CN113041398A - 一种高熵陶瓷复合胶原蛋白材料及其制备方法和应用、一种高熵陶瓷复合胶原蛋白人工骨 - Google Patents

一种高熵陶瓷复合胶原蛋白材料及其制备方法和应用、一种高熵陶瓷复合胶原蛋白人工骨 Download PDF

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Abstract

本发明涉及仿生材料技术领域，尤其涉及一种高熵陶瓷复合胶原蛋白材料以及制备方法和应用、一种高熵陶瓷复合胶原蛋白人工骨。本发明提供了一种高熵陶瓷复合胶原蛋白材料，包括高熵陶瓷和负载于所述高熵陶瓷表面的胶原蛋白多孔海绵。本发明提供的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料以高熵陶瓷作为基体，保证复合材料具备优异的力学性能，同时，在高熵陶瓷表面负载一层胶原蛋白多孔海绵，胶原蛋白具有低免疫原性、细胞适应性、和组织相容性的特点，实现了在不影响高熵陶瓷的基础力学性能的同时，提高了高熵陶瓷的生物相容性，且本发明的胶原蛋白以多孔海绵的形态存在，更有利于生物组织的附着与生长，进而促进细胞生长。

Description

一种高熵陶瓷复合胶原蛋白材料及其制备方法和应用、一种 高熵陶瓷复合胶原蛋白人工骨
技术领域
本发明涉及仿生材料技术领域，尤其涉及一种高熵陶瓷复合胶原蛋白材料及其制备方法和应用、一种高熵陶瓷复合胶原蛋白人工骨。
背景技术
人工骨在临床医学应用中，需要满足几个基本要求：具有良好的生物相容性；具有合适的力学性能；有微孔结构，使新生骨组织得以长入；其吸收速度与新骨生长速度大致保持同步；易于加工成所需的大小和形状。目前人工骨、关节的基础成型工艺已经较为成熟，但是存在着共性的问题：人工骨、关节在人体内与细胞的相容性差，不利于细胞的黏附、生长、增殖。
为了提高人工骨、关节植入人体后与人体的生物相容性，目前常见的方法为在制骨材料中添加相关的高分子有机材料，例如甲壳素及其衍生物、聚乳酸、聚己内酯等；或无机材料，例如生物降解类陶瓷、羟基磷灰石等。但是通过以上方法调整制骨材料时，在获得良好的生物相容性的同时可能会使人工骨、关节的强度、硬度等力学性能受到影响，而且制作方法单一，多为3D打印或模压成型。例如，中国专利CN108689699A公开了一种高柔韧性人工骨骼关节用陶瓷复合材料及制备方法，由羟基磷灰石、氧化锆增韧氧化铝粉体、纳米氧化钛等原料通过共沉淀法制备混合凝胶，再通过喷雾干燥、冷等静压成型制备而成；但是其力学性能较差，如抗弯强度能最高为1400MPa，断裂韧性最高为17.5MPa/m2，压缩强度最高为900HV。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高熵陶瓷复合胶原蛋白材料及其制备方法和应用、一种高熵陶瓷复合胶原蛋白人工骨，本发明提供的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料兼具生物相容性高和力学性能好的特点。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种高熵陶瓷复合胶原蛋白材料，包括高熵陶瓷和负载于所述高熵陶瓷人工骨表面的胶原蛋白多孔海绵。
优选的，所述胶原蛋白多孔海绵的厚度为1～5mm。
优选的，所述胶原蛋白多孔海绵的分子量为9.8～50KDa。
优选的，所述高熵陶瓷材质为锆基高熵陶瓷；
所述锆基高熵陶瓷包括以下质量分数的组分：
ZrO225～35％、MgO12.5～22.5％、NiO12.5～22.5％、CoO12.5～22.5％和CuO12.5～22.5％；
所述MgO、NiO、CoO和CuO的质量分数相同。
