CN104721885A - 一种介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合材料及其制备方法和应用。其包括下述步骤：(1)将介孔硅酸钙镁、小麦蛋白和致孔剂的混合物与溶剂A混合均匀，得料浆；(2)将步骤(1)所得浆料挤压成型，得前体；(3)将步骤(2)所得前体于溶剂B中浸泡去除致孔剂，冷冻干燥，即可。本发明的制备方法操作较为简单，重复性和稳定性较高。制备的复合材料有多级孔径结构，具有大比表面积、良好的力学性能；植入体内能够与骨组织形成活性界面，具有良好的生物活性，为细胞提供良好的生长环境；在Tris-HCl和PBS缓冲液中均可持续降解；调控组织细胞再生，使骨组织成功地被修复。该复合材料在骨组织工程领域有潜在的应用前景。

Description

一种介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

支架材料在骨组织工程中起着极其重要的作用，其不仅具有连接和支持细胞的重要作用，而且调控着细胞的形态、特异性黏附、增殖及定向分化等生物学行为，还决定着组织工程化骨移植后的修复质量和远期效果，因而支架材料研究也是目前骨组织工程研究最为活跃的领域。

一般使用的支架材料分为天然材料和合成材料两大类。天然材料中以牛松质骨载体为代表；在人工合成的无机材料方面，最常见的无机材料包括：羟基磷灰石、磷酸三钙、生物活性玻璃等。单一类型材料一般难以满足骨组织工程用细胞外支架材料的要求，如天然材料通常机械强度欠佳、亲水性或促细胞增殖能力欠佳；而无机材料如羟基磷灰石虽然强度和组织相容性较好，但无骨诱导活性，并且目前的工艺难以制作成均匀的孔隙和达到相应的孔隙率，磷酸三钙的组织相容性很好，但强度较差，质脆、易断裂，在体内易于松散并降解粉化，孔隙难以维持。故通过一定的方法将由两种或两种以上的不同材料通过各种方式相结合形成，或者由生物材料与生长因子复合而成，研发一种更接近机体自身组织生物学特性的复合多孔支架材料是亟待解决的问题。

作为一种介孔材料，介孔硅酸钙镁具有高比表面积、高孔容和有序的介孔孔道等特性，并且，其还能与骨直接结合，是一种具有良好生物活性的骨修复材料。然而，介孔硅酸钙镁也具有介孔材料所共有的一些缺陷，例如力学强度低、抗弯曲和冲击性能差，因而，其不能满足高负荷人工骨的要求。此外，现有技术中的介孔硅酸钙镁的复合材料用于骨组织修复的较少，且降解速率过慢，生物相容性都不是很理想。

小麦蛋白由于氨基酸组成比较齐全，是物美价廉的纯天然植物性蛋白源，它有许多优秀的特性，如可降解、无污染：韧性较强、弹性较大；具有良好的成膜特性等等。但是，由于小麦蛋白自身独特的氨基酸组成，含有较多的疏水性氨基酸和不带电荷的氨基酸，分子内疏水作用区域较大，溶解度较低，性能对环境的敏感性很强，因此在应用上有很多局限性，如现有含小麦蛋白的复合材料则存在降解过快，降解产物使体系偏酸性等问题。

针对上述问题，研发一种力学强度高且具有一定的韧性、具有多级孔径结构、生物活性好、能够可持续降解的、可应用于制备骨修复材料的复合材料是亟待解决的问题。

发明内容

本发明克服了现有技术中单一类型材料一般难以满足骨组织工程用细胞外支架材料的要求，以及现有的含介孔硅酸钙镁的复合材料用于骨组织修复的较少，且降解速率过慢、生物相容性差，以及现有的含有小麦蛋白的复合材料降解速度过快，降解产物使体系偏酸性的缺陷，提供了一种介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合材料及其制备方法和应用。本发明的制备方法操作较为简单，重复性和稳定性较高；制备的介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合材料有多级孔径结构，既有均匀分布的大孔结构，又有规则有序的介孔孔道；具有大比表面积、良好的力学性能；植入体内能够与骨组织形成活性界面，具有良好的生物活性，为细胞提供良好的生长环境；在Tris-HCl和PBS缓冲液中均可持续降解；调控组织细胞再生，使骨组织成功地被修复。该复合材料在骨组织工程领域有潜在的应用前景。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合材料的制备方法，其包括下述步骤：

