CN111265716A - 一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法及其骨修复应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法，具体步骤为在碱性条件下，将经过超纯水洗涤后的骨材与多巴胺溶液混合搅拌反应，洗涤纯化，合成聚多巴胺修饰的骨材；加入金属盐离子预反应，再向反应体系中加入咪唑类水溶液和生长因子于室温在碱性条件下进行金属有机框架原位反应，得到骨材表面原位修饰的金属有机框架。该方法简单易行，绿色经济，重复性强。获得的骨材表面具有多面体金属有机框形态且化学稳定性及生物相容性好。同时，在形成金属有机框架的过程中，利用聚多巴胺的邻苯二酚与金属及咪唑三者之间相互配位效应，将其它药物分子或生长因子原位封装到金属有机框架中，为其进一步在骨修复中及其它的生物学应用奠定了基础。

Description

一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法及其骨修复应用
技术领域
本发明属于生物材料制备技术领域，涉及一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法及其在骨修复中的应用。
背景技术
骨组织有着良好的内在愈合能力,但临界尺寸的骨缺损(Critical-sized bonedefects)常不能形成生理修复，其处理仍是临床骨科一大挑战，往往需要骨移植术来帮助缺损部位重建形态和功能。目前，全球每年骨移植术已超过200万例，骨移植术已成为仅次于输血的第二大移植术。因此，临床对骨移植材料的需求量亦在不断增大。目前，自体骨移植仍是临床治疗骨缺损的“金标准”，但其具有来源有限、供区损伤、增加手术时间及风险等缺点。随着技术的发展，通过骨组织工程技术设计和研发的新型同种异体骨及人工骨可以很好的克服以上缺点，势必成为未来临床治疗骨缺损的首选材料。然而研究发现：同种异体骨及人工骨在骨诱导、骨传导及骨整合等方面仍存在不足。因此，开发和利用新的骨组织修复材料，对促进骨组织工程技术发展具有重要意义。
目前骨组织工程修复材料主要包括：自体骨、同种异体骨及人工骨等。其中，同种异体骨修复材料具有来源相对广泛、无供区损伤等优势，是仅次于自体骨的第二大常用骨修复材料，其用量已占到所有骨修复材料的三分之一。然而研究发现：相对于自体骨，同种异体骨制备过程中会损失掉大量生长因子，导致其骨诱导性有所不足，因而使用同种异体骨修复骨缺损时失败率更高。而同种异体骨促进骨缺损愈合主要是通过其骨传导特性发挥作用，为骨前体细胞的迁移及黏附提供条件，进而分泌生长因子以促进骨形成。当骨痂形成的理想环境受到干扰时，生长因子的分泌就会缺失，从而影响到骨的愈合。因此，生长因子在骨缺损的修复中具有重要作用。虽然目前生长因子已广泛运用于各种骨组织修复材料，大大提高了修复材料的骨诱导性。但对于生长因子的使用仍存在诸多亟待解决的问题，新的生长因子递送载体还有待进一步开发。因此，开发新的生长因子递送载体，降低生长因子使用剂量以预防相关并发症，并且可以起到缓慢释放生长因子而长效维持其生物学效应的作用，同时避免生长因子降解、失活以增强其生物学效应，对骨组织工程技术的发展具有重要意义。
金属-有机框架(Metal-organic frameworks,MOFs)是一种新兴的兼有无机和有机两种特性的复合多孔材料，由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。由于具有良好的孔径及药物装载能力、多样的结构/化学特性、良好的生物相容性及生物可降解性等特性，在生物医学领域引起了广泛关注。以MOFs为载体用于药物、蛋白或酶的递送等，已进行了大量研究。通过MOFs装载蛋白质，除了具有缓释效应以外，还具有维持甚至提高蛋白质活性的作用，从而为生长因子长期高效的发挥其生物学效应提供了条件。但目前尚未骨表面原位聚合修饰金属有机框架的任何文献报道。
发明内容
