CN115970055A

CN115970055A - 丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶

Info

Publication number: CN115970055A
Application number: CN202310061526.XA
Authority: CN
Inventors: 江立波; 张键; 张书艳; 黄磊; 陈维新; 袁亚; 卞梦轩; 王家一; 陆顺一
Original assignee: Zhongshan Hospital Fudan University
Current assignee: Zhongshan Hospital Fudan University
Priority date: 2023-01-17
Filing date: 2023-01-17
Publication date: 2023-04-18

Abstract

本发明公开了一种具备压电效应的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶，其具有如下结构：三维多孔结构的丝蛋白水凝胶中均匀分散0.2‑0.6wt％的纳米氧化锌，所述丝蛋白水凝胶为再生丝蛋白浓度为5‑20wt％的水凝胶。将本发明的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶施用于骨损伤部位，其能够在载荷下产生电刺激用于骨修复，具有较高的工业化生产和临床应用前景。

Description

丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，涉及一种丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶及其在骨修复中的用途。

背景技术

骨缺损指各种原因所致超出一定尺寸的骨质短缺、机体无法自行骨性愈合的缺损。由于骨缺损的存在，常造成骨不连、延迟愈合或不愈合、局部功能障碍等严重后果，往往需要接受外科手术和骨移植治疗。自体骨移植是目前治疗骨缺损的金标准，但需要二次手术和供区创伤等因素限制了其临床应用。因此构建与天然骨功能、成分及结构相似的骨修复材料是解决骨缺损治疗难题的有效方法。

专利文献CN202211119245.7公开了一种蚕丝蛋白和结构蛋白高分子复合纳米颗粒，兼具高机械强度和变形能力的力学特征，降解周期长，在骨缺损治疗方面具有应用潜力。发明人在CN202210538553.7报道了一种天然来源的丝蛋白-鞣酸-四氧化三铁纳米粒子水凝胶，兼具价廉、环保、生物相容性好、可降解、自带抗菌性、较强的组织粘附性以及在外界静磁场作用下促进成骨等优点，其作为骨组织粘合剂在临床上具有良好的应用前景。

载荷是成骨分化的常见刺激信号，骨组织中力学信号常转化为电信号而存在。机械应力下骨骼矿化机制中离子的运动能够促使细胞中产生电流，从而调控细胞功能并影响骨骼的生长和重塑，因此电刺激(Electrical Stimulation，ES)是骨组织细胞的天然刺激物，在生理环境下具有良好的促成骨、成血管以及抗炎等作用。骨髓间充质干细胞(Bonemarrow mesenchymal stem cells,BMSCs)一类具有多向分化潜能的始祖细胞，是目前公认的促进骨缺损修复的多能干细胞。研究表明ES能够通过促进碱性磷酸酶(ALP)、胶原纤维I(COL-1)等成骨蛋白的表达促进BMSCs向成骨分化；此外，ES还能够通过上调细胞核中CD31+的表达以促进成血管，通过上调TGF-β、CD206、Arg-1、IL-10等抗炎因子、下调TGF-α、NF-kBp65、CCR7等炎症因子、促进巨噬细胞向M2趋化的途径通过调控免疫微环境发挥抗炎、抗感染的作用，协同促进骨愈合。但是，通过直流电流接触或电容耦合使用的电流设备具有一定局限性，如异物排斥、植入物疼痛、不可降解性及有毒电池等因素限制了植入式电刺激器械在临床上的应用。

近年来，有研究发现压电效应材料在骨修复、神经损伤修复等领域展现出作为体内自发电刺激材料的潜能。压电材料能够在不需要外部刺激的诱导下，通过在体内运动受到挤压、扭曲、变形时自发产生电刺激。压电材料在承重骨组织修复方面更有优势，因为生理运动即可诱发此类材料产生电刺激，调控骨组织电生理微环境促进骨细胞生。此外，压电材料也因其抗菌活性更具吸引力，因为严重的骨损伤往往伴随感染、炎症微环境等因素，需要进行抗炎治疗提高新骨形成的效率，而压电材料自发产生的电荷与组织细胞电荷相互作用，能够增加炎性因子通透性发挥抗炎效能。压电材料还能够通过调控骨缺损处等免疫微环境，促进巨噬细胞由炎症向抗炎表型极化，通过调控免疫微环境协同促进骨愈合、骨再生。因此，寻找一种生物相容性高、高强度可降解、同时兼具压电效应的促成骨材料，可以为临床上骨缺损的患者带来巨大帮助。

