一种可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层、制备方法及应用

本发明属于可降解金属材料表面改性，具体涉及一种可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层、制备方法及应用。

背景技术：

1、为了解决骨缺损处骨量不足的问题，屏障膜被应用于封闭骨缺损区域，选择性地阻挡成纤维细胞和上皮细胞长入缺损部位，提供缺损修复所需的空间，促进骨再生。目前，临床使用的屏障膜主要分为不可吸收和可吸收两类。不可吸收屏障膜以钛网和聚四氟乙烯膜为主，支撑性很强，但需要二次手术取出；可吸收膜以胶原蛋白膜应用最广泛，但力学支撑性不足，降解产物为酸性小分子易引起炎症。可降解金属屏障膜具有良好的机械支撑力、完全可降解性、成骨活性，是引导膜的理想材料。

2、当前的可降解金属屏障膜以镁和锌基屏障膜为主，镁金属降解速度过快、降解伴随氢气释放，服役过程中易发生提前断裂及导致局部碱性环境；锌金属降解会释放过多锌离子、不具备成血管和成骨的功能，因此，急需一种可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层、制备方法及应用，以改善镁和锌基屏障膜的不足。

技术实现思路

1、一种可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层的制备方法，具体包括以下步骤：

2、s1：对可降解金属箔进行预处理，将高分子聚合物和溶剂混合得到高分子聚合物溶液，进而得到纺丝溶液；

3、s2：将s1得到的纺丝溶液进行静电纺丝，将s1得到的预处理后的可降解金属屏障膜置于静电纺丝设备中，将纺丝后的可降解金属屏障膜置于活性氨基酸分子溶液中化学固定；

4、s3：将s2得到的化学固定后的可降解金属屏障膜置于金属磷酸盐溶液中沉积，得到一种可降解金属屏障膜表面成血管-成骨耦合促骨再生原位杂化纳米纤维复合涂层。

5、进一步的，所述s1的预处理的飞秒激光功率为8—10w，频率为50khz，波长为1030nm；所述可降解金属为镁、铁、锌、钼及其合金中的任一种。

6、进一步的，s1中所述溶剂为质量比为3：7的甲酸和乙酸。

7、进一步的，s1中所述高分子聚合物为聚己内酯、聚羟基乙酸、聚乳酸、胶原蛋白、壳聚糖、蚕丝蛋白、甲壳素、明胶的任两种，并且按照质量比为10～1：1混合。

8、进一步的，所述s2中的静电纺丝过程中，推进速度为0.1mm/min，样品接收距离为10cm，纺丝偏压为-2kv～+15kv，纺丝时间为5min。

9、进一步的，所述s2中的氨基酸溶液的ph为7.2-7.4，沉积温度为25℃，沉积时间0.5—4min；所述s2中的氨基酸为赖氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、酪氨酸、精氨酸、组氨酸、羟脯氨酸的任一种。

10、进一步的，所述s3中的金属磷酸盐溶液的ph为7.2-7.4，沉积温度为25℃，沉积时间为6—24h。

11、进一步的，所述s3中的金属磷酸盐中的金属离子为钙离子、镁离子、锌离子、锶离子、铁离子、锰离子的任一种。

12、一种可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层，所述涂层为多孔网络结构的纳米纤维膜，膜中的网络空间为金属离子与氨基酸螯合配位形成纳米金属有机复合物填补的结构。

13、一种可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层的应用，所述可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层在制备骨缺损修复用内固定材料及其植入体器械中应用。

14、技术效果

15、(1)制备方法的效果：本发明提供了一种可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层的制备方法，结合静电纺丝技术和化学沉积技术来实现涂层的多功能化，首先利用静电纺丝技术，在可降解金属表面构建了具有多孔网络结构的纳米纤维膜，在纳米纤维上通过共价结合、静电结合和氢键等作用引入氨基酸，接着通过在pbs溶液中诱导金属磷酸盐形核成长，并吸引金属离子与氨基酸小分子螯合配位形成纳米金属有机复合物，填补纤维膜中的网络空间，在可降解金属屏障膜表面构建了具有多层次结构、多尺度的原位杂化纳米纤维复合涂层；并且在制备方法上具有条件温和、绿色高效的技术特点，在中性ph环境及常温下就能制备成功，无需过多仪器设备，同时制备耗时短，步骤简短。