有鉴于此，针对目前临界骨缺损修复存在的难愈性及复杂性的关键问题，本发明提供一种骨材表面原位修饰具有多种功能的金属有机框架的方法，该方法简单易行，绿色经济，重复性强，生物相容性好。获得的骨材表面具有多面体金属有机框形态且稳定性好。同时，在形成金属有机框架的过程中，利用聚多巴胺的邻苯二酚与金属及咪唑三者之间相互配位效应，将其它药物分子或促骨生长因子原位封装到金属有机框架中，为临界骨缺损修复提供可能。本发明的目的之一在于提供由上述方法得到骨材表面原位修饰具有多种功能的金属有机框架；本发明的目的之二在于提供上述所得封装生长因子的金属有机框架在骨修复中的应用。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1.一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法，过程及原理图如图1所示，包括如下步骤：a.在碱性条件下，将骨材与多巴胺溶液混合搅拌反应12h以上，洗涤纯化，合成聚多巴胺修饰的骨材；
b.加入金属盐离子预反应，再向反应体系中加入咪唑类水溶液和生长因子于室温在碱性条件下进行金属有机框架原位反应，纯水洗涤去除未反应的无机离子和未反应的咪唑类，得到骨材表面原位修饰的金属有机框架。
在形成金属有机框架的过程中，利用聚多巴胺的邻苯二酚与金属及咪唑三者之间相互配位效应，将药物分子或生长因子原位封装到金属有机框架中，可在进一步应用中缓慢释放出来，达到治疗或修复作用。
进一步，所述碱性条件为pH＝8-10的Tris缓冲液，氢氧化钠溶液，氢氧化钾溶液或氨水。
进一步，所述骨材为脱钙骨基质，人工骨或同种异体骨。
进一步，所述生长因子为rhBMP-2，IGF，TGF-p。
进一步，所述金属盐离子为硝酸镁，氯化镁，硝酸锌或硫酸锌。
进一步，所述咪唑类水溶液为2-甲基咪唑或4-甲基咪唑。
进一步，所述多巴胺溶液浓度为0.1～10mg/ml，金属盐离子溶液浓度为1～10mg/ml，咪唑类水溶液浓度为0.5～15mg/ml。
进一步，所述多巴胺溶液浓度为1～5mg/ml，金属盐离子溶液浓度为1～5mg/ml，咪唑类水溶液浓度为0.5～5mg/ml。
进一步，所述搅拌为500～1500r/min条件下搅拌。
进一步，多巴胺修饰骨材反应时间为12～24h，金属盐离子预反应时间为10-60min，金属有机框架原位反应时间为0.5-2h。
进一步，所有反应均为室温(20-25℃)。
2.由所述的方法进行的骨材表面原位修饰金属有机框架。
3.所述骨材表面原位修饰金属有机框架封装促骨生长因子在骨修复中的应用。
本发明的有益效果在于：本发明公开了骨材表面原位修饰金属有机框架的方法。一方面，通过对体系的简易调控，成功实现了在骨材表面原位进行金属有机框架的修饰，获得的骨材表面具有多面体金属有机框形态，化学稳定性及生物相容性好。另一方面，在金属有机框架形成的过程中，可将药物分子或生长因子原位封装于金属有机框架中，为其在骨修复中的应用奠定了基础；最后，本发明反应简单易行，绿色经济，重复性强。由本发明制备得到的新型骨修复材料无细胞毒性，且对骨缺损的修复效果明显。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为骨材表面原位修饰金属有机框架的过程图；
图2为Mg-MOF及BMP-Mg-MOF合成示意及表征图；
图3为DBM、PDA-DBM及BMP@MOF-DBM大体及扫描电镜图；
图4为BMP@MOF-DBM材料制备的浸提液对BMSCs细胞活力的分析研究图；
图5为SD大鼠颅骨临界性骨缺损造模图；
图6为BMP@MOF-DBM材料修复临界性骨缺损硬组织切片Von Kossa硝酸银染色图；
图7为BMP@MOF-DBM材料修复临界性骨缺损HE染色、固绿—番红O染色图；
图8为BMP@MOF-DBM材料修复临界性骨缺损Micro-CT图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1：金属有机框架的制备及生长因子封装(无机盐：硝酸镁Mg(NO3)2；咪唑类：2-甲基咪唑；生长因子：rhBMP-2)
