CN112402695A - 一种取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料及其制备方法和应用，包括天然植物纤维模板、定向填充于所述天然植物纤维模板中的天然高分子水凝胶和定向沉积于所述天然植物纤维模板中的羟基磷灰石。该水凝胶复合材料具有三维多孔结构，并呈各向异性，克服了羟基磷灰石颗粒在水凝胶基体中分布不均的问题；该材料具有超强的拉伸，压缩，抗弯曲强度和韧性，力学性能与硬骨组织相匹配；该材料有利于诱导前成骨细胞黏附和向成骨分化，促进新骨生长，并具有良好的骨整合性和机械稳定性，适合用于大面积的硬骨组织修复；另外该材料具有可调控的表面活性，可实现结构和表面的精细调控。

Description

一种取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料及其制备方 法和应用
技术领域
本发明属于水凝胶材料技术领域，具体涉及一种仿生骨水凝胶复合材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
水凝胶由于其三维网络形态能模拟细胞外基质的结构并促进物质交换，在组织工程上有着广阔的应用前景。但是，水凝胶的力学性能偏软，基本不具备负载承重功效，抗疲劳性差，机械稳定性差，不利于作为承重组织工程支架，需要通过和金属、有机物、生物陶瓷等共混来提高其力学性能，以满足承重需要。羟基磷灰石作为天然骨的重要成分之一，不仅能增强增韧，在促进细胞黏附，诱导干细胞向成骨分化过程中有着重要作用。因此，以羟基磷灰石为代表的纳米无机材料是骨组织修复支架和骨水泥中的常用添加成分。
CN101554492B公开了一种可注射羟基磷灰石纳米复合超分子水凝胶的制备方法，包括如下步骤：1)将聚氧化乙烯-聚氧化丙烯-聚氧化乙烯三嵌段聚合物、羟基磷灰石纳米粒子与水进行混合，超声分散，得到羟基磷灰石纳米粒子的悬浮液；2)将α-环糊精和水配置成α-环糊精的水溶液；3)将步骤1)得到的悬浮液与步骤2)得到的α-环糊精水溶液混合，超声，静置，得到可注射羟基磷灰石纳米复合超分子水凝胶。
CN103387646A公开了一种用于骨再生的羟基磷灰石水凝胶的制备方法，包括：(1)将羟基磷灰石加入到有机溶剂中，加入正丙胺和偶联剂，反应得羟基磷灰石混合溶液；冷却，洗涤，干燥后得到功能性羟基磷灰石粉末；(2)将功能性羟基磷灰石粉末、亲水单体、引发剂、催化剂均匀分散到水溶液中得到水凝胶预聚液，然后在0-40℃下聚合，得到用于骨再生的羟基磷灰石水凝胶。
CN103690994A公开了一种海藻酸盐/羟基磷灰石水凝胶材料及其制备方法，包括如下步骤：(1)海藻酸盐溶液的制备；(2)海藻酸盐凝胶的制备；(3)将海藻酸盐凝胶放入磷酸盐溶液中，调节溶液pH值，经过陈化，水洗，冷冻干燥，获得海藻酸盐/羟基磷灰石水凝胶材料。
上述现有技术均是基于羟基磷灰石粉末与高分子溶液共混再聚合或成型的技术制备羟基磷灰石水凝胶，往往均匀性难以保证，力学性能不能与硬骨组织相匹配，压缩或拉伸模量基本不超过10MPa，骨整合性不强；且缺乏对材料结构和表面的精细调控；此外，基于共混交联的水凝胶材料的机械稳定性差，不利于修复较大的组织缺损。因此，开发出一种能够克服上述系列问题的羟基磷灰石复合水凝胶是非常有意义的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种仿生骨水凝胶复合材料及其制备方法和应用，尤其提供一种取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料及其制备方法和应用。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料，所述取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料包括天然植物纤维模板、定向填充于所述天然植物纤维模板中的天然高分子水凝胶和定向沉积于所述天然植物纤维模板中的羟基磷灰石。
本发明所涉及的羟基磷灰石原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料具有三维贯穿网络结构，并呈高度各向异性，天然高分子水凝胶定向填充于天然纤维模板中，且羟基磷灰石沿着模板方向定向排列，克服了羟基磷灰石颗粒在水凝胶基体中分布不均的问题；定向沉积的羟基磷灰石使得该材料具有超强的拉伸，压缩，抗弯曲强度和韧性，力学性能与硬骨组织相匹配；定向沉积的羟基磷灰石使得该材料有利于诱导前成骨细胞黏附和向成骨分化，促进新骨生长，并具有良好的骨整合性和机械稳定性，适合用于大面积的硬骨组织修复；另外该材料具有可调控的表面活性，可实现结构和表面的精细调控。