(1)将介孔硅酸钙镁、小麦蛋白和致孔剂的混合物与溶剂A混合均匀，得料浆；

其中，所述介孔硅酸钙镁与所述小麦蛋白的质量比为(2：7)～(2：9)，所述致孔剂的粒径为450～500μm，所述致孔剂的用量为相对于介孔硅酸钙镁和小麦蛋白总质量的400～1200％，所述溶剂A为能够溶解所述小麦蛋白，同时不溶解所述介孔硅酸钙镁和所述致孔剂的溶剂；

(2)将步骤(1)所得浆料挤压成型，得前体；其中，所述挤压成型的压力为1.5～3MPa，所述挤压成型的保压时间为1～3分钟；

(3)将步骤(2)所得前体于溶剂B中浸泡去除致孔剂，冷冻干燥，即可；其中，所述溶剂B为能溶解所述致孔剂，同时不溶解所述小麦蛋白和所述介孔硅酸钙镁的溶剂。

本发明中，步骤(1)中，所述的介孔硅酸钙镁为本领域内常规的介孔硅酸钙镁。本发明中，所述介孔硅酸钙镁较佳地由下述制备方法制得：(1)将2～6g的三嵌段共聚物P₁₂₃溶于100～150mL 1～2M盐酸与20～30mL去离子水的混合溶液中至澄清；(2)将8～10mL的正硅酸乙酯TEOS，4～6g六水硝酸镁和4～6g四水硝酸钙加入素数混合溶液并在50℃下强烈搅拌4～6小时反应形成稳定透明的溶胶；(3)将步骤(2)所得溶胶置于30～40℃恒温振荡箱中老化、干燥，在以1～2℃/min升温速度加热至500～700℃条件下保温煅烧5～7小时，即可。该制备方法制得的介孔硅酸钙镁呈现无定型态，为非晶相材料，组成比例符合CaMg(SO₃)₂，比表面积约为1017m²/g，孔容约为1.0cm³/g和孔径约为7纳米的高度有序的六角孔道。

本发明中，步骤(1)中，所述的小麦蛋白为本领域常规使用的小麦蛋白。

本发明中，步骤(1)中，所述溶剂A较佳地为醇类溶剂，更佳地为无水乙醇。

本发明中，步骤(1)中，所述致孔剂可为本领域常规使用的致孔剂，只要不溶解于步骤(1)所述溶剂A即可，较佳地为氯化钠。

本发明中，步骤(1)中，所述致孔剂的用量较佳地为相对于介孔硅酸钙镁和小麦蛋白总质量的800～1000％，更佳地为800％。

本发明中，步骤(1)中，所述介孔硅酸钙镁与所述小麦蛋白的质量比较佳地为2：8。

本发明中，步骤(1)中，所述溶剂A的用量为本领域内常规，一般为能够完全溶解所述小麦蛋白即可。

本发明中，步骤(2)中，所述挤压成型的方法和条件均为本领域内常规的方法和条件。所述挤压成型较佳地在压片机中进行。所述挤压成型的压力较佳地为2MPa。所述挤压成型的保压时间较佳地为1分钟。所述挤压成型的模具较佳地为不锈钢模具。按照本领域常识，所述的不锈钢模具的规格大小可根据实际需要进行调整。

本发明中，步骤(3)中，所述溶剂B较佳地为水，更佳地为去离子水。

本发明中，步骤(3)中，所述浸泡去除致孔剂的方法和条件可为本领域常规的方法和条件。所述浸泡的时间较佳地为22～26小时，更佳地为24小时。所述浸泡的温度为室温，一般为18～28℃。按本领域常识，在所述的浸泡去除致孔剂的过程中，每间隔一段时间更换一下溶剂B，间隔时间较佳地为3～4小时。

本发明中，步骤(3)中，所述冷冻干燥前，较佳地还进行下述处理：采用滤纸将前体表面的溶剂B吸干后，至于培养皿中，覆上膜并在膜上留出气孔，即可。

本发明中，步骤(3)中，所述冷冻干燥的方法和条件可为本领域常规的方法和条件，所述冷冻干燥较佳地在冷冻机中进行，所述冷冻干燥的时间较佳地为22～26小时，更佳地为24小时。所述冷冻干燥的温度较佳地为-35℃～-45℃，更佳地为-40℃。