本发明提供了上述技术方案所述高熵陶瓷复合胶原蛋白材料的制备方法，包括以下步骤：
提供活性胶原蛋白溶液；
提供高熵陶瓷；
将所述高熵陶瓷浸渍于所述胶原蛋白溶液中，得到前驱体材料；
将所述前驱体材料进行冻干，得到所述高熵陶瓷复合胶原蛋白材料。
优选的，所述冻干的温度为-60～-80℃，时间为3～4h。
优选的，所述活性胶原蛋白溶液的质量浓度为0.2～0.35％。
优选的，所述高熵陶瓷人工骨和活性胶原蛋白溶液的质量比为1：(0.1～0.8)。
本发明提供了上述技术方案所述高熵陶瓷复合胶原蛋白材料或上述技术方案所述制备方法得到的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料在制备人工骨或人工关节中的应用。
本发明提供了一种高熵陶瓷复合胶原蛋白人工骨，材料为上述技术方案所述的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料或上述技术方案所述制备方法得到的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料，所述高熵陶瓷复合胶原蛋白材料中高熵陶瓷具有骨的形状。
本发明提供了一种高熵陶瓷复合胶原蛋白材料，包括高熵陶瓷和负载于所述高熵陶瓷表面的胶原蛋白多孔海绵。本发明提供的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料以高熵陶瓷作为基体，保证复合材料具备优异的力学性能，同时，在高熵陶瓷表面负载一层胶原蛋白多孔海绵，胶原蛋白具有低免疫原性、细胞适应性、和组织相容性的特点，实现了在不影响高熵陶瓷的基础力学性能的同时，提高了高熵陶瓷的生物相容性，且本发明的胶原蛋白以多孔海绵的形态存在，更有利于生物组织的附着与生长，进而促进细胞生长；实施例的结果表明，以本发明提供的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料得到的高熵陶瓷复合胶原蛋白人工骨三点弯曲强度为578～600MPaMPa(GB/T 6569-86)。
附图说明
图1本发明实施例2～4提供的高熵陶瓷复合胶原蛋白人工骨的制备流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种高熵陶瓷复合胶原蛋白材料，包括高熵陶瓷和负载于所述高熵陶瓷人工骨表面的胶原蛋白多孔海绵。
在本发明中，如无特殊说明，所用原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
本发明提供的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料包括高熵陶瓷，所述高熵陶瓷优选为锆基高熵陶瓷；所述锆基高熵陶瓷优选包括以下质量分数的组分：
ZrO225～35％、MgO12.5～22.5％、NiO12.5～22.5％、CoO12.5～22.5％和CuO12.5～22.5％；
所述MgO、NiO、CoO和CuO的质量分数相同。
以质量分数计，本发明中所述锆基高熵陶瓷优选包括25～35％的ZrO2，更优选为28～32％，最优选为30％。
以质量分数计，本发明中所述锆基高熵陶瓷优选包括12.5～22.5％的MgO，更优选为16.5～18.5％，最优选为17.5％。
以质量分数计，本发明中所述锆基高熵陶瓷优选包括12.5～22.5％的NiO，更优选为16.5～18.5％，最优选为17.5％。
以质量分数计，本发明中所述锆基高熵陶瓷优选包括12.5～22.5％的CoO，更优选为16.5～18.5％，最优选为17.5％。
