此具有誘導(dǎo)骨發(fā)生的能力，是一種理想的功能化骨修復(fù)材料。

（2）本發(fā)明的制備方法不僅可以實(shí)現(xiàn)碳酸鍶在絲素膜內(nèi)的原位礦化，且碳酸鍶的形態(tài)受到絲素蛋白的調(diào)控，形成具有棒狀的外觀形態(tài)結(jié)構(gòu)，且該棒狀結(jié)構(gòu)處于納米水平；尤其是碳酸鍶棒狀形態(tài)結(jié)構(gòu)分散于絲素蛋白膜內(nèi)部，該棒狀結(jié)構(gòu)有助于提升絲素膜的力學(xué)性能。

（3）本發(fā)明的干燥處理過(guò)程也是高分子材料與蠶絲形成良好的界面性能的過(guò)程，室溫放置有助于高分子材料結(jié)合碳酸鍶納米棒在蠶絲中的分散以及滲透，再進(jìn)行逐步加熱，最后高溫短時(shí)間處理，一方面避免高分子材料急速反應(yīng)導(dǎo)致的局部過(guò)度聚合的問(wèn)題，二方面避免蠶絲受熱損傷，三方面可以獲得界面效應(yīng)良好的無(wú)機(jī)-高分子-蠶絲界面。

（4）本發(fā)明在碳酸酯單體的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加合理的改性試劑以及限定丙炔醇，結(jié)合各組分的用量，制備出改性碳酸酯聚合物作為高分子材料，不僅具有良好的生物特性，而且用于蠶絲織物，還能提供阻燃、增韌的效果，特別是與無(wú)機(jī)碳酸鍶相容。

（5）本發(fā)明首次公開(kāi)了絲素蛋白/碳酸鍶復(fù)合材料具有良好的生物相容性和較強(qiáng)的誘導(dǎo)骨生成的能力；特別是絲素蛋白作為活性骨修復(fù)材料，通過(guò)其與鍶的復(fù)合解決現(xiàn)有鍶生物材料相容性差的問(wèn)題，相關(guān)研究成果將有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

合成例

將三亞甲基碳酸酯、丙烯酸酯三羥甲基乙烷環(huán)碳酸酯溶在二氯甲烷中，攪拌15分鐘；然后加入三甲基亞磷酸酯和雙（雙三甲基硅基）胺鋅的二氯甲烷溶液，攪拌35分鐘；然后加入丙炔醇，攪拌30分鐘；接著于40 ℃密封反應(yīng)40小時(shí)，然后用冰乙酸終止反應(yīng)，反應(yīng)液在冰乙醚中沉淀，將沉淀物真空干燥得到高分子材料A；三亞甲基碳酸酯、丙烯酸酯三羥甲基乙烷環(huán)碳酸酯、三甲基亞磷酸酯、雙（雙三甲基硅基）胺鋅、丙炔醇的質(zhì)量比為100∶80∶20∶0.1∶5；高分子材料A溶于甲酸（純）制備濃度為5wt%的高分子材料甲酸溶液A；

將三亞甲基碳酸酯、丙烯酸酯三羥甲基乙烷環(huán)碳酸酯溶在二氯甲烷中，攪拌8分鐘；然后加入三甲基亞磷酸酯和雙（雙三甲基硅基）胺鋅的二氯甲烷溶液，攪拌20分鐘；然后加入丙炔醇，攪拌30分鐘；接著于40 ℃密封反應(yīng)40小時(shí)，然后用冰乙酸終止反應(yīng)，反應(yīng)液在冰乙醚中沉淀，將沉淀物真空干燥得到高分子材料B；三亞甲基碳酸酯、丙烯酸酯三羥甲基乙烷環(huán)碳酸酯、三甲基亞磷酸酯、雙（雙三甲基硅基）胺鋅、丙炔醇的質(zhì)量比為100∶80∶20∶0.1∶8；高分子材料B溶于甲酸（純）制備濃度為8wt%的高分子材料甲酸溶液B；