本发明还提供了一种由上述制备方法制得的介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合材料。

本发明还提供了一种所述的介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合材料在制备骨修复材料中的应用。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

1、本发明的制备方法操作较为简单，重复性和稳定性较高。

2、本发明的多孔复合支架材料易成形，具有一定的硬度和韧性，物理性能良好；有多级孔径结构，既有均匀分布的大孔结构，又有规则有序的介孔孔道；具有大比表面积、良好的力学性能；植入体内能够与骨组织形成活性界面，具有良好的生物活性，为细胞提供良好的生长环境；在Tris-HCl和PBS缓冲液中均可持续降解；调控组织细胞再生，使骨组织成功地被修复。该复合多孔支架材料在骨组织工程领域有潜在的应用前景。

附图说明

图1为介孔硅酸钙镁的透射电镜图，其中，a为放大50nm的透射电镜图，b为放大20nm的透射电镜图。

图2(a)为对比实施例1粉末样的氮气吸附曲线图，(b)为孔容孔径分布图。

图3(a)是对比实施例2粉末样的氮气吸附曲线图，(b)为孔径与孔容分布图。

图4(a)是实施例1粉末样的氮气吸附曲线图，(b)为孔径与孔容分布图。

图5(a)是对比实施例3粉末样的氮气吸附曲线图，(b)为孔径与孔容分布图。

图6为比表面积与介孔硅酸钙镁质量百分比含量的关系图。

图7为在25倍放大倍数下扫描电镜图，其中a，b，c，d分别依次为对比实施例1，对比实施例2，实施例1，对比实施例3的样品。

图8为分别在2000，1000，1000，1000倍放大倍数下扫描电镜图，其中a，b，c，d依次为对比实施例1，对比实施例2，实施例1，对比实施例3的样品。

图9为实施例1样品分别在25，100，1000，2000倍放大倍数下扫描电镜图。

图10为实施例1粉末样品在10°～80°下广角X射线衍射的图谱。

图11为实施例1粉末样品在0.5°～8°下小角X射线衍射图谱。

图12是实施例1复合支架在Tris-HCl缓冲液中浸泡一个月的失重率曲线图。

图13是实施例1复合支架在PBS缓冲液中浸泡一个月的失重率曲线图。

图14是实施例1多孔支架材料在SBF溶液中浸泡后的EDS图谱，其中a，b分别为浸泡5天和7天后。

图15为实施例1支架材料浸泡在SBF溶液中的pH值变化图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

下述实施例中的醇溶小麦蛋白购于东京化成工业株式会社。

实施例1

介孔硅酸钙镁的制备方法：

(1)将4g的三嵌段共聚物P₁₂₃溶于120mL 2M盐酸与30mL去离子水的混合溶液中至澄清；

(2)将9.2mL的正硅酸乙酯TEOS，4.8197g六水硝酸镁和5.23g四水硝酸钙加入素数混合溶液并在50℃下强烈搅拌5小时反应形成稳定透明的溶胶；

(3)将步骤(2)所得溶胶置于37℃恒温振荡箱中老化、干燥，在以1℃/min升温速度加热至600℃条件下保温煅烧6小时，即可。

介孔硅酸钙镁的透射电镜图如图1所示，其中，a为放大50nm的透射电镜图，b为放大20nm的透射电镜图。

复合多孔支架材料的制备方法：

(1)将介孔硅酸钙镁与醇溶小麦蛋白按质量比为2：8分别称量0.1g和0.4g后混合均匀，再加入2g粒径为450～550μm的氯化钠颗粒混合均匀，得混合物；将1mL无水乙醇加入到混合物中，在调盘内调和均匀，得料浆；

(2)将步骤(2)所得料浆至于不锈钢模具中，在压片机上以2MPa的压强挤压成型，保压1min后脱模得前体；

(3)将步骤(2)所得前体用去离子水在常温下浸泡24小时，并每隔3～4小时换一次去离子水，使NaCl完全溶出以成孔。浸泡完后，用滤纸吸干表面水分后置于培养皿中，覆上膜并在膜上留出气孔后，置于冻干机中冷冻干燥24小时，即可，其中冷冻干燥的温度为零下40℃。所得样品直径约15mm，高约10mm的圆柱体白色材料，能用肉眼观测到表面有可见的分布均匀的大孔。