以质量分数计，本发明中所述锆基高熵陶瓷优选包括12.5～22.5％的CuO，更优选为16.5～18.5％，最优选为17.5％。
在本发明中，所述锆基高熵陶瓷中的MgO、NiO、CoO和CuO的质量分数相同。
本发明提供的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料包括负载于所述高熵陶瓷表面的胶原蛋白多孔海绵，在本发明中，所述胶原蛋白多孔海绵的厚度优选为1～5mm，更优选为2.5～3mm；所述胶原蛋白多孔海绵的分子量优选为9.8～50KDa，更优选为10～35KDa；所述胶原蛋白多孔海绵的纯度优选为>98.5％，更优选为>99.0％，所述胶原蛋白多孔海绵的重金属含量优选为<10mg/kg，更优选为<5mg/kg；所述胶原蛋白海绵的孔隙率优选为95％，平均孔径优选为100μm。
本发明提供了上述技术方案所述高熵陶瓷复合胶原蛋白材料的制备方法，包括以下步骤：
提供活性胶原蛋白溶液；
提供高熵陶瓷；
将所述高熵陶瓷浸渍于所述胶原蛋白溶液中，得到前驱体材料；
将所述前驱体材料进行冻干，得到所述高熵陶瓷复合胶原蛋白材料。
在本发明中，所述活性胶原蛋白溶液的制备方法优选包括以下步骤：
将动物材料、乙酸溶液和胃蛋白酶混合进行酶解，得到胶原蛋白溶液粗品；
将所述胶原蛋白溶液粗品进行纯化，得到胶原蛋白溶液；
将所述胶原蛋白溶液进行去热原，得到所述活性胶原蛋白溶液；
所述乙酸溶液的质量浓度为0.05～0.55％；
所述动物材料、乙酸溶液和胃蛋白酶的质量比为(5～10)：(0.09～0.16)：(1～5)。
本发明将动物材料、乙酸溶液和胃蛋白酶混合进行酶解，得到胶原蛋白溶液粗品；在本发明中，所述动物材料优选为动物跟腱，所述动物跟腱优选为猪跟腱或牛跟腱；在本发明中，所述动物材料的粒径优选为1～10mm。更优选为5～8mm。
本发明优选对所述动物跟腱进行前处理，得到所述动物材料；在本发明中，所述前处理优选包括依次进行：洗涤、切碎、干燥、粉碎和脱脂；本发明对所述洗涤、切碎、干燥和粉碎的具体实施过程没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的操作进行即可。在本发明中，所述脱脂优选为将所述粉碎后的动物跟腱和脱脂剂混合，进行脱脂；在本发明中，所述脱脂剂优选为石油醚，所述脱脂剂和动物跟腱的质量比优选为(1.5～1.8)：1，更优选为1.67:1；在本发明中，所述脱脂的温度优选为50～80℃，更优选为70℃。在本发明的具体实施例中，所述脱脂在抽提器中进行，所述粉碎后的动物跟腱用滤纸包裹后与脱脂剂在抽提器的提桶中混合，所述脱脂的温度通过恒温水浴控制。所述脱脂完成后，本发明优选将所述脱脂后的动物跟腱放置在抽提室的通风处以确保脱脂剂挥发，所述抽提室的温度优选为18～20℃。
在本发明中，所述乙酸溶液的质量浓度为0.05～0.55％，优选为0.15～0.45％；在本发明中，所述动物材料、乙酸溶液和胃蛋白酶的质量比为(5～10)：(0.09～0.16)：(1～5)，优选为(5.5～8)：(0.10～0.13)：(2～3)。在本发明中，所述动物材料、乙酸溶液和胃蛋白酶混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌优选为磁力搅拌，本发明对所述磁力搅拌的具体实施过程没有特殊要求，实现混合均匀即可。在本发明中，所述酶解的pH值优选为2.5～3.5，所述酶解的时间优选为35～70h，更优选为40～60h，所述酶解的温度优选为室温。
本发明优选对酶解完成后得到的酶解液进行固液分离，得到胶原蛋白溶液粗品；在本发明中，所述固液分离优选为离心，取上清液，得到所述胶原蛋白粗品，在本发明中，所述固液分离的温度优选为4～6℃，固液分离的时间优选为40～60min，在本发明中，当所述固液分离优选为离心时，所述离心的转速优选为3000～5000r/min。