將三亞甲基碳酸酯、丙烯酸酯三羥甲基乙烷環(huán)碳酸酯溶在二氯甲烷中，攪拌15分鐘；然后加入三甲基亞磷酸酯和雙（雙三甲基硅基）胺鋅的二氯甲烷溶液，攪拌35分鐘；然后加入丙炔醇，攪拌45分鐘；接著于40 ℃密封反應(yīng)50小時(shí)，然后用冰乙酸終止反應(yīng)，反應(yīng)液在冰乙醚中沉淀，將沉淀物真空干燥得到高分子材料C；三亞甲基碳酸酯、丙烯酸酯三羥甲基乙烷環(huán)碳酸酯、三甲基亞磷酸酯、雙（雙三甲基硅基）胺鋅、丙炔醇的質(zhì)量比為100∶80∶20∶0.1∶6；高分子材料C溶于甲酸（純）制備濃度為7wt%的高分子材料甲酸溶液C。

實(shí)施例一

（1）桑蠶絲用0.5%的碳酸氫鈉溶液煮沸30min脫膠，重復(fù)3次后獲得絲素蛋白纖維；將絲素蛋白纖維溶于氯化鍶甲酸溶液（1wt%）中，得到絲素蛋白溶液（10wt%）；再加入高分子材料甲酸溶液A；混合后干燥得到含鍶再生絲素蛋白膜；

（2）在碳酸銨或者碳酸氫銨存在下，將含鍶再生絲素蛋白膜置入密閉容器中進(jìn)行礦化處理，得到礦化膜；氯化鍶、絲素蛋白、高分子材料的質(zhì)量比為（5～8）∶80∶30；礦化處理的溫度為40-60℃，時(shí)間為40-60小時(shí)，相對(duì)濕度為40-60%；

（3）將礦化膜置于去離子水中0.5-1小時(shí)；然后干燥處理得到碳酸鍶改性絲素復(fù)合材料；所述干燥處理為室溫放置0.5小時(shí)，然后60℃加熱2小時(shí)，最后90℃加熱30-50秒。

上述制備的復(fù)合材料斷裂強(qiáng)度100MPa，斷裂伸長(zhǎng)率10%；楊氏模量3.8GPa，氧指數(shù)28，可以在制備功能化骨修復(fù)材料中應(yīng)用。

實(shí)施例二

（1）桑蠶絲用0.5%的碳酸氫鈉溶液煮沸30min脫膠，重復(fù)3次后獲得絲素蛋白纖維；將絲素蛋白纖維溶于氯化鍶甲酸溶液（2wt%）中，得到絲素蛋白溶液（12wt%）；再加入高分子材料甲酸溶液A；混合后干燥得到含鍶再生絲素蛋白膜；

（2）在碳酸銨或者碳酸氫銨存在下，將含鍶再生絲素蛋白膜置入密閉容器中進(jìn)行礦化處理，得到礦化膜；氯化鍶、絲素蛋白、高分子材料的質(zhì)量比為7∶80∶30；礦化處理的溫度為40℃，時(shí)間為60小時(shí)，相對(duì)濕度為40%；

（3）將礦化膜置于去離子水中1小時(shí)；然后干燥處理得到碳酸鍶改性絲素復(fù)合材料；所述干燥處理為室溫放置0.5小時(shí)，然后60℃加熱2小時(shí)，最后90℃加熱50秒。

上述制備的復(fù)合材料斷裂強(qiáng)度90MPa，斷裂伸長(zhǎng)率9%；楊氏模量5GPa，氧指數(shù)28，可以在制備功能化骨修復(fù)材料中應(yīng)用。

實(shí)施例三

（1）桑蠶絲用0.5%的碳酸氫鈉溶液煮沸30min脫膠，重復(fù)3次后獲得絲素蛋白纖維；將絲素蛋白纖維溶于氯化鍶甲酸溶液（3wt%）中，得到絲素蛋白溶液（14wt%）；再加入高分子材料甲酸溶液B；混合后干燥得到含鍶再生絲素蛋白膜；

（2）在碳酸銨或者碳酸氫銨存在下，將含鍶再生絲素蛋白膜置入密閉容器中進(jìn)行礦化處理，得到礦化膜；氯化鍶、絲素蛋白、高分子材料的質(zhì)量比為7∶80∶30；礦化處理的溫度為50℃，時(shí)間為40小時(shí)，相對(duì)濕度為60%；

（3）將礦化膜置于去離子水中0.5小時(shí)；然后干燥處理得到碳酸鍶改性絲素復(fù)合材料；所述干燥處理為室溫放置0.5小時(shí)，然后60℃加熱2小時(shí)，最后90℃加熱50秒。