各取1ml浓度为3mg/ml的硝酸镁溶液与3mg/ml的2-甲基咪唑溶液混合，并用1mlpH＝8.8的Tris缓冲液调节体系反应pH值，在800r/min磁力搅拌下，室温(25℃)反应1h后停止反应，以上反应液置于转入截留分子量为10000透析袋中二次蒸馏水透析24h，其中每6小时换水一次，换水量在3L/次。以除掉未反应的硝酸镁、2-甲基咪唑及其他无机离子。得到金属有机框架(Mg-MOF)，封装生长因子实验步骤如上，只是在体系中加入生长因子rhBMP-2(10μg粉末，rhBMP-2，Recombinant human bone morphogenetic protein,rhBMP-2，重组人骨形态发生蛋白2)与溶液混合搅拌反应(图2中d所示)，得到BMP-Mg-MOF。图2为Mg-MOF及BMP-Mg-MOF合成示意及表征图，扫描高分辨透射电镜(SEM)及水溶液中水合粒径(DLS)显示Mg-MOF的大小约为80nm，其水合粒径大小约为230nm左右(图2b和c所示)；而BMP-Mg-MOF大小约为100nm左右，水合粒径大小约为350nm左右(图2中e和f所示)，这说明是rhBMP-2的加入对Mg-MOF的介导合成产生了一定的影响，从图2中e SEM图上也可以看出纳米框架之间存在有一些粘连的情况存在。以上研究结果都为研究骨材表面原位形成多功能MOF结构奠定了一定的基础。相关预实验表明多巴胺在碱性条件下能在骨材表面原位聚合形成聚多巴胺，并能进一步介导多功能镁有机框架的形成。在形成金属有机框架的过程中，利用聚多巴胺的邻苯二酚与金属及咪唑三者之间相互配位效应，将其它药物分子或生长因子原位封装到金属有机框架中，生长因子除了rhBMP-2外，还可以为其他生长因子，如IGF，TGF-p。
实施例2：骨材表面原位修饰金属有机框架的方法(骨材：脱钙骨基质DBM，无机盐：硝酸镁Mg(NO3)2；咪唑类：2-甲基咪唑；生长因子：rhBMP-2)
将DBM(脱钙骨基质，Demineralized bone matrix)切成相应形貌大小为1cm*1cm的骨块，经超纯水洗涤后，放于反应瓶中，加入2ml 2mg/mL多巴胺溶液，并用1ml pH＝8.8的Tris缓冲液调节体系反应pH值为8.8，在1000r/min磁力搅拌下，室温(25℃)反应12h，进行聚苯胺修饰骨材反应，完成后，置于超纯水中洗涤3次得PDA-DBM，真空干燥，接着将PDA-DBM加入到5ml 1mg/mL硝酸镁水溶液中反应15min，再加入5ml 1mg/mL的2-甲基咪唑水溶液，生长因子rhBMP-2(20μg粉末)，并用pH＝8.8的Tris缓冲液调节体系反应pH值为8.8，在1000r/min磁力搅拌下，室温(25℃)反应1h后停止反应，超纯水反复洗涤纯化6次得到BMP@MOF-DBM。图3为制备步骤中得到PDA-DBM、MOF-DBM和BMP@MOF-DBM的图片及SEM图，其中图3中a为三种材料的外观照片，未修饰的脱钙骨基质(DBM)呈淡黄色；使用聚多巴胺(PDA)修饰的DBM呈现黑色(PDA-DBM)；而在形成过程中加入rhBMP-2介导的Mg-MOF原位生成，结果显示呈现褐色。图3中b-d为三种材料的SEM扫描图片，结果提示PDA-DBM表面原位生成立方形金属-有机框架材料，得到多功能镁有机框架(BMP@MOF-DBM,图3中d所示)。而在形成过程中未加入rhBMP-2的DBM表面并不能观察到多面体金属有机框架形成，不能原位得到多功能有机框架结构(图3中c所示)。2次反应步骤中pH值调节至8-10呈弱碱性即可。
实施例3：BMP@MOF-DBM材料浸提液无明显细胞毒性(骨材：脱钙骨基质DBM，无机盐：氯化镁MgCl2；咪唑类：4-甲基咪唑；生长因子：rhBMP-2)