得到胶原蛋白溶液粗品后，本发明将所述胶原蛋白溶液粗品进行纯化，得到胶原蛋白溶液。
在本发明中，所述纯化优选包括依次进行盐析纯化和透析纯化；在本发明中，所述盐析纯化优选将所述胶原蛋白溶液粗品和NaCl溶液混合，在本发明中，所述NaCl溶液的质量浓度优选为5～10％，所述NaCl溶液在使用前，本发明优选对所述NaCl溶液进行过滤处理，以除去NaCl溶液中的杂质，在本发明中，所述过滤处理的过滤网的目数优选为360目，所述过滤网在使用之前优选进行消毒处理。
本发明优选对盐析纯化的纯化液进行固液分离，得到盐析纯化胶原蛋白，所述盐析纯化胶原蛋白为白色絮状，所述固液分离优选为离心，本发明对所述离心的具体实施过程没有特殊要求。
在本发明中，所述透析纯化优选为将所述盐析纯化胶原蛋白依次进行乙酸溶液透析和蒸馏水透析；在本发明中，所述乙酸溶液透析中的乙酸溶液的物质的量浓度优选为0.05～0.2mol/L，更优选为0.1～0.15mol/L；所述乙酸溶液透析的时间优选为50～60h，更优选为52～55h；在本发明中，所述蒸馏水透析的时间优选为20～30h，更优选为23～26h。在本发明中，所述透析优选使用透析袋，本发明对所述透析的具体实施过程没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的操作进行即可。
得到胶原蛋白溶液，本发明将所述胶原蛋白溶液进行去热原，得到所述活性胶原蛋白溶液。
本发明对所述去热原的方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的去热原的方法即可，例如：吸附法、蒸馏法、热破坏法、过滤法或酸碱处理法；在本发明中，所述去热原的方法优选为酸碱处理法；在本发明中，所述酸碱处理法优选包括：依次进行强碱处理和强酸处理。进行去热原之前，本发明优选将所述所述胶原蛋白溶液的质量浓度调节至0.2～0.35％，本发明通过向所述胶原蛋白溶液中添加水或辛酸钠调节胶原蛋白溶液的质量浓度，所述水优选为注射用水。
在本发明中，所述强碱处理优选为将所述胶原蛋白溶液和强碱溶液混合，在本发明中，所述强碱溶液优选为NaOH溶液，所述NaOH溶液的物质的量浓度优选为2～3mol/L，所述强碱处理的pH值优选为10.5±0.05，所述强碱处理的温度优选为35～40℃，所述强碱处理的时间优选为10～12h。
所述强碱处理后，本发明优选对所述强碱处理后的胶原蛋白进行洗涤，在本发明中，所述洗涤优选为水洗，所述水洗优选为无菌水洗，所述洗涤的方式优选为冲洗。
在本发明中，所述强酸处理优选为将强碱处理完成后的胶原蛋白溶液和强酸溶液混合，在本发明中，所述强酸溶液优先为HCl溶液，所述HCl溶液的物质的量浓度优选为2～3mol/L，所述强酸处理的pH值优选为5.50±0.05，所述强酸处理的温度优选为35～40℃，所述强碱处理的时间优选为3～5h。
所述强酸处理后，本发明优选对所述强酸处理后的胶原蛋白进行洗涤，在本发明中，所述洗涤优选为水洗，所述水洗优选为无菌水洗，所述洗涤的方式优选为冲洗。
本发明优选对所述去热原后的溶液进行后处理，得到所述活性胶原蛋白溶液；在本发明中，所述后处理优选包括：依次进行中和和浓缩，在本发明中，所述中和后的pH值优选为7.50±0.05，所述中和用试剂优选为NaOH溶液，所述NaOH溶液的物质的量浓度优选为2～3mol/L。在本发明中，所述浓缩优选为超滤浓缩，本发明对所述超滤浓缩的具体实施过程没有特殊要求；所述浓缩完成后，活性胶原蛋白溶液[Pr]的质量浓度优选为0.2～0.35％。
本发明对所述高熵陶瓷的制备方法没有特殊要求。