优选地，所述天然植物纤维模板包括脱除木质素的棉短绒、脱除木质素的木材、脱除木质素的竹子、脱除木质素的甘蔗渣或脱除木质素的芦苇。
本发明所涉及的天然植物纤维模板典型性地但不限于选择上述几种材料，只要具有取向结构的天然植物纤维都能实现上述有益效果。所述脱除木质素是为了软化模板，增加纤维素骨架的孔隙率，以实现较好的水凝胶填充。对其进行干燥处理后再进行使用效果更佳。
本发明通过调控上述模板的脱木质素程度实现水凝胶形貌和力学性能的调控，进而实现材料结构和表面的精细调控。脱木素程度通过克拉森木质素定量法测定模板残余木质素含量计算。
优选地，所述天然高分子包括海藻酸、海藻酸盐、透明质酸、透明质酸盐、壳聚糖、胶原、聚L-赖氨酸或聚L-谷胺酸中的任意一种或至少两种的组合；所述至少两种的组合例如海藻酸和海藻酸盐的组合、透明质酸和透明质酸盐的组合、海藻酸盐和壳聚糖的组合、壳聚糖和胶原的组合等，其他任意的组合方式均可选择，在此便不再一一赘述。其中优选海藻酸和/或海藻酸盐，是因为海藻酸和/或海藻酸盐能在人体内降解而不产生毒性，具有良好的生物相容性。
另一方面，本发明提供一种如上所述的取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料的制备方法，所述制备方法包括：
(1)以天然植物纤维素为模板，通过真空挤压法在模板中填充天然高分子，交联，得到各向异性的水凝胶；
(2)用无机钙盐和磷酸盐处理步骤(1)得到的各向异性的水凝胶，使羟基磷灰石定向沉积，得到所述取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料。
本发明所涉及的取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料的制备方法采用模板法与原位沉积羟基磷灰石相结合的技术，不涉及有机溶剂和复杂的化学反应，制备流程简单易操作，克服了共混法的羟基磷灰石颗粒在凝胶基体中分布不均的问题，力学性能优良，并且赋予了材料可调控的表面活性，有利于细胞定向粘附和诱导成骨分化。
上述步骤(2)所述用无机钙盐和磷酸盐处理步骤(1)得到的各向异性的水凝胶是指用无机钙盐和磷酸盐依次处理，包括先用无机钙盐处理，再用磷酸盐处理；或者先用磷酸盐处理，再用无机钙盐处理。
优选地，步骤(1)所述模板在使用前进行干燥处理。
所述模板在使用前进行干燥处理是为了促进步骤(1)使用的高分子溶液充分填充到模板内。
优选地，步骤(1)所述通过真空挤压法在模板中填充天然高分子的具体方法为：将天然植物纤维模板置于天然高分子水溶液中，抽真空再放气，反复若干次。
优选地，所述天然高分子水溶液的质量分数为1-10％，例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％等，上述范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述，优选2-5％。
优选地，所述抽真空是指抽真空至100-300Pa，例如100Pa、150Pa、200Pa、250Pa或300Pa等，保持5-20min，例如5min、10min、12min、15min、18min或20min等，上述范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，所述反复若干次是指反复2-10次，例如2次、4次、5次、6次或10次等，上述范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
所述使用真空挤压法进行填充时，高分子溶液的浓度、真空度和真空保持时间特定选择上述数值范围进行搭配时，会使天然高分子在模板中的填充效果更好。
优选地，步骤(1)所述交联采用化学交联法。
优选地，步骤(1)所述化学交联法包括：将填充有天然高分子的模板浸没于二价和/或三价金属离子溶液中引发化学交联。
优选地，所述金属离子包括钙离子、铁离子或钡离子。
优选地，步骤(2)所述无机钙盐包括氯化钙、氢氧化钙或硝酸钙中的任意一种或至少两种的组合；所述至少两种的组合例如氯化钙和氢氧化钙的组合、氢氧化钙和硝酸钙的组合、氯化钙和硝酸钙的组合等，其他任意的组合方式均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，所述磷酸盐包括磷酸氢二钾、磷酸二氢钙、磷酸钾、磷酸钠、磷酸二铵或磷酸中的任意一种或至少两种的组合；所述至少两种的组合例如磷酸氢二钾和磷酸二氢钙的组合、磷酸钠和磷酸二铵的组合等，其他任意的组合方式均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，步骤(2)所述羟基磷灰石定向沉积后还将产物浸入碱性溶液中进行钙磷盐稳定化处理。