实施例2

介孔硅酸钙镁的制备方法：

(1)将2g的三嵌段共聚物P₁₂₃溶于100mL 1M盐酸与20mL去离子水的混合溶液中至澄清；

(2)将8mL的正硅酸乙酯TEOS，4g六水硝酸镁和4g四水硝酸钙加入素数混合溶液并在50℃下强烈搅拌4小时反应形成稳定透明的溶胶；

(3)将步骤(2)所得溶胶置于30℃恒温振荡箱中老化、干燥，在以2℃/min升温速度加热至500℃条件下保温煅烧5小时，即可。

复合多孔支架材料的制备方法：

(1)将介孔硅酸钙镁与醇溶小麦蛋白按质量比为2：7混合后，称量0.5g，再加入5g粒径为450～550μm的氯化钠颗粒混合均匀，得混合物；将无水乙醇加入所得混合物中，在调盘内调和均匀，得料浆；

(2)将步骤(1)所得料浆至于不锈钢模具中，在压片机上以1.5MPa的压强挤压成型，保压3min后脱模得前体；

(3)将步骤(2)所得前体用去离子水在常温下浸泡22小时，并每隔3～4小时换一次去离子水，使NaCl完全溶出以成孔。浸泡完后，用滤纸吸干表面水分后置于培养皿中，覆上膜并在膜上留出气孔后，置于冻干机中冷冻干燥22小时，即可，其中冷冻干燥的温度为零下40℃。

实施例3

介孔硅酸钙镁的制备方法：

(1)将6g的三嵌段共聚物P₁₂₃溶于150mL 1M盐酸与30mL去离子水的混合溶液中至澄清；

(2)将10mL的正硅酸乙酯TEOS，6g六水硝酸镁和6g四水硝酸钙加入素数混合溶液并在50℃下强烈搅拌6小时反应形成稳定透明的溶胶；

(3)将步骤(2)所得溶胶置于40℃恒温振荡箱中老化、干燥，在以1.5℃/min升温速度加热至700℃条件下保温煅烧7小时，即可。

复合多孔支架材料的制备方法：

(1)将介孔硅酸钙镁与醇溶小麦蛋白按质量比为2：9混合后，称量0.5g，再加入4g粒径为450～550μm的氯化钠颗粒混合均匀，得混合物；将无水乙醇加入到所得混合物中，在调盘内调和均匀，得料浆；

(2)将步骤(1)所得料浆至于不锈钢模具中，在压片机上以3MPa的压强挤压成型，保压1.5min后脱模得前体；

(3)将步骤(2)所得前体用去离子水在常温下浸泡26小时，并每隔3～4小时换一次去离子水，使NaCl完全溶出以成孔。浸泡完后，用滤纸吸干表面水分后置于培养皿中，覆上膜并在膜上留出气孔后，置于冻干机中冷冻干燥26小时，即可，其中冷冻干燥的温度为零下40℃。

实施例4

致孔剂的用量为6g。除此之外，其余操作条件或参数，均与实施例1相同，制备得到相应的复合材料。

对比实施例1

除下述操作条件外，其余操作工艺与实施例1相同。

步骤(1)中，称取纯醇溶小麦蛋白0.5g，再加入2g粒径为450～550μm的氯化钠颗粒混合均匀，得混合物。

对比实施例2

除下述操作条件外，其余操作工艺与实施例1相同。

步骤(1)中，将介孔硅酸钙镁与醇溶小麦蛋白按质量比为1：9混合均匀，称量0.5g，再加入2g粒径为450～550μm的氯化钠颗粒混合均匀，得混合物。

对比实施例3

除下述操作条件外，其余操作工艺与实施例1相同。

步骤(1)中，将介孔硅酸钙镁与醇溶小麦蛋白按质量比为3：7混合均匀，称量0.5g，再加入2g粒径为450～550μm的氯化钠颗粒混合均匀，得混合物。

对比实施例4

挤压成型的压力为1MPa。除此之外，其余操作条件或参数，均与实施例1相同，本对比例由于成型压力过小，难以成型，无法制备得到相应的复合材料。

对比实施例5

挤压成型的压力为3.5MPa。除此之外，其余操作条件或参数，均与实施例1相同，本对比例由于成型压力过大，使得材料过于密实，导致致孔剂难以浸泡出，无法制备得到相应的复合材料。