提供活性胶原蛋白溶液和高熵陶瓷后，本发明将所述高熵陶瓷浸渍于所述活性胶原蛋白溶液中，得到前驱体材料。
在本发明中，所述高熵陶瓷和活性胶原蛋白溶液的质量比优选为1：(0.1～0.8)，更优选为1：(0.25～0.7)；本发明对所述浸渍的容器没有特殊要求，在本发明的具体实施例中，所述浸渍用容器为泡皂。
得到前驱体材料后，本发明将所述前驱体材料进行冻干，得到所述高熵陶瓷复合胶原蛋白材料。
在本发明中，所述冻干的温度优选为-60～-80℃，更优选为-65～-75℃，所述冻干的时间优选为3～4h。在本发明的具体实施例中，所述冻干在冻干机中进行。
本发明通过冻干将负载于高熵陶瓷表面的活性胶原蛋白溶液中的溶剂迅速蒸发形成多孔海绵状结构。
本发明提供了上述技术方案所述高熵陶瓷复合胶原蛋白材料或上述技术方案所述制备方法得到的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料在制备人工骨或人工关节中的应用。
本发明提供了一种高熵陶瓷复合胶原蛋白人工骨，材料为上述技术方案所述的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料或上述技术方案所述制备方法得到的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料，所述高熵陶瓷复合胶原蛋白材料中高熵陶瓷具有骨的形状。
在本发明中，所述高熵陶瓷复合胶原蛋白人工骨的制备方法与优选包括以下步骤：
提供活性胶原蛋白溶液；
提供高熵陶瓷人工骨；
将所述高熵陶瓷人工骨浸渍于所述胶原蛋白溶液中，得到人工骨前驱体；
将所述人工骨前驱体进行冻干，得到所述高熵陶瓷复合胶原蛋白人工骨。
在本发明中，所述高熵陶瓷复合胶原蛋白人工骨的制备方法中关于提供活性胶原蛋白溶液、将所述高熵陶瓷人工骨浸渍于所述胶原蛋白溶液中得到人工骨前驱体以及将所述人工骨前驱体进行冻干得到所述高熵陶瓷复合胶原蛋白人工骨的步骤与上述技术方案所述的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料的制备方法保护的范围相同，在此不再赘述。
本发明对所述高熵陶瓷人工骨的制备方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方法进行即可，例如：纤维增强定制型、纤维增强标准型或3D打印定制型；本发明对所述高熵陶瓷人工骨的类型没有特殊要求。
本发明优选对冻干后的人工骨进行灭菌处理，得到所述高熵陶瓷复合胶原蛋白人工骨；在本发明中，所述灭菌处理优选辐照灭菌，所述辐照灭菌的辐照灯优选为钴60。在本发明的具体实施例中，进行辐照灭菌之前，本发明将所述高熵陶瓷复合胶原蛋白型人工骨密封入铝馅袋中。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
选用猪跟腱，将其清洗干净，沿着跟腱纤维方向切成厚度小于5mm的薄片，然后切碎、烘干，最后放入粉碎机中，粉碎为颗粒状；
将30g颗粒状跟腱放入滤纸包内，将滤纸包放入提筒内，注入50.1g石油醚，使滤纸包完全浸没在石油醚中，然后将抽提器各部分连接好，接通冷凝水水流，在水温为70℃的恒温水浴中进行脱脂抽提，抽提完毕取出放在通风处，使石油醚挥发，抽提操作的抽提室温度为20℃。
将10g脱脂处理后的跟腱颗粒放入浓度为0.55％的160mg乙酸溶液中，加入1g胃蛋白酶，pH值为3.5，用磁力搅拌器将其混合均匀，在常温下浸泡70小时，获得酶解液；
酶解液进行离心，温度为6℃，转速为5000r/min，时间为60min。取上清液，得胶原蛋白溶液粗品；