所述进行钙磷盐稳定化处理有利于稳定生成的羟基磷灰石化学结构。
优选地，所述碱性溶液的pH值为10-12，例如pH＝10、pH＝11或pH＝12等，上述范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
作为本发明的优选技术方案，本发明所述的取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料的制备方法包括如下步骤：
(1)以干燥后的天然植物纤维素为模板，将其置于质量分数为1-10％的天然高分子水溶液中，抽真空至100-300Pa，保持5-20min，再放气，反复2-10次，使模板中填充天然高分子，将填充有天然高分子的模板浸入浓度为500mM的氯化钙溶液中引发交联，得到各向异性的水凝胶；
(2)用无机钙盐和磷酸盐处理步骤(1)得到的各向异性的水凝胶，使羟基磷灰石定向沉积，然后将其浸入pH值为10-12的碱性溶液中进行钙磷盐稳定化处理，洗涤，得到所述取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料。
再一方面，本发明提供一种如上所述的取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料在制备骨组织修复材料中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所涉及的取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料具有三维贯穿网络结构，并呈高度各向异性，天然高分子水凝胶定向填充于模板中，且羟基磷灰石沿着模板方向定向排列，克服了羟基磷灰石颗粒在水凝胶基体中分布不均的问题；定向沉积的羟基磷灰石使得该材料具有超强的拉伸，压缩，抗弯曲强度和韧性，力学性能与硬骨组织相匹配；定向沉积的羟基磷灰石使得该材料有利于诱导前成骨细胞黏附和向成骨分化，促进新骨生长，并具有良好的骨整合性和机械稳定性，适合用于大面积的硬骨组织修复；另外该材料具有可调控的表面活性，可实现结构和表面的精细调控。
(2)本发明所涉及的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料的制备方法采用模板法与原位沉积羟基磷灰石相结合的技术，不涉及有机溶剂和复杂的化学反应，制备流程简单易操作，克服了共混法的羟基磷灰石颗粒在凝胶基体中分布不均的问题，力学性能优良，并且赋予了材料可调控的表面活性，有利于细胞定向粘附和诱导成骨分化。
附图说明
图1是取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料横断面上的SEM图。
图2是取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料纵向面上的SEM图。
图3是取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料的三维形貌扫描图。
图4是取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料的同步辐射小角X射线散射图。
图5是股骨缺陷处X射线图。
图6是股骨缺陷修复后的显微CT图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料，其制备方法如下：
(1)脱木素处理木片：木片材种为柏木，加工成厚度为2毫米，边长为10毫米的正方体。首先将木片浸没于去离子水中，80℃处理1h除去杂质和灰尘，烘干后称重。按固液比为1:35(g/g)的比例，将木片投入去离子水中，加入亚氯酸钠(0.6g/1g木片)以及乙酸(0.6mL/1g木片)，将体系加热至80℃反应6h。反应结束后将木片捞出，用去离子水洗涤三次，干燥后作为模板；
(2)将步骤(1)制得的模板置于质量分数为3％的海藻酸钠水溶液中，抽真空至200Pa，保持15min，再放气，反复5次，使模板中填充海藻酸钠水溶液。经填充的模板浸泡于500mM氯化钙溶液中引发海藻酸钠溶液交联，得到各向异性的水凝胶；
(3)将步骤(2)得到的产物先浸入500mM磷酸钾水溶液中，取出再浸入300mM氯化钙水溶液中，诱导羟基磷灰石颗粒生成；最后浸入pH＝11的氨水中使生成的钙磷盐稳定化，清水洗涤后，得到所述取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料。
实施例2
本实施例提供一种取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料，其制备方法如下：