将DBM切成相应形貌大小为1cm*1cm的骨块，经超纯水洗涤后，放于反应瓶中，加入2ml 1mg/mL多巴胺溶液，并用1ml pH＝8.8的Tris缓冲液调节体系反应pH值为8.8，在1000r/min磁力搅拌下，室温(25℃)反应12h，进行聚苯胺修饰骨材反应，完成后，置于超纯水中洗涤3次得PDA-DBM，真空干燥，接着将PDA-DBM加入到5ml 1mg/mL氯化镁水溶液中反应15min，再加入5ml 1mg/mL的4-甲基咪唑水溶液，生长因子rhBMP-2(20μg粉末)，并用pH＝8.8的Tris缓冲液调节体系反应pH值为8.8，在800r/min磁力搅拌下，室温(25℃)反应1h后停止反应，超纯水反复洗涤纯化6次得到BMP@MOF-DBM。将得到的BMP@MOF-DBM材料制备浸提液，取SD大鼠BMSCs细胞(5×103cells/100μL)提前孵育于96孔板内，待细胞长至70％-80％，加入浓度为100％、50％、25％的浸提液与细胞共培养，24h后，加入10μL CCK-8试剂，于450nm处测定吸光度。如图4所示，100％、50％、25％浓度材料浸提液及普通培养基中BMSCs细胞生长情况没有明显差异，显示没有明显的细胞毒性。通过MOFs装载rhBMP-2，可维持rhBMP-2生物活性，解决了rhBMP-2容易变性、生物活性不高的问题。同时，通过缓释效应，解决了rhBMP-2半衰期极短，需要高浓度使用的缺点，提高了rhBMP-2的生物利用效率。预期可提高临界性骨缺损修复效果。使用Mg2+构建MOFs，充分利用Mg2+在骨代谢中的作用，进一步提高材料的成骨特性。同时，使用Mg2+具有高的生物安全性。因此，采用Mg2+构建MOFs，理论上具有良好的生物安全性，同时还具有促成骨效应，预期可进一步提高材料的骨修复效果。
基于以上特性，BMP@MOF-DBM材料预期可提高临界性骨损伤修复效果。此外，PDA具有近红外光热效应，为后期研究中通过近红外体外控释rhBMP-2提供了条件。同时，构建过程中所使用的材料均为FDA批准的临床用药，可体内降解，生物安全性好，为后期的临床运用提供了一定基础。
实施例4BMP@MOF-DBM修复临界骨缺损研究(骨材：DBM，无机盐：硝酸镁Mg(NO3)2；咪唑类：4-甲基咪唑；生长因子：rhBMP-2)
BMP@MOF-DBM制备：将DBM切成相应形貌大小为1cm*1cm的骨块，经超纯水洗涤后，放于反应瓶中，加入2ml 4mg/mL多巴胺溶液，并用1M NaOH溶液调整体系反应pH值为9，在800r/min磁力搅拌下，室温(25℃)反应18h，进行聚苯胺修饰DBM反应，完成后，置于超纯水中洗涤3次得PDA修饰的DBM，真空干燥，接着将PDA修饰的DBM加入到5ml 2mg/mL硝酸镁水溶液中反应15min，再加入5ml 2mg/mL的4-甲基咪唑水溶液，生长因子rhBMP-2(10μg粉末)，并用1M NaOH溶液调节体系反应pH值为9，在800r/min磁力搅拌下，室温(25℃)反应1h后停止反应，超纯水反复洗涤纯化6次得到BMP@MOF-DBM，真空干燥备用。
制备大鼠颅骨临界性骨缺损模型：以SD大鼠为实验动物，行颅骨临界性骨缺损造模，使用环钻在大鼠颅骨顶部做2个直径为10mm的全层骨缺损，如图5所示。
BMP@MOF-DBM修复临界骨缺损研究：20只SD大鼠随机分为A、B 2组，每组10只。A组在骨缺损处植入备好的BMP@MOF-DBM；B组行骨缺损造模后不做任何处理作为对照组。术后3、6及9周取材，通过影像学观察、形态学观察及组织学分析对修复组织进行分析，综合评定BMP@MOF-DBM对大鼠颅骨临界性骨缺损的修复效果。术后9周通过硬组织切片Von Kossa硝酸银染色、HE染色、固绿—番红O染色等方法评估SD大鼠颅骨临界性骨缺损修复效果，并与空白对照组修复效果对比，结果均显示BMP@MOF-DBM修复组具有良好的临界性骨缺损修复效果。图6为术后9周通过硬组织切片Von Kossa硝酸银染色图，左边为BMP@MOF-DBM修复组，右边为空白对照组，BMP@MOF-DBM修复组对骨缺损的修复效果明显优于空白对照组。图7为术后9周HE染色、固绿—番红O染色图，结果显示BMP@MOF-DBM修复组对骨缺损的修复效果明显优于空白对照组。图8为BMP@MOF-DBM修复SD大鼠颅骨临界性骨缺损，术后9周Micro-CT检查结果图，其中a的左孔为BMP@MOF-DBM修复组，a的右孔为空白对照组；b的左孔为BMP@MOF-DBM修复组，b的右孔为DBM修复组。对比结果显示：BMP@MOF-DBM修复组对骨缺损的修复效果明显优于单纯DBM及空白对照组。