将胶原蛋白溶液粗品中加入NaCl溶液中，析出白色絮状胶原蛋白，离心，得到一次纯化胶原蛋白；其中NaCl溶液经过360目的过滤网过滤，滤网消毒后使用；
将一次纯化胶原蛋白用0.05mol/L的乙酸溶液透析60小时，再以蒸榴水透析30小时，获得胶原蛋白溶液；
用注射用水稀释胶原蛋白溶液浓度为3％，然后补加辛酸钠至胶原蛋白溶液的质量浓度为0.22％，加入2mol/LNaOH至pH为10.50±0.05，在37℃保温10小时，然后加2mol/LHCl至pH为5.50±0.05，在37℃保温4小时，用帆布过滤，加入2mol/LNaOH至pH为7.50±0.05，最后进行超滤浓缩得到活性胶原蛋白液体，活性胶原蛋白液体质量浓度为3％；
将高熵陶瓷(组成为30％ZrO2、17.5％MgO、17.5％NiO、17.5％CoO、17.5％CuO)浸泡在活性胶原蛋白液体中，置于泡皂内，高熵陶瓷和活性胶原蛋白溶液的质量比为1：0.8；
将放置高熵陶瓷和胶原蛋白液体的泡皂放入冻干机中，快速真空冻干至-80℃，时间为4小时，使高熵陶瓷表面负载一层胶原蛋白多孔海绵，得到冻干后的产品，胶原蛋白海绵的孔隙率为95％，平均孔径为100μm；
将冻干后的产品装入铝馅袋中，用封口机封口，然后用钴60进行辐照灭菌，得到高熵陶瓷复合胶原蛋白材料。
实施例2
按照图1所示流程，选用猪跟腱，将其清洗干净，沿着跟腱纤维方向切成厚度小于5mm的薄片，然后切碎、烘干，最后放入粉碎机中，粉碎为颗粒状；
将30g颗粒状跟腱放入滤纸包内，将滤纸包放入提筒内，注入50.1g石油醚，使滤纸包完全浸没在石油醚中，然后将抽提器各部分连接好，接通冷凝水水流，在水温为70℃的恒温水浴中进行脱脂抽提，抽提完毕取出放在通风处，使石油醚挥发，抽提操作的抽提室温度为20℃。
将10g脱脂处理后的跟腱颗粒放入浓度为0.55％的160mg乙酸溶液中，加入1g胃蛋白酶，pH值为3.5，用磁力搅拌器将其混合均匀，在常温下浸泡70小时，获得酶解液；
酶解液进行离心，温度为6℃，转速为5000r/min，时间为60min。取上清液，得胶原蛋白溶液粗品；
将胶原蛋白溶液粗品中加入NaCl溶液中，析出白色絮状胶原蛋白，离心，得到一次纯化胶原蛋白；其中NaCl溶液经过360目的过滤网过滤，滤网消毒后使用；
将一次纯化胶原蛋白用0.05mol/L的乙酸溶液透析60小时，再以蒸榴水透析30小时，获得胶原蛋白溶液；
用注射用水稀释胶原蛋白溶液到质量浓度为3％，然后补加辛酸钠至胶原蛋白溶液质量浓度为0.22％，加入2mol/LNaOH至pH为10.50±0.05，在37℃保温10小时，然后加2mol/L HCl至pH为5.50±0.05，在37℃保温4小时，用帆布过滤，加入2mol/LNaOH至pH为7.50±0.05，最后进行超滤浓缩，得到活性胶原蛋白液体；
将纤维增强定制型高熵陶瓷人工骨(高熵陶瓷组成为30％ZrO2、17.5％MgO、17.5％NiO、17.5％CoO、17.5％CuO)浸泡在活性胶原蛋白液体中，置于泡皂内，高熵陶瓷人工骨和活性胶原蛋白溶液的质量比为1：0.8；
将放置人工骨和胶原蛋白液体的泡皂放入冻干机中，快速真空冻干至-80℃，时间为4小时，使高熵陶瓷人工骨表面负载一层胶原蛋白多孔海绵，得到冻干后的人工骨，胶原蛋白海绵的孔隙率为95％，平均孔径为100μm；
将冻干后的人工骨装入铝馅袋中，用封口机封口，然后用钴60进行辐照灭菌，得到高熵陶瓷复合胶原蛋白型人工骨。
实施例3
按照图1所示流程，选用牛跟腱，将其清洗干净，沿着跟腱纤维方向切成厚度小于5mm的薄片，然后切碎、烘干，最后放入粉碎机中，粉碎为颗粒状；
将25g颗粒状跟腱放入滤纸包内，将滤纸包放入提筒内，注入41.75g石油醚，使滤纸包完全浸没在石油醚中，然后将抽提器各部分连接好，接通冷凝水水流，在水温为70℃的恒温水浴中进行脱脂抽提，抽提完毕取出放在通风处，使石油醚挥发，抽提操作的抽提室温度为18℃。