效果实施例1

氮吸附是表征多孔材料的重要手段，N₂吸附得到LangmiurⅣ型等温线就说明其中具有介孔孔结构。

将样品研磨得到均匀的粉末。分别取对比实施例例1、对比实施例2、实施例1、对比实施例3制备的的适量粉末样品至于1.5mL离心管中，记为A、B、C、D号试样。用物理吸附分析仪测定不同相对压力p/p₀下N₂等温吸附-脱附曲线，通过BET计算，分析材料的比表面积和孔容，根据Barrett-Joyner-Helen(BJH)公式计算出平均孔径等信息。

图2(a)是对比实施例1中纯醇溶小麦蛋白粉末样的氮气吸附曲线图。可以看出，在氮气脱附的过程中，不能形成封闭的回滞环，这表明材料不具有介孔结构，孔结构不理想。从(b)孔容孔径分布图，可以看出材料的孔径分布很紊乱且分散。故不符合所需材料的要求。

图3(a)是对比实施例2中介孔硅酸钙镁：醇溶小麦蛋白＝1：9的混合粉末材料的氮气吸附曲线图。所合成的材料的吸附脱附等温线可大致归为LangmiurⅣ型曲线。在较高相对压力区，发生了不可逆的多层吸附，吸附等温线上出现了一个突跃，但脱附线与吸附线之间没有形成了氮气回滞环，这表明材料不具有介孔结构。故也不符合要求。图3(b)为孔径与孔容分布图，结果表明：材料的孔径有一定规律，比较集中在6.2nm左右的范围。

图4(a)是实施例1中介孔硅酸钙镁：醇溶小麦蛋白＝2：8的混合粉末材料的氮气吸附曲线图。N₂吸附-脱附等温线表明：所合成的材料的吸附脱附等温线可归类为LangmiurⅣ型曲线。在较高相对压力区，发生了不可逆的多层吸附，吸附等温线上出现了一个突跃，脱附线与吸附线之间形成了氮气回滞环，根据Brunauer-Deming-Deming-Teller(BDDT)分类，说明该介孔样品的孔径应该是2～50nm之间，材料具有介孔尺寸孔道。图4(b)为孔径与孔容分布图，结果表明：材料有多级孔径。孔径最集中在5.4nm附近,比较集中在10～20nm范围内，此两处结果为不同尺寸的介孔孔径。此外材料在80～90nm范围内有较小的峰值说明该材料中还存在大孔。从BET和BJH计算可以得出：该介孔材料比表面积为33.97m²/g，平均孔径为7.03nm。综上所述，该配比材料为即有介孔尺寸孔道，又有大孔的材料，是较理想的配比。

图5(a)是对比实施例3中介孔硅酸钙镁：醇溶小麦蛋白＝3：7的混合粉末材料的氮气吸附曲线图。N₂吸附-脱附等温线表明：所合成的材料的吸附脱附等温线可归类为LangmiurⅣ型曲线。在较高相对压力区，发生了不可逆的多层吸附，吸附等温线上出现了一个突跃，脱附线与吸附线之间形成了氮气回滞环，根据Brunauer-Deming-Deming-Teller(BDDT)分类，说明该介孔样品的孔径应该是2～50nm之间，材料具有介孔尺寸孔道。图5(b)为孔径与孔容分布图，结果表明：材料的孔径集中在6.1nm处，处于介孔尺寸范围。从BET和BJH计算可以得出：该材料比表面积为53.32m²/g，平均孔径为6.96nm。