16、(2)涂层的技术效果：本发明构建的功能涂层，在兼顾可降解金属腐蚀调控与生物相容性的同时，也具备较好的成血管－成骨耦合促骨再生功能；该功能涂层可以一方面通过诱导金属磷酸盐无机相的生长，填充了纳米纤维膜的部分孔隙，能够作为有效的动力学屏障阻止腐蚀性介质扩散到金属基底，另一方面，利用氨基酸分子作为绿色缓释剂来为可降解金属提供腐蚀保护，借助纳米纤维涂层获得更大的接触面积以及更多的活性基团位点，有利于不溶性氨基酸-金属离子络合物的形成，可以作为一个额外的防护层，对金属基底起到一个自修复式的保护作用，可以有效解决金属提前断裂失效的问题。

17、(3)本发明构建的原位杂化纳米纤维复合涂层具有良好的生物相容性和成血管－成骨耦合促骨再生功能。一方面，纳米纤维膜比表面积大、孔隙率高，具有类细胞外基质的结构，有利于蛋白质和细胞的黏附，同时选择适当的高分子并引入氨基酸作为纳米纤维膜的构成成分，也能促进内皮细胞的增殖分化，有利于血管生成；另一方面，涂层主要由活性分子和金属磷酸盐构成，类似骨组织成分且具有良好的亲水性，能够促进成骨相关蛋白的黏附和细胞的增殖分化，并且这些活性成分的加入使涂层的降解产物无毒副作用，提高了复合涂层的生物安全性。

18、(4)总结：本发明构建的功能涂层通过各组分之间的有机整合，突破了传统涂层单一的腐蚀控制或生物功能的局限，在腐蚀保护的基础上赋予了屏障膜成骨-成血管耦合促骨再生的功能，有益于骨缺损的修复，在制备可降解金属屏障膜植入体中具有潜在的应用价值。

技术特征：

1.一种可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层的制备方法，其特征在于，所述s1的预处理中飞秒激光功率为8—10w，频率为50khz，波长为1030nm；所述可降解金属为镁、铁、锌、钼及其合金中的任一种。

3.根据权利要求1所述的一种可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层的制备方法，其特征在于，s1中所述溶剂为质量比为3：7的甲酸和乙酸。

4.根据权利要求1所述的一种可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层的制备方法，其特征在于，s1中所述高分子聚合物为聚己内酯、聚羟基乙酸、聚乳酸、胶原蛋白、壳聚糖、蚕丝蛋白、甲壳素、明胶的任两种，并且按照质量比为10～1：1混合。

5.根据权利要求1所述的一种可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层的制备方法，其特征在于，所述s2中的静电纺丝过程中，推进速度为0.1mm/min，样品接收距离为10cm，纺丝偏压为-2kv～+15kv，纺丝时间为5min。

6.根据权利要求1所述的一种可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层的制备方法，其特征在于，所述s2中的氨基酸溶液的ph为7.2-7.4，沉积温度为25℃，沉积时间0.5—4min；所述s2中的氨基酸为赖氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、酪氨酸、精氨酸、组氨酸、羟脯氨酸的任一种。

7.根据权利要求1所述的一种可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层的制备方法，其特征在于，所述s3中的金属磷酸盐溶液的ph为7.2-7.4，沉积温度为25℃，沉积时间为6—24h。

8.根据权利要求1所述的一种可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层的制备方法，其特征在于，所述s3中的金属磷酸盐中的金属离子为钙离子、镁离子、锌离子、锶离子、铁离子、锰离子的任一种。

9.根据权利要求1～8任一所述的制备方法得到的一种可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层，其特征在于，所述涂层为多孔网络结构的纳米纤维膜，膜中的网络空间为金属离子与氨基酸螯合配位形成纳米金属有机复合物填补的结构。

10.根据权利要求9所述的一种可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层的应用，所述可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层在制备骨缺损修复用内固定材料及其植入体器械中应用。

技术总结
一种可降解金属屏障膜表面成血管－成骨耦合的原位杂化纳米纤维复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对可降解金属箔进行预处理，将高分子聚合物和溶剂混合得到高分子聚合物溶液，进而得到纺丝溶液；S2：将S1得到的纺丝溶液进行静电纺丝，将S1得到的预处理后的可降解金属屏障膜置于静电纺丝设备中，将纺丝后的可降解金属屏障膜置于活性氨基酸分子溶液中化学固定；S3：将S2得到的化学固定后的可降解金属屏障膜置于金属磷酸盐溶液中沉积，得到具有成血管‑成骨耦合促骨再生原位杂化纳米纤维复合涂层的可降解金属屏障膜。

技术研发人员：万国江,钱军余,谢震海,毛金龙,王远浩,李怀宇,侯佳明
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/31