将5g脱脂处理后的跟腱颗粒放入浓度为0.05％的90mg乙酸溶液中，加入5g胃蛋白酶，pH值为2.5，用磁力搅拌器将其混合均匀，在常温下浸泡35小时，获得酶解液；
酶解液进行离心，温度为4℃，转速为3000r/min，时间为40min。取上清液，得胶原蛋白溶液粗品；
将胶原蛋白溶液粗品中加入NaCl溶液中，析出白色絮状胶原蛋白，离心，得到一次纯化胶原蛋白；其中NaCl溶液经过360目的过滤网过滤，滤网消毒后使用；
将一次纯化胶原蛋白用0.2mol/L的乙酸溶液透析50小时，再以蒸榴水透析20小时，获得胶原蛋白溶液；
用注射用水稀释胶原蛋白溶液到质量浓度为3％，然后补加辛酸钠至胶原蛋白溶液质量浓度为0.22％，加入2mol/LNaOH至pH为10.50±0.05，在37℃保温10小时，然后加2mol/L HCl至pH为5.50±0.05，在37℃保温4小时，用帆布过滤，加入2mol/LNaOH至pH为7.50±0.05，最后进行超滤浓缩，得到活性胶原蛋白液体；
将3D打印定制型高熵陶瓷人工骨(高熵陶瓷组成为30％ZrO2、17.5％MgO、17.5％NiO、17.5％CoO、17.5％CuO)浸泡在活性胶原蛋白液体中，置于泡皂内，高熵陶瓷人工骨和活性胶原蛋白溶液的质量比为1：0.8；
将放置人工骨和胶原蛋白液体的泡皂放入冻干机中，快速真空冻干至-80℃，时间为4小时，使高熵陶瓷人工骨表面负载一层胶原蛋白多孔海绵，得到冻干后的人工骨，胶原蛋白海绵的孔隙率为95％，平均孔径为100μm；
将冻干后的人工骨装入铝馅袋中，用封口机封口，然后用钴60进行辐照灭菌，得到高熵陶瓷复合胶原蛋白型人工骨。
实施例4
按照图1所示流程，选用牛跟腱，将其清洗干净，沿着跟腱纤维方向切成厚度小于5mm的薄片，然后切碎、烘干，最后放入粉碎机中，粉碎为颗粒状；
将25g颗粒状跟腱放入滤纸包内，将滤纸包放入提筒内，注入41.75g石油醚，使滤纸包完全浸没在石油醚中，然后将抽提器各部分连接好，接通冷凝水水流，在水温为70℃的恒温水浴中进行脱脂抽提，抽提完毕取出放在通风处，使石油醚挥发，抽提操作的抽提室温度为18℃。
将5g脱脂处理后的跟腱颗粒放入浓度为0.05％的100mg乙酸溶液中，加入3g胃蛋白酶，pH值为2.5，用磁力搅拌器将其混合均匀，在常温下浸泡35小时，获得酶解液；
酶解液进行离心，温度为6℃，转速为4000r/min，时间为40min。取上清液，得胶原蛋白溶液粗品；
将胶原蛋白溶液粗品中加入NaCl溶液中，析出白色絮状胶原蛋白，离心，得到一次纯化胶原蛋白；其中NaCl溶液经过360目的过滤网过滤，滤网消毒后使用；
将一次纯化胶原蛋白用0.2mol/L的乙酸溶液透析50小时，再以蒸榴水透析20小时，获得胶原蛋白溶液；
用注射用水稀释胶原蛋白溶液到质量浓度为3％，然后补加辛酸钠至胶原蛋白溶液质量浓度为0.22％，加入2mol/LNaOH至pH为10.50±0.05，在37℃保温10小时，然后加2mol/L HCl至pH为5.50±0.05，在37℃保温4小时，用帆布过滤，加入2mol/LNaOH至pH为7.50±0.05，最后进行超滤浓缩，得到活性胶原蛋白液体；
将纤维增强标准型高熵陶瓷人工骨(高熵陶瓷组成为30％ZrO2、17.5％MgO、17.5％NiO、17.5％CoO、17.5％CuO)浸泡在活性胶原蛋白液体中，置于泡皂内，高熵陶瓷人工骨和活性胶原蛋白溶液的质量比为1：0.8；
将放置人工骨和胶原蛋白液体的泡皂放入冻干机中，快速真空冻干至-80℃，时间为4小时，使高熵陶瓷人工骨表面负载一层胶原蛋白多孔海绵，得到冻干后的人工骨，胶原蛋白海绵的孔隙率为95％，平均孔径为100μm；