上述制備的復(fù)合材料斷裂強(qiáng)度80MPa，斷裂伸長(zhǎng)率7%；楊氏模量4.5GPa，氧指數(shù)28，可以在制備功能化骨修復(fù)材料中應(yīng)用。

實(shí)施例四

（1）桑蠶絲用0.5%的碳酸氫鈉溶液煮沸30min脫膠，重復(fù)3次后獲得絲素蛋白纖維；將絲素蛋白纖維溶于氯化鍶甲酸溶液（4wt%）中，得到絲素蛋白溶液（16wt%）；再加入高分子材料甲酸溶液B；混合后干燥得到含鍶再生絲素蛋白膜；

（2）在碳酸銨或者碳酸氫銨存在下，將含鍶再生絲素蛋白膜置入密閉容器中進(jìn)行礦化處理，得到礦化膜；氯化鍶、絲素蛋白、高分子材料的質(zhì)量比為6∶80∶30；礦化處理的溫度為40℃，時(shí)間為40小時(shí)，相對(duì)濕度為50%；

（3）將礦化膜置于去離子水中1小時(shí)；然后干燥處理得到碳酸鍶改性絲素復(fù)合材料；所述干燥處理為室溫放置0.5小時(shí)，然后60℃加熱2小時(shí)，最后90℃加熱40秒。

上述制備的復(fù)合材料斷裂強(qiáng)度70MPa，斷裂伸長(zhǎng)率6.1%；楊氏模量4.6GPa，氧指數(shù)28，可以在制備功能化骨修復(fù)材料中應(yīng)用。

實(shí)施例五

（1）桑蠶絲用0.5%的碳酸氫鈉溶液煮沸30min脫膠，重復(fù)3次后獲得絲素蛋白纖維；將絲素蛋白纖維溶于氯化鍶甲酸溶液（5wt%）中，得到絲素蛋白溶液（18wt%）；再加入高分子材料甲酸溶液C；混合后干燥得到含鍶再生絲素蛋白膜；

（2）在碳酸銨或者碳酸氫銨存在下，將含鍶再生絲素蛋白膜置入密閉容器中進(jìn)行礦化處理，得到礦化膜；氯化鍶、絲素蛋白、高分子材料的質(zhì)量比為8∶80∶30；礦化處理的溫度為60℃，時(shí)間為40小時(shí)，相對(duì)濕度為40%；

（3）將礦化膜置于去離子水中1小時(shí)；然后干燥處理得到碳酸鍶改性絲素復(fù)合材料；所述干燥處理為室溫放置0.5小時(shí)，然后60℃加熱2小時(shí)，最后90℃加熱50秒。

上述制備的復(fù)合材料斷裂強(qiáng)度93MPa，斷裂伸長(zhǎng)率6%；楊氏模量4.7GPa，氧指數(shù)28，可以在制備功能化骨修復(fù)材料中應(yīng)用。

實(shí)施例六

（1）桑蠶絲用0.5%的碳酸氫鈉溶液煮沸30min脫膠，重復(fù)3次后獲得絲素蛋白纖維；將絲素蛋白纖維溶于氯化鍶甲酸溶液（3wt%）中，得到絲素蛋白溶液（20wt%）；再加入高分子材料甲酸溶液C；混合后干燥得到含鍶再生絲素蛋白膜；

（2）在碳酸銨或者碳酸氫銨存在下，將含鍶再生絲素蛋白膜置入密閉容器中進(jìn)行礦化處理，得到礦化膜；氯化鍶、絲素蛋白、高分子材料的質(zhì)量比為5∶80∶30；礦化處理的溫度為40℃，時(shí)間為40小時(shí)，相對(duì)濕度為40%；

（3）將礦化膜置于去離子水中0.5小時(shí)；然后干燥處理得到碳酸鍶改性絲素復(fù)合材料；所述干燥處理為室溫放置0.5小時(shí)，然后60℃加熱2小時(shí)，最后90℃加熱30秒。

上述制備的復(fù)合材料斷裂強(qiáng)度89MPa，斷裂伸長(zhǎng)率8.9%；楊氏模量4.8GPa，氧指數(shù)28，可以在制備功能化骨修復(fù)材料中應(yīng)用。