各材料样品的氮气吸附测试比较结果如表1所示：对比实施例1为不加介孔硅酸钙镁的纯小麦蛋白，具有很小的比表面积及孔容，分别仅为1.12m²/g和0.0003cm³/g；而当混合材料中的介孔硅酸钙镁含量不断增加后，比表面积和孔容也相应增大，平均孔径则随之减小，如图6所示即为比表面积与介孔硅酸钙镁质量百分比含量的关系图，由图6得两者大致呈线性关系递增。这是因为纯介孔硅酸钙镁的孔径在介孔尺寸，远小于小麦蛋白的孔径尺寸。但BET平均孔径的结果中显示小麦蛋白的孔径值最小，这可能是由于纯小麦蛋白样品不具备完备的孔结构所导致。

由以上物理吸附分析结果，选择实施例1中介孔硅酸钙镁：醇溶小麦蛋白配比为质量比2：8的组分较好，其比表面积和孔容都较大，而且有介孔结构。

表1各材料样品的氮气吸附测试比较结果

效果实施例2

扫描电子显微镜(SEM)观察所得介孔材料的断面微观形貌。

图7中a，b，c，d为分别在25倍放大倍数下扫描所得照片：依次为对比实施例1，对比实施例2，实施例1，对比实施例3的样品。由扫描电镜(SEM)的实验结果可以看出：4组样品在放大25倍时均具有直径约450～500μm的大孔，其中c与d号样品的孔多为开孔，相互连通，且分布较均匀。

图8中a，b，c，d为分别在2000，1000，1000，1000倍放大倍数下扫描所得照片，依次为对比实施例1，对比实施例2，实施例1，对比实施例3的样品。由扫描电镜(SEM)的实验结果可以看出：在放大1000倍和2000倍时可观测到b和c的大孔中还有较多相互连通的几十微米的小孔，c和d含有介孔(2～50nm)结构。

综上所述，由氮气吸附分析(BET)及扫描电镜(SEM)的数据结果分析，决定选取介孔硅酸钙镁与醇溶小麦蛋白的配比为质量比2：8。这是因为该配比的比表面积和孔容较大，仅次于3：7配比的组份；孔径也在介孔范围内；而SEM拍出的结构图显示该配比制成的支架有相互连通的大孔，大孔中还有许多大小不等的小孔，结构完善。

取选定配比(介孔硅酸钙镁：小麦蛋白为2：8)的实施例1支架材料继续进行结构和性能等的分析。图9为实施例1样品(即介孔硅酸钙镁：小麦蛋白为2：8)，分别在25，100，1000，2000倍放大倍数下扫描所得照片。此配比所得支架材料，有相互连通的尺寸不等的大孔和小孔，孔径分布均匀，孔道规则有序。放大后显示，其孔壁表面不光滑，有凹凸和孔穴，有利于人体细胞组织的嵌入并分裂生长。

效果实施例3

选取实施例1，即介孔硅酸钙镁：醇溶小麦蛋白配比为质量比2：8的粉末试样进行X射线广角(10°～80°)及小角(0.5°～8°)衍射以分析材料的组成及结构。

图10为实施例1粉末样品在10°～80°下广角X射线衍射的图谱。图中15～27°附近较宽的衍射峰为介孔硅酸钙镁的特征衍射峰，这是典型的无定形硅酸盐材料的特征结构，推测介孔硅酸钙镁为非晶相材料。而45.4°，56.4°，66.2°，75.3°等处的峰值均为小麦蛋白的特征衍射峰。由实验结果可以看出，材料为小麦蛋白、硅酸钙和硅酸镁的复合材料。

小角衍射峰可表征有序中孔材料的孔径，还可表征封闭孔孔径分布。介孔衍射峰都出现在低角度范围(2θ为0～10°)可表征材料有介孔结构。由图11小角X射线衍射图谱可看到，在0.88°附近有一明显的衍射峰，即XRD小角出峰，证明该试样中有介孔结构。

综上所述，广角X衍射谱图说明有小麦蛋白和透辉石的特征衍射峰；小角X衍射的结果显示在低角度范围(2θ为0～10°)有衍射峰，结合氮气吸附得到LangmiurⅣ型等温线，证明材料有介孔结构。

效果实施例4

本效果实施例将对实施例1制备的复合支架进行体外降解性能的研究。

将降解实验样品与Tris-HCl溶液或PBS缓冲液按0.1g/20mL的比例放入聚乙烯塑料瓶中，在37℃的恒温振荡培养箱内以80r/min的速度振荡，并且每3天更换一次新鲜降解液。在一定的时间里取出样品，在干燥箱内干燥至恒重，称量并记录最后的重量。