(1)脱木素处理木片：木片材种为桉木，加工成厚度为3毫米，边长为10毫米的正方体。首先将木片浸没于去离子水中，80℃处理1h除去杂质和灰尘，烘干后称重。按固液比为1:30(g/g)的比例，将木片投入去离子水中，加入亚氯酸钠(0.8g/1g木片)以及乙酸(0.8mL/1g木片)，将体系加热至70℃反应6h。反应结束后将木片捞出，用去离子水洗涤三次，干燥后作为模板；
(2)将步骤(1)制得的模板置于质量分数为5％的天然胶原水溶液中，抽真空至100Pa，保持20min，再放气，反复7次，使模板中填充天然胶原水溶液，然后浸入浓度为300mM的氯化钙溶液中引发交联，得到各向异性的水凝胶；
(3)将步骤(2)得到的产物先浸入400mM磷酸二氢钾水溶液中，取出再浸入400mM氢氧化钙水溶液中，诱导羟基磷灰石颗粒生成；最后浸入pH＝10的氨水中使生成的钙磷盐稳定化，清水洗涤后，得到所述取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料。
实施例3
本实施例提供一种取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料，其制备方法如下：
(1)脱木素处理木片：木片材种为榉木，加工成厚度为5毫米，边长为15毫米的正方体。首先将木片浸没于去离子水中，80℃处理1h除去杂质和灰尘，烘干后称重。按固液比为1:40(g/g)的比例，将木片投入去离子水中，加入亚氯酸钠(1g/1g木片)以及乙酸(1mL/1g木片)，将体系加热至75℃反应8h。反应结束后将木片捞出，用去离子水洗涤三次，干燥后作为模板；
(2)将步骤(1)制得的模板置于质量分数为2％的壳聚糖水溶液中，抽真空至300Pa，保持10min，再放气，反复5次，使模板中填充壳聚糖水溶液，然后浸入浓度为600mM的氯化钙溶液中引发交联，得到各向异性的水凝胶；
(3)将步骤(2)得到的产物先浸入400mM磷酸二氢钾水溶液中，取出再浸入200mM氯化钙水溶液中，诱导羟基磷灰石颗粒生成；最后浸入pH＝12的氨水中使生成的钙磷盐稳定化，清水洗涤后，得到所述取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料。
实施例4
本实施例提供一种取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料，其制备方法如下：
(1)脱木素处理竹片：木片材种为松木，加工成厚度为3毫米，长为10毫米，宽为6毫米的长方体。首先将木片浸没于去离子水中，90℃处理1h除去杂质和灰尘，烘干后称重。按固液比为1:40(g/g)的比例，将木片投入去离子水中，加入亚氯酸钠(1g/1g木片)以及乙酸(1mL/1g木片)，将体系加热至75℃反应6h。反应结束后将木片捞出，用去离子水洗涤三次，干燥后作为模板；
(2)将步骤(1)制得的模板置于质量分数为8％的透明质酸钠溶液中，抽真空至200Pa，保持15min，再放气，反复7次，使模板中填充透明质酸钠溶液，然后浸入浓度为300mM的氯化钙溶液中引发交联，得到各向异性的水凝胶；
(3)将步骤(2)得到的产物先浸入600mM磷酸二氢钾水溶液中，取出再浸入400mM氯化钙水溶液中，诱导羟基磷灰石颗粒生成；最后浸入pH＝11的氨水中使生成的钙磷盐稳定化，清水洗涤后，得到所述取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料。
实施例5
本实施例提供一种取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料，其制备方法与实施例1的区别仅在于步骤(2)中海藻酸钠水溶液的质量分数为10％。其他条件均保持不变。
实施例6
本实施例提供一种取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料，其制备方法与实施例1的区别仅在于步骤(2)中海藻酸钠水溶液的质量分数为2.5％。其他条件均保持不变。
实施例7
本实施例提供一种取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料，其制备方法与实施例1的区别仅在于步骤(2)中浸入500mM的氯化钡溶液中引发海藻酸钠交联。其他条件均保持不变。
对比例1
本对比例提供一种材料，其制备方法包括如下步骤：
(1)脱木素处理竹片：木片材种为松木，加工成厚度为3毫米，长为10毫米，宽为6毫米的长方体。首先将木片浸没于去离子水中，90℃处理1h除去杂质和灰尘，烘干后称重。按固液比为1:40(g/g)的比例，将木片投入去离子水中，加入亚氯酸钠(1g/1g木片)以及乙酸(1mL/1g木片)，将体系加热至75℃反应6h。反应结束后将木片捞出，用去离子水洗涤三次，干燥，即得。