发明内容

天然蚕茧制备的丝蛋白水凝胶具有良好的生物相容性，易获得，溶胀性好，且水凝胶具有疏松多孔的结构，是一种制备高分子修复支架的热点。自从哈维发现丝素蛋白具有压电性后，丝蛋白的压电性就成为研究热点。丝素蛋白主要以silk-I和silk-II两种形式存在，其中，silk-I主要以螺旋形式存在，而silk-II中富含反平行的β-sheet二级结构，这是丝蛋白具有压电性的原因。因此，丝素蛋白也是一种非常具有潜力的压电材料。为了增强丝素蛋白的压电性，研究人员通过各种方法如乙醇处理来提高β-sheet含量。

发明人研究发现，单独依靠提高β-sheet含量对于丝素蛋白压电效应的增强潜力是很有限的，单纯的丝蛋白水凝胶压电性较差。于是考虑将丝蛋白水凝胶与其他具有较强压电效应的材料复合起来，在丝蛋白水凝胶掺入其他压电材料增强其压电性能。

发明人对众多压电效应材料进行了考察和实验比较，从中优选出纤锌矿氧化锌作为掺入剂，与丝蛋白水凝胶组成的复合材料具有出色的压电性能。采用纳米级的纤锌矿氧化锌还赋予复合材料以抗炎效能，从而得到一种具压电效应、生物相容性高、抗炎、可降解的复合材料，特别适合用于体内骨修复。具体而言，本发明包括如下技术方案。

一种丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶、尤其用于体内骨修复的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶，其具有如下结构：三维多孔结构的丝蛋白水凝胶中均匀分散0.2-0.6wt％、优选0.3-0.5wt％、更优选0.4wt％左右的纳米氧化锌，所述丝蛋白水凝胶为再生丝蛋白(RSF)浓度为5-20wt％、优选8-15wt％、更优选9-12wt％、更优选10wt％左右的水凝胶。

优选地，上述再生丝蛋白(RSF)分子中的40％以上、优选50％以上、更优选60％以上具有小而均一的反平行的β-折叠(β-sheet，或称β-片层)二级结构。

上述纳米氧化锌的平均粒径为10-100nm。

上述纳米氧化锌优选为高长径比(2:1以上、优选3:1以上、例如4:1左右)、小晶体尺寸的氧化锌纳米棒，称为纤维纳米氧化锌。

一种实施方式中，上述丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶的压电性能为：通过力学试验机和KEITHLEY DMM6500联动装置测量机械-电响应信号，产生0.04V以上电压，例如大约0.08V电压。

应理解，本文中在表述数值特征时，术语“大约”或者“左右”是指所表示的本数可以有±10％、±9％、±8％、±7％、±6％或±5％的误差范围或浮动范围。

一种实施方式中，上述再生丝蛋白(RSF)通过包括下述步骤的方法制备：

1)将桑蚕茧浸入皂盐溶液中脱胶、烘干制成脱胶丝，所述皂盐是碳酸钠或者碳酸氢钠；

2)将步骤1)中所得的脱胶丝用溴化锂溶液溶解、加热、透析脱盐，得再生丝蛋白(RSF)原液，该再生丝蛋白(RSF)是脱胶蚕丝改性后的丝蛋白；

3)将步骤2)中所得的再生丝蛋白(RSF)原液加入聚乙二醇溶液中透析浓缩，配制成再生丝蛋白(RSF)含量为5-20wt％、优选8-15wt％、更优选9-12wt％、更优选10wt％左右的再生丝蛋白(RSF)溶液。

进一步地，上述丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶通过包括下述步骤的方法制备：

4)将预定量的纳米氧化锌颗粒加入到上述步骤3)中所得的再生丝蛋白(RSF)溶液中，超声使其分散均匀，并加入辣根过氧化物酶(HRP)、过氧化氢溶液，得到成胶前驱液(简称前驱液)；