降解性能是通过观察样品在溶液中浸泡后的质量损失率与浸泡时间的关系表征的，按照下面的公式计算试样的失重率：失重率(％)＝(W₀-W_t)/W₀×100％。每组数据由三个平行实验得到。

1、Tris-HCl缓冲液的制备及其体外降解性能的研究

0.05mol的Tris-HCl缓冲液是生物材料降解实验推荐使用的介质之一。具体的制备方法如下：将三羟甲基氨基甲烷配制成浓度为0.05mol/L的三羟甲基氨基甲烷溶液，以1000mL缓冲液的制备为例，可先在1000mL大烧杯中装约800mL超纯水，像水中加入6.057g三羟甲基氨基甲烷，37℃下搅拌溶解，然后用1mol/L的HCl溶液将三羟甲基氨基甲烷溶液调节pH值到7.4，并定容至1000ml。倒入广口瓶中，放在4℃冰箱内保存。

材料的降解性能可通过材料在溶液中的失重率来表征，相同浸泡时间内，某一材料的失重率越高，其降解速度就越快。图12是实施例1复合支架在Tris-HCl缓冲液中浸泡一个月的失重率曲线图。从图中可以看出，开始阶段复合支架随着时间的延长，材料不断降解，这说明了材料在Tris-HCl溶液中表面先溶解，导致表面结构破坏，比表面积增大，会进一步加快材料的降解。后段的降解减缓则可能是由于材料降解至一定阶段，体积缩小导致总的表面积也大幅减小，表面降解减缓。多孔支架材料的重量随浸泡时间不断减小，2周后，多孔支架材料的失重率在75％左右，表明多孔支架在Tris-HCl缓冲液中持续降解。

2、PBS缓冲液的配制

磷酸盐缓冲溶液又称为PBS缓冲液，pH值为7.4，与人体血液等渗，一般作为溶剂，起溶解保护试剂的作用，也可用于分子克隆、细胞培养，此处用于材料的降解剂。各组分的用量如下表2所示。将表2各组分溶于1000ml超纯水中，用5.6％NaHCO₃溶液调pH值至7.4左右，将所配溶液置于4℃冰箱中保存。

表2磷酸盐缓冲溶液中各组分用量

图13是实施例1复合支架在PBS缓冲液中浸泡一个月的失重率曲线图。从图中可以看出，复合支架随着时间的延长，材料不断降解且在一定时间内加快，这说明了材料在PBS溶液中表面先溶解，导致表面结构破坏，比表面积增大，会进一步加快材料的降解。多孔支架材料的重量随浸泡时间不断减小，2周后，多孔支架材料的失重率大约在60％，表明多孔支架在PBS缓冲液中持续降解，但与在Tris-HCl缓冲液中相比，降解速率较为缓慢。

实验结果表明，复合材料多孔支架在Tris-HCl和PBS缓冲液中均可持续降解，降解周期约为一个月。故当这种支架材料植入体内后，随着材料被周围组织包埋和吸收，最终将被新生骨组织替代，缺损部位即可被成功修复。

效果实施例5

本效果实施例将对实施例1制备的复合支架进行生物活性的研究。

模拟体液(simulated body fluid,SBF)具有与人体血浆相近的离子浓度。配制SBF时，必须严格按照操作流程依次加入相关试剂，各试剂的加入量和加入顺序如表3所示。配置完成后，滴加适量稀盐酸，将SBF溶液的pH值调整到7.4，用塑料瓶保存在4℃冰箱内。

表3配制1000mL的SBF溶液所需各试剂量

复合支架材料生物活性的测定：以固体样品SBF溶液为0.15g/20mL的比例，将样品浸泡在塑料瓶中，置于37℃的恒温振荡箱中保存，不更换浸泡液体分别浸泡5天和7天后，将样品取出，用去离子水冲洗，在常温下干燥除去水分。