对比例2
本对比例提供一种材料，其制备方法包括如下步骤：
(1)脱木素处理竹片：木片材种为松木，加工成厚度为3毫米，长为10毫米，宽为6毫米的长方体。首先将木片浸没于去离子水中，90℃处理1h除去杂质和灰尘，烘干后称重。按固液比为1:40(g/g)的比例，将木片投入去离子水中，加入亚氯酸钠(1g/1g木片)以及乙酸(1mL/1g木片)，将体系加热至75℃反应6h。反应结束后将木片捞出，用去离子水洗涤三次，干燥后作为模板；
(2)将步骤(1)制得的模板置于质量分数为8％的透明质酸钠溶液中，抽真空至200Pa，保持15min，再放气，反复7次，使模板中填充透明质酸钠溶液，然后浸入浓度为300mM的氯化钙溶液中引发交联，得到各向异性的水凝胶。
评价试验
(1)电镜试验：对实施例4制得的取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料进行电镜观察，操作方法为将复合材料冷冻干燥后喷金，用扫描电镜进行观察。结果如图1所示，图1为取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料的横截面形貌，可知：木材中的空腔以及木质素去除后留下的管道均被海藻酸钠水凝胶填满。对实施例4制得的取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料进行电镜观察，操作方法为将复合材料冷冻干燥后喷金，用扫描电镜进行观察。结果如图2所示，图2为取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料的表面形貌，可知：木材纤维与海藻酸钠水凝胶表面均匀分布着羟基磷灰石纳米颗粒。
(2)三维形貌扫描试验：对实施例4制得的取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料进行三维形貌扫描，操作方法为：将复合材料冷冻干燥后，用微型CT仪进行扫描。结果如图3所示，由图3可知：对扫描结构进行三维模型重构后发现水凝胶复合材料中的羟基磷灰石颗粒呈均匀分布，并与木材纤维的取向性相同。
(3)同步辐射小角X射线散射分析：对实施例4制得的取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料进行同步辐射小角X射线散射分析，操作方法为采用上海同步辐射装置的BL16B1光束进行采集。用于数据收集的X射线CCD检测器(PILATUS3S 2m,1475×1679像素的像素大小172μm)的波长为0.124nm。试样到探测器的距离为1844mm，数据采集时间为30s，采用欧洲同步辐射设备的Fit2D软件对散射图像进行分析。结果如图4所示，由图4可知：由于排列良好的纤维素纤维，原位矿化的木材水凝胶复合材料表现出与天然骨类似的高度各向异性的显微结构。
(4)力学性能评价：对实施例4和对比例1-2制得的产品进行力学性能的测试，进行了其在L(平行于树生长方向)以及R(垂直于树生长方向)方向上的力学性能测试(包括拉伸强度和压缩强度)。结果如表1(样品在不同方向上的拉伸强度对比)和表2(样品在不同方向上的压缩强度对比)所示，由表1结果可知：相较于仅进行脱木素处理得到的白木以及进一步填充海藻酸钠水凝胶得到的复合材料，本发明所涉及的取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料无论在L方向还是R方向，其拉伸强度和压缩强度均更好。
表1
对比例1 对比例2 实施例4
L方向 30.7MPa 54.1MPa 67.8MPa
R方向 1.4MPa 4.7MPa 13.2MPa
表2
对比例1 对比例2 实施例4
L方向 7.5MPa 30.2MPa 39.5MPa
R方向 2.8MPa 22.7MPa 27.8MPa
(5)骨修复试验：评价实施例4制得的产品在促进新骨生长、修复骨组织方面的能力，试验方法如下：
(Ⅰ)试验分组：实施例4组(沉积羟基磷灰石水凝胶组)和对比例2组(未沉积羟基磷灰石水凝胶组)。
(Ⅱ)建模：动物模型为新西兰兔(雄性，体重2.5-3.2kg)。动物麻醉后，在大腿股骨上制造两处长度为3mm，宽度为2mm，深度为2mm的长方体缺损。
(Ⅲ)材料植入：将实施例4和对比例2制得的材料植入缺损处后缝合(示意图如图5所示，①处植入实施例4产品，②处植入对比例2产品)，60天后观察评价缺损位置新骨生成和修复的效果，观察方式为：植入60天后从动物标本中截取缺损腿骨样品，用多聚甲醛固定组织后，进行微观CT扫描(型号为Viva CT40，工作电压70kV，工作电流114μA)。完成CT扫描后，样品进行脱钙包埋处理，并用EDTA缓冲液脱钙，切成3-5μm的组织切片后进行HE染色观察。