实施例5：骨材表面原位修饰金属有机框架的方法(骨材：同种异体骨，无机盐：硝酸锌Zn(NO3)2；咪唑类：2-甲基咪唑；生长因子：rhBMP-2)
将同种异体骨切成相应形貌大小为1cm*1cm的骨块，经超纯水洗涤后，放于反应瓶中，加入2ml 5mg/mL多巴胺溶液，并用1M NaOH溶液调整体系反应pH值为9，在1200r/min磁力搅拌下，室温(25℃)反应20h，进行聚苯胺修饰同种异体骨反应，完成后，置于超纯水中洗涤3次得PDA修饰的同种异体骨，真空干燥，接着将PDA修饰的同种异体骨加入到2ml 5mg/mL硝酸锌水溶液中反应20min，再加入5ml 1mg/mL的2-甲基咪唑水溶液，生长因子rhBMP-2(20μg)，并用1M NaOH溶液调节体系反应pH值为9，在800r/min磁力搅拌下，室温(25℃)反应1.5h后停止反应，超纯水反复洗涤纯化6次。
实施例6：骨材表面原位修饰金属有机框架的方法(骨材：人工骨，无机盐：硫酸锌ZnSO4；咪唑类：2-甲基咪唑；生长因子：TGF-p)
将人工骨切成相应形貌大小为1cm*1cm的骨块，经超纯水洗涤后，放于反应瓶中，加入2ml 4mg/mL多巴胺溶液，并用1M KOH溶液调整体系反应pH值为9，在1000r/min磁力搅拌下，室温(25℃)反应18h，进行聚苯胺修饰人工骨反应，完成后，置于超纯水中洗涤3次得PDA修饰的人工骨，真空干燥，接着将PDA修饰的人工骨加入到5ml 2mg/mL硫酸锌水溶液中反应25min，再加入2ml 4mg/mL的2-甲基咪唑水溶液，生长因子TGF-p(10μg粉末)，并用1MKOH溶液调节体系反应pH值为9，在1000r/min磁力搅拌下，室温(25℃)反应2h后停止反应，超纯水反复洗涤纯化6次。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
a.在碱性条件下，将骨材与多巴胺溶液混合搅拌反应12h以上，洗涤纯化，合成聚多巴胺修饰的骨材；
b.加入金属盐离子预反应，再向反应体系中加入咪唑类水溶液和生长因子于室温在碱性条件下进行金属有机框架原位反应，纯水洗涤去除未反应的无机离子和未反应的咪唑类，得到骨材表面原位修饰的金属有机框架。
2.根据权利要求1所述一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法，其特征在于，所述碱性条件为pH＝8-10的Tris缓冲液，氢氧化钠溶液，氢氧化钾溶液或氨水。
3.根据权利要求1所述一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法，其特征在于，所述骨材为脱钙骨基质，人工骨或同种异体骨，所述生长因子为rhBMP-2，IGF，TGF-p。
4.根据权利要求1所述一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法，其特征在于，所述金属盐离子为硝酸镁，氯化镁，硝酸锌或硫酸锌。
5.根据权利要求1所述一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法，其特征在于，所述咪唑类水溶液为2-甲基咪唑或4-甲基咪唑。
6.根据权利要求1-5任一项所述一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法，其特征在于，所述多巴胺溶液浓度为0.1～10mg/ml，金属盐离子溶液浓度为1～10mg/ml，咪唑类水溶液浓度为0.5～15mg/ml。
7.根据权利要求6所述一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法，其特征在于，所述搅拌为500～1500r/min条件下搅拌。
8.根据权利要求6所述一种骨材表面原位修饰金属有机框架的方法，其特征在于，多巴胺修饰骨材反应时间为12～24h，金属盐离子预反应时间为10-60min，金属有机框架原位反应时间为0.5-2h。
9.由权利要求1～8任一项所述的方法制备的一种骨材表面原位修饰的金属有机框架。
