一种多聚赖氨酸接枝改性的矿化晶体生长抑制剂及其制备方法与应用与流程

本发明属于生物矿化领域，具体涉及一种多聚赖氨酸接枝改性的矿化晶体生长抑制剂及其制备方法与应用。

背景技术：

近20年来，人们对生物矿化的认识逐步加深，其中一个重要进展就是认识到了有机分子对无机晶体的调控作用。有机分子，如各类氨基酸、蛋白质，可通过有机－无机界面的分子识别，对骨等矿化组织的晶体形核、生长以及微结构的有序组装方式进行调控。

针对骨折、感染和先天性骨损伤等原因造成的骨缺损来说，骨组织工程支架是一大解决方案。通过骨组织支架，在受损部位逐渐形成与周围相同的骨组织，从而达到骨组织功能重建的目的。骨组织工程材料被植入人体内时，会与细胞外基质中的各种蛋白及细胞膜表面受体发生接触，需要植入体具有良好的生物活性和生物相容性。有些骨组织工程材料表面缺乏良好的生物活性促使细胞增殖和细胞外基质分泌，根据已有研究，当前的一种解决方案是通过体外生物矿化法制备出表面涂覆有ha薄膜的复合材料。体外矿化是利用模拟体液矿化出与人体矿物质类似的具有良好生物活性和骨结合能力的磷酸盐，矿化层的厚度和形貌对骨组织工程起到至关重要的作用。有研究表明，矿化层厚度会影响载药的缓释，矿化晶体尺寸会影响植入体表面与体液中蛋白质、细胞的响应。有时矿化层过厚或者晶体生长过快并不利于发挥植入体的功效，针对一些载有需快速释放的药物的植入体，其矿化层不应过厚或晶体生长过大，此时需要对矿化过程的晶体生长进行抑制。

然而在普通的模拟体液矿化制备矿化层时，其矿化层的厚度和形貌的可控性较差。董刚等人发现，当以ha或si掺杂ha为基底材料在模拟体液中矿化时，所形成的矿化层颗粒尺寸大且分布不均一，形貌可控性较差(g.dongetal.aninsitustudyofthedepositionofacalciumphosphatemineralizedlayeronasilicon-substitutedhydroxyapatitesensormodulatedbybovineserumalbuminusingqcm-dtechnology[j].ceramicsinternational42(2016)18648–18656)。而本发明制备的矿化晶体生长抑制剂可以抑制矿化晶体的生长，进而调控矿化层厚度和形貌，因而本发明在骨组织工程支架的改性制备方面具有潜在的应用前景。

技术实现要素：

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种多聚赖氨酸接枝改性的矿化晶体生长抑制剂及其制备方法。在多聚赖氨酸的侧链氨基(-nh2)上，通过酰化反应接枝甲基(-ch3)改性，得到一种对矿化过程晶体生长有一定抑制作用的有机物，可作为模拟体液的添加剂用于调控矿化层的厚度和形貌。该方法操作简单，反应条件温和，适合量产。

本发明目的通过以下技术方案实现：

上述多聚赖氨基酸接枝改性的矿化晶体生长抑制剂的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)将多聚赖氨酸加入有机溶剂中，在室温条件下，充分搅拌溶解。

(2)待多聚赖氨酸基本溶解后，向步骤(1)中溶液加入在聚赖氨酸侧链接枝-ch3的酸酐进行酰化反应。

(3)向步骤(2)中溶液加入有机碱，用于中和反应过程中生成的酸。

(4)混合溶液在搅拌状态下，在室温下进行反应。

(5)将步骤(4)中反应后的溶液进行透析。

(6)将步骤(5)透析后的溶液放入冻干机进行冻干，得到接枝改性后的多聚赖氨酸。

优选地，步骤(1)的多聚赖氨酸是指l-多聚赖氨酸、ε-多聚赖氨酸中的至少一种，溶解温度为25～30℃，有机溶剂为甲醇。

优选地，步骤(2)所述加入在聚赖氨酸侧链接枝-ch3的酸酐的摩尔量大于等于多聚赖氨酸摩尔量的10倍。

优选地，步骤(2)所述在聚赖氨酸侧链接枝-ch3的酸酐为乙酸酐。

优选地，步骤(2)加入的在聚赖氨酸侧链接枝-ch3的酸酐与步骤(3)中加入的有机碱的摩尔比为1:1-1:1.4。

优选地，步骤(3)所述的有机碱为三乙胺。

优选地，步骤(4)中反应温度为25～30℃，反应时间大于等于24h。

优选地，步骤(5)中透析选用500-1000d的透析袋，透析时间大于等于24h。

优选地，步骤(6)中冻干时间大于等于3d，冻干温度为-60℃--80℃。

上述制备方法制备得到的多聚赖氨酸接枝改性的矿化晶体生长抑制剂。

优选地，所述多聚赖氨酸接枝改性的矿化晶体生长抑制剂的结构式为

其中，n的范围为10-100。

上述的多聚赖氨酸接枝改性的矿化晶体生长抑制剂在骨组织工程支架的改性制备中的应用。

本发明的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：

本发明制备方法简单，反应条件温和，适合量产，制备得到的接枝改性多聚赖氨酸可对矿化过程的晶体生长起到抑制作用，进而调控矿化层厚度和形貌，在骨组织工程支架的改性制备方面具有潜在的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例中制备的接枝改性后多聚赖氨酸的核磁氢谱图(nmr)。

图2为本发明实施例中的不同模拟体液中矿化过程ca²⁺浓度变化图(icp)。

图3为本发明实施例中的不同模拟体液中不同矿化时间的矿化层扫描电镜图(sem)。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式和保护范围不限于此。

实施例

本实施例依次包括如下步骤：

将200mgl-多聚赖氨酸(poly-l-lysine，pll)溶于20ml甲醇中，在25℃的温度条件下，充分搅拌溶解，加入2ml过量乙酸酐，再加入3ml过量三乙胺，让混合溶液在25℃下搅拌状态下反应24h，将反应后溶液用1000d的透析袋透析24h后，放入冻干机在-80℃的温度下冻干3d得到接枝改性后的多聚赖氨酸。

将多聚赖氨酸加入到模拟体液(sbf)中，将待矿化的基体材料分别放入空白sbf、含有改性前l-多聚赖氨酸(pll)的sbf和含有接枝改性后的l-多聚赖氨酸(pll-ch3)的sbf中进行矿化，对比矿化过程中ca²⁺浓度变化和矿化层形貌变化。

以上实施例中制备的接枝改性后多聚赖氨酸的核磁图(nmr)如图1所示，从图中可以看出-ch3成功接枝到多聚赖氨酸侧链的氨基上，所接枝上的-ch3的氢谱特征峰为峰位2处的f峰。

以上实施例中三种模拟体液中矿化过程ca²⁺浓度变化如图2，可以看到接枝改性后的聚赖氨酸有效抑制了的ca²⁺沉积，减少了矿化沉积量。

以上实施例中的矿化层扫描电镜图(sem)如图3所示，可以看到接枝改性后的多聚赖氨酸一定程度上抑制了矿物晶体的生长，矿化层晶片较小，不如空白样和含有改性前多聚赖氨酸的样中生长得完整。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。