结果如图6所示(①为实施例4产品，②为对比例2产品，虚线框图内为新骨生成和修复情况)，由图6可知：植入对比组模型缺损表面没有新骨愈合，而实施例4组植入后能有效诱导新骨生成，并覆盖缺损表面，证明了此仿生骨水凝胶复合材料有良好的骨诱导性。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的一种取向结构的原位矿化的仿生骨水凝胶复合材料及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料，其特征在于，所述取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料包括天然植物纤维模板、定向填充于所述天然植物纤维模板中的天然高分子水凝胶和定向沉积于所述天然植物纤维模板中的羟基磷灰石。
2.如权利要求1所述的取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料，其特征在于，所述天然植物纤维模板包括脱除木质素的棉短绒、脱除木质素的木材、脱除木质素的竹子、脱除木质素的甘蔗渣或脱除木质素的芦苇。
3.如权利要求1或2所述的取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料，其特征在于，所述天然高分子包括海藻酸、海藻酸盐、透明质酸、透明质酸盐、壳聚糖、胶原、聚L-赖氨酸或聚L-谷胺酸中的任意一种或至少两种的组合。
4.如权利要求1-3中任一项所述的取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
(1)以天然植物纤维为模板，通过真空挤压法在模板中填充天然高分子，交联，得到各向异性的水凝胶；
(2)用无机钙盐和磷酸盐处理步骤(1)得到的各向异性的水凝胶，使羟基磷灰石定向沉积，得到所述取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料。
5.如权利要求4所述的取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述模板在使用前进行干燥处理；
优选地，步骤(1)所述通过真空挤压法在模板中填充天然高分子的具体方法为：将天然植物纤维模板置于天然高分子水溶液中，抽真空再放气，反复若干次；
优选地，所述天然高分子水溶液的质量分数为1-10％，优选2-5％；
优选地，所述抽真空是指真空度至100-300Pa，保持5-20min；
优选地，所述反复若干次是指反复2-10次。
6.如权利要求4或5所述的取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述交联采用化学交联法；
优选地，步骤(1)所述化学交联法包括：将填充有天然高分子的模板浸没于二价和/或三价金属离子溶液中引发化学交联；
优选地，所述金属离子包括钙离子、铁离子或钡离子。
7.如权利要求4-6中任一项所述的取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述无机钙盐包括氯化钙、氢氧化钙或硝酸钙中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述磷酸盐包括磷酸氢二钾、磷酸二氢钙、磷酸钾、磷酸钠、磷酸二铵或磷酸中的任意一种或至少两种的组合。
8.如权利要求4-7中任一项所述的取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述羟基磷灰石定向沉积后还将产物浸入碱性溶液中进行钙磷盐稳定化处理；
优选地，所述碱性溶液的pH值为10-12。
9.如权利要求4-8中任一项所述的取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)以干燥后的天然植物纤维为模板，将其置于质量分数为1-10％的天然高分子水溶液中，抽真空至100-300Pa，保持5-20min，再放气，反复2-10次，使模板中填充天然高分子，将填充有天然高分子的模板浸入浓度为500mM的氯化钙溶液中引发交联，得到各向异性的水凝胶；
(2)用无机钙盐和磷酸盐处理步骤(1)得到的各向异性的水凝胶，使羟基磷灰石定向沉积，然后将其浸入pH值为10-12的碱性溶液中进行钙磷盐稳定化处理，洗涤，得到所述取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料。
10.如权利要求1-3中任一项所述的取向结构的原位矿化仿生骨水凝胶复合材料在制备骨组织修复材料中的应用。
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