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)：

我國是蠶絲的主要生產(chǎn)國，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)物無毒和低免疫原性，以及優(yōu)異的物理機械性能，因而成為理想的生物醫(yī)用材料，受到國內(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)域的研究證實熱點之一。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生物活性為主，缺少對骨生長誘導(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生物材料實際應(yīng)用受阻。

技術(shù)實現(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)胞活性的同時可以抑制破骨細(xì)胞的活性，對骨生成的誘導(dǎo)能力強，能引起新生骨量增多。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明公開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)合材料夯實基礎(chǔ)；可以保證對碳酸鍶礦化的誘導(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℃，時間為40-60小時；所述礦化處理的相對濕度為40-60%。本發(fā)明不僅可以實現(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；所述干燥處理為室溫放置0.5小時，然后60℃加熱2小時，最后90℃加熱30-50秒。經(jīng)過此處理，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，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，長為10 -100 μm。

本發(fā)明制備的復(fù)合材料斷裂強度70-100MPa，斷裂伸長率6-10%；楊氏模量3-5GPa。因此本發(fā)明進(jìn)一步公開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)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點：

（1）本發(fā)明首次公開了絲素蛋白/碳酸鍶復(fù)合材料，該復(fù)合材料會緩釋鍶元素，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)明的干燥處理過程也是高分子材料與蠶絲形成良好的界面性能的過程，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)致的局部過度聚合的問題，二方面避免蠶絲受熱損傷，三方面可以獲得界面效應(yīng)良好的無機-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，特別是與無機碳酸鍶相容。

（5）本發(fā)明首次公開了絲素蛋白/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，通過其與鍶的復(fù)合解決現(xiàn)有鍶生物材料相容性差的問題，相關(guān)研究成果將有廣闊的市場應(yīng)用價值。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(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，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，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，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℃，時間為40-60小時，相對濕度為40-60%；

（3）將礦化膜置于去離子水中0.5-1小時；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，然后60℃加熱2小時，最后90℃加熱30-50秒。

上述制備的復(fù)合材料斷裂強度100MPa，斷裂伸長率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℃，時間為60小時，相對濕度為40%；

（3）將礦化膜置于去離子水中1小時；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，然后60℃加熱2小時，最后90℃加熱50秒。

上述制備的復(fù)合材料斷裂強度90MPa，斷裂伸長率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℃，時間為40小時，相對濕度為60%；

（3）將礦化膜置于去離子水中0.5小時；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，然后60℃加熱2小時，最后90℃加熱50秒。

上述制備的復(fù)合材料斷裂強度80MPa，斷裂伸長率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℃，時間為40小時，相對濕度為50%；

（3）將礦化膜置于去離子水中1小時；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，然后60℃加熱2小時，最后90℃加熱40秒。

上述制備的復(fù)合材料斷裂強度70MPa，斷裂伸長率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℃，時間為40小時，相對濕度為40%；

（3）將礦化膜置于去離子水中1小時；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，然后60℃加熱2小時，最后90℃加熱50秒。

上述制備的復(fù)合材料斷裂強度93MPa，斷裂伸長率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℃，時間為40小時，相對濕度為40%；

（3）將礦化膜置于去離子水中0.5小時；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，然后60℃加熱2小時，最后90℃加熱30秒。

上述制備的復(fù)合材料斷裂強度89MPa，斷裂伸長率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。