10.权利要求9所述一种骨材表面原位修饰的金属有机框架在骨修复中的应用。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112546300A (zh) * 2020-11-24 2021-03-26 温州医科大学附属口腔医院 一种雷洛昔芬改性mof涂层介导局部抗骨质疏松性金属基材植入材料及其制备方法
CN113019865A (zh) * 2021-03-10 2021-06-25 西南交通大学 一种含铁有机金属框架功能涂层材料的制备方法及应用
CN114196041A (zh) * 2021-12-30 2022-03-18 智享生物(苏州)有限公司 一种用于细胞培养的功能性微凝胶及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104415670A (zh) * 2013-08-23 2015-03-18 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种金属有机框架膜及其制备方法和应用
CN108939146A (zh) * 2018-07-12 2018-12-07 重庆大学 一种抗菌/抗骨肉瘤/促成骨多功能性钛基植入材料及其制备方法
CN109091674A (zh) * 2018-09-14 2018-12-28 黄冈师范学院 一种多功能药物载体及其制备方法与应用
CN109603565A (zh) * 2018-12-12 2019-04-12 浙江工业大学 儿茶酚类化合物辅助沉积合成金属有机骨架复合膜的方法
CN110639067A (zh) * 2019-10-16 2020-01-03 四川大学 用于加工微型骨固位钉的复合材料及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104415670A (zh) * 2013-08-23 2015-03-18 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种金属有机框架膜及其制备方法和应用
CN108939146A (zh) * 2018-07-12 2018-12-07 重庆大学 一种抗菌/抗骨肉瘤/促成骨多功能性钛基植入材料及其制备方法
CN109091674A (zh) * 2018-09-14 2018-12-28 黄冈师范学院 一种多功能药物载体及其制备方法与应用
CN109603565A (zh) * 2018-12-12 2019-04-12 浙江工业大学 儿茶酚类化合物辅助沉积合成金属有机骨架复合膜的方法
CN110639067A (zh) * 2019-10-16 2020-01-03 四川大学 用于加工微型骨固位钉的复合材料及其制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112546300A (zh) * 2020-11-24 2021-03-26 温州医科大学附属口腔医院 一种雷洛昔芬改性mof涂层介导局部抗骨质疏松性金属基材植入材料及其制备方法
CN112546300B (zh) * 2020-11-24 2024-03-15 温州医科大学附属口腔医院 一种雷洛昔芬改性mof涂层介导局部抗骨质疏松性金属基材植入材料及其制备方法
CN113019865A (zh) * 2021-03-10 2021-06-25 西南交通大学 一种含铁有机金属框架功能涂层材料的制备方法及应用
CN114196041A (zh) * 2021-12-30 2022-03-18 智享生物(苏州)有限公司 一种用于细胞培养的功能性微凝胶及其制备方法
CN114196041B (zh) * 2021-12-30 2024-06-07 智享生物(苏州)有限公司 一种用于细胞培养的功能性微凝胶及其制备方法

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