5)将步骤4)中所得的成胶前驱液在室温下静置一段时间比如30分钟左右，形成胶体；或者，可选地将成胶前驱液倒入预设的模具中，在室温(15-35℃例如25℃)下静置一段时间比如30分钟左右，形成胶体；

6)将步骤5)中所得的胶体置于乙醇溶液、优选75％乙醇溶液中浸泡16小时以上、优选18小时以上、更优选20小时以上、例如24小时左右，诱导再生丝蛋白(RSF)形成较小和均一的β折叠，增强力学强度，获得丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶。

其中，步骤1)中所述皂盐优选是碳酸钠，碳酸钠溶液浓度为1-10wt％、优选2-8wt％、更优选3-6wt％、更优选5wt％左右。

步骤2)中所述溴化锂溶液浓度为2-20M、优选3-15M、更优选5-12M、更优选8-11M，例如大约9.7M左右。

步骤3)中所述透析袋的截留分子量为10000以下，例如5000以下。

步骤3)中所述聚乙二醇为医用聚乙二醇，分子量为6000-12000，例如8000-10000；所述聚乙二醇溶液的浓度可以为15-40wt％、优选20-38wt％、更优选25-35wt％、更优选30wt％左右。聚乙二醇的加入既有助于再生丝蛋白(RSF)纤维形成三维网络结构，使得丝蛋白水凝胶形成三维多孔结构，又能够提高丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶的机械强度。

上述步骤4)中所述辣根过氧化物酶(HRP)的加入量可以为100-400U/ml、优选120-300U/ml、更优选150-250U/ml、更优选190-200U/ml左右。

步骤4)中所述过氧化氢溶液浓度为0.2-1.0wt％、优选0.3-0.9wt％、更优选0.4-0.8wt％、更优选0.5wt％左右。

应用辣根过氧化物酶和双氧水使其中的酪氨酸氧化形成双酪氨酸交联，有助于诱导丝蛋白形成β-折叠，加强复合材料的稳定性并赋予其良好的生物学功能。

优选地，上述步骤5)中所述模具的模制形状应当与骨缺损的形状相一致，使得该模具模制的胶体作为骨修复材料用于骨缺损部位的修复成骨。

实验证明，本发明的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶具有优良的压电效应、良好的生物相容性和抗炎性，在压力刺激下高效促进BMSCs成骨分化，从而有效促进骨康复，具有工业化生产和临床应用前景。

附图说明

图1是本发明制备丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶的工艺流程示意图。

图2显示了不同纳米氧化锌含量的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶的压电性能测试结果。

图3显示了使用X射线能谱仪(EDS)对纳米氧化锌在复合压电水凝胶中分布进行表征的照片。

图4显示了丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶微观结构的扫描电镜(SEM)照片。

图5显示了丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶的生物相容性检测结果。其中，A是CCK-8法检测BMSCs细胞在包含不同氧化锌浓度复合压电水凝胶的96孔培养板中培养的OD₄₅₀统计柱形图；B是CCK-8法检测BMSCs细胞在包含或不包含复合压电水凝胶(0.4％ ZnO)的96孔培养板或者Flexcell三维细胞培养板中培养的OD₄₅₀统计柱形图；C是BMSCs细胞培养1d和3d后进行Calcein/PI染色的细胞荧光显微照片；D是BMSCs细胞培养5d和7d后进行Calcein/PI染色的细胞荧光显微照片。

图6是本发明制备的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶促成骨效能考察照片。

具体实施方式

本发明的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶兼具可降解性、良好生物相容性、压电效应、抗炎抗菌及促成骨、成血管的特性，通过人体内活动产生压力对缺损部位产生电刺激，利用电刺激促进骨修复。水凝胶网格结构主体是富含β-折叠的再生丝蛋白(RSF)纤维，相比其他同类天然高分子，RSF的生物相容性更加优异，对骨折愈合的促进作用更显著。RSF支架材料在骨组织工程中表现出良好的应用前景，但其缺点是支架力学性能不够理想、骨诱导能力不强等。通过在其中添加聚乙烯醇和无机微粒形成复合材料，显著改善了力学性能，使RSF适合于骨组织工程的需要。