用未浸泡的样品做对照，将干燥样品喷金后，用SEM观察其表面形貌，用EDS测试表面形貌元素含量，用pH试纸测量溶液的pH值。

1、支架材料在SBF溶液中的生物活性研究

材料的生物活性可以通过材料在体外模拟体液中浸泡后是否有羟基磷灰石生成来进行判断，材料表面生成磷灰石说明材料植入体内能够与骨组织形成活性界面。

浸泡前的原材料中主要含Si、Ca、Mg、O等元素，不含磷元素。图14是多孔支架材料在SBF溶液中浸泡5天(a)和7天(b)后的EDS图谱，可以看到在该材料5天和7天的两张EDS谱图中都有磷元素的吸收峰，材料新增加了磷和氯元素。实验结果证明材料在模拟体液中，材料表面沉积了新的元素。经过计算该材料表面的钙磷比，5天和7天的结果分别约为1.92和1.76，较接近羟基磷灰石的钙磷比例(1.67)，这一结果进一步证实：在模拟体液浸泡后，材料表面沉积的新物质为磷灰石层，该材料具有良好的生物活性。

2、支架材料浸泡后SBF溶液的pH值变化

图15为支架材料浸泡在SBF溶液中的pH值变化图。多孔支架材料样品浸泡在SBF中7天内，溶液的pH值变化范围在7.5～7.1之间，SBF溶液的pH值最终保持在7.17。偏酸性的环境不利于细胞的生长与增殖，而中性和偏碱性的pH值能够为细胞生长提供良好的生长环境。所以该支架能为细胞的增殖和生长提供有利的条件。

Claims (10)

1.一种介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合材料的制备方法，其包括下述步骤：

(1)将介孔硅酸钙镁、小麦蛋白和致孔剂的混合物与溶剂A混合均匀，得料浆；

其中，所述介孔硅酸钙镁与所述小麦蛋白的质量比为(2：7)～(2：9)，所述致孔剂的粒径为450～500μm，所述致孔剂的用量为相对于介孔硅酸钙镁和小麦蛋白总质量的400～1200％，所述溶剂A为能够溶解所述小麦蛋白，同时不溶解所述介孔硅酸钙镁和所述致孔剂的溶剂；

(2)将步骤(1)所得浆料挤压成型，得前体；其中，所述挤压成型的压力为1.5～3MPa，所述挤压成型的保压时间为1～3分钟；

(3)将步骤(2)所得前体于溶剂B中浸泡去除致孔剂，冷冻干燥，即可；其中，所述溶剂B为能溶解所述致孔剂，同时不溶解所述小麦蛋白和所述介孔硅酸钙镁的溶剂。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述介孔硅酸钙镁由下述制备方法制得：(1)将2～6g的三嵌段共聚物P₁₂₃溶于100～150mL 1～2M盐酸与20～30mL去离子水的混合溶液中至澄清；(2)将8～10mL的正硅酸乙酯TEOS，4～6g六水硝酸镁和4～6g四水硝酸钙加入素数混合溶液并在50℃下强烈搅拌4～6小时反应形成稳定透明的溶胶；(3)将步骤(2)所得溶胶置于30～40℃恒温振荡箱中老化、干燥，在以1～2℃/min升温速度加热至500～700℃条件下保温煅烧5～7小时，即可。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶剂A为醇类溶剂；

和/或，步骤(1)中，所述致孔剂为氯化钠；

和/或，步骤(1)中，所述致孔剂的用量为相对于介孔硅酸钙镁和小麦蛋白总质量的800～1000％。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂A为无水乙醇。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述挤压成型在压片机中进行；

和/或，所述挤压成型的模具为不锈钢模具。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述溶剂B为水；

和/或，步骤(3)中，所述浸泡的时间为22～26小时；在所述的浸泡去除致孔剂的过程中，每间隔一段时间更换一下溶剂B，间隔时间为3～4小时。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述溶剂B为去离子水。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述冷冻干燥前，还进行下述处理：采用滤纸将前体表面的溶剂B吸干后，至于培养皿中，覆上膜并在膜上留出气孔，即可；

和/或，步骤(3)中，所述冷冻干燥在冷冻机中进行，所述冷冻干燥的时间为22～26小时；所述冷冻干燥的温度为-35℃～-45℃。

9.一种如权利要求1～8任一项所述的制备方法制得的介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合材料。

10.一种如权利要求9所述的介孔硅酸钙镁/小麦蛋白复合材料在制备骨修复材料中的应用。