将冻干后的人工骨装入铝馅袋中，用封口机封口，然后用钴60进行辐照灭菌，得到高熵陶瓷复合胶原蛋白型人工骨。
测试例1
依据GB/T 6569-86测试实施例1～4制备得到的高熵陶瓷复合胶原蛋白型人工骨的力学性能，测试结果列于表1。
表1为将实施例1～4制备的高熵陶瓷复合胶原蛋白型人工骨三点弯曲强度和抗弯强度；由表1可知，本发明提供的高熵陶瓷复合胶原蛋白型人工骨三点弯曲强度为578～600MPa，兼具生物相容性高和力学性能好的特点，且，本发明中作为基体的高熵陶瓷人工骨的制作方法不受限制，可以根据不同需要定制，精度高，工艺步骤简单。
表1实施例1～4制备得到的高熵陶瓷复合胶原蛋白型人工骨的力学性能
Figure BDA0002978252930000131
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高熵陶瓷复合胶原蛋白材料，包括高熵陶瓷和负载于所述高熵陶瓷表面的胶原蛋白多孔海绵。
2.如权利要求1所述的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料，其特征在于，所述胶原蛋白多孔海绵的厚度为1～5mm。
3.如权利要求1所述的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料，其特征在于，所述胶原蛋白多孔海绵的分子量为9.8～50KDa。
4.如权利要求1所述的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料，其特征在于，所述高熵陶瓷为锆基高熵陶瓷；
所述锆基高熵陶瓷包括以下质量分数的组分：
ZrO225～35％、MgO 12.5～22.5％、NiO 12.5～22.5％、CoO 12.5～22.5％和CuO 12.5～22.5％；
所述MgO、NiO、CoO和CuO的质量分数相同。
5.权利要求1～4任一项所述的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料的制备方法，包括以下步骤：
提供活性胶原蛋白溶液；
提供高熵陶瓷；
将所述高熵陶瓷浸渍于所述胶原蛋白溶液中，得到前驱体材料；
将所述前驱体材料进行冻干，得到所述高熵陶瓷复合胶原蛋白材料。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述冻干的温度为-60～-80℃，时间为3～4h。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述活性胶原蛋白溶液的质量浓度为0.2～0.35％。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述高熵陶瓷和活性胶原蛋白溶液的质量比为1：(0.1～0.8)。
9.权利要求1～4任一项所述的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料或权利要求5～8所述制备方法得到的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料在制备人工骨或人工关节中的应用。
10.一种高熵陶瓷复合胶原蛋白人工骨，材料为权利要求1～4任一项所述的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料或权利要求5～8所述制备方法得到的高熵陶瓷复合胶原蛋白材料，所述高熵陶瓷复合胶原蛋白材料中高熵陶瓷具有骨的形状。
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