在筛选具有压电效应的无机微粒时，我们通过实验比较了大量的无机化合物，包括闪锌矿、方硼石、电气石、红锌矿、GaAs、钛酸钡晶体、KH₂PO₄、水晶(石英晶体)、二氧化钛、氧化铋、氧化钴、氧化铅、氧化镍、氧化铬、氧化锑、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂、锆钛酸铅PZT、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂PBLN、改性钛酸铅PT等等。通过比较压电效应、抗炎性、生物相容性、BMSCs细胞生长影响、经济性，发现六方纤锌矿结构的氧化锌晶体即纤锌矿氧化锌是综合性能最优的物质，该结构的晶体氧化锌晶胞参数a＝0.3253纳米，c＝0.5207纳米。进一步研究发现，纳米级氧化锌晶体、尤其是高长径比、小晶体尺寸的氧化锌纳米棒(或称)的压电效能最为突出，基本不影响BMSCs细胞生长、甚至能够促进BMSCs细胞生长。

通过纤维纳米氧化锌分散于丝蛋白水凝胶中形成的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶是一种可以被人体缓慢降解吸收的医用高分子复合材料，适合于体内骨缺损修复。

为描述方便起见，本文中有时将“丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶”简称为“丝蛋白纤维氧化锌压电水凝胶”、“丝蛋白氧化锌复合水凝胶”、“复合压电水凝胶”，它们表示相同的含义。在本文中，还可表示为“RSF/ZnO水凝胶”、“RSF+ZnO水凝胶”、“RSF/ZnO”或者“RSF+ZnO”。类似地，“桑蚕茧”与“蚕茧”表示相同的含义。

氧化锌的晶体结构具有非中心对称性，当施加机械力，可以改变正电荷和负电荷之间的距离，产生电偶极矩或电荷，由此可以通过机械力收获压电能，由此产生电刺激促进骨组织修复。另外氧化锌具有抗菌性。

本发明中选用的纤维纳米氧化锌的平均粒径为10-100nm。纳米粒子的平均粒径的下限为10nm，优选为15、20、25、30、或35nm；其上限为100nm，优选为95、90、85、80、75、70、65、60、55或50nm。如果平均粒径小于10nm，则原料纳米粒子的价格过高，导致复合压电水凝胶的生产成本升高，而且纳米粒子有团聚倾向，造成分散困难，并影响到复合压电水凝胶的压电性能；另一方面，如果纳米粒子的平均粒径大于100nm，则复合压电水凝胶的综合性能、尤其是抗炎性趋于下降。

在本发明的具体实施方式中，复合压电水凝胶中纤维纳米氧化锌粒子的含量为0.2-0.6wt％。纳米粒子在复合压电水凝胶中的含量下限为0.2wt％，比如为0.25wt％或0.3wt％；其上限为0.6wt％，比如为0.55wt％或0.5wt％。如果纳米粒子的含量小于0.2wt％，则压电效应和抗炎抗菌性能趋于下降；另一方面，如果纳米粒子的含量大于0.6wt％，则复合压电水凝胶的压电效应不升反降，而且导致复合压电水凝胶的生产成本升高。

通过本发明的工艺虽然操作流程简单，但制得的丝蛋白纤维氧化锌压电水凝胶生物相容性好、自带抗菌性、并具有压电性、可以自主产生电刺激促进骨修复。还具有经济性好的优点：选用的原材料桑茧自然界存量巨大且可直接获得，而且氧化锌价廉易得。

以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。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

本发明的实施例中，如果对于实验操作温度没有做出具体说明，则该温度通常指室温。

(15-35℃)。

本文中涉及到多种物质的添加量、含量及浓度，其中所述的百分含量，除特别说明外，皆指重量百分含量。

本文中涉及到的“溶液”除特别说明外，皆指水溶液。

实施例中使用的化学试剂购自中国医药(集团)上海化学试剂公司、上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

纤维纳米氧化锌，货号100367，编号XFI06，粒径30-80nm，纯度99.8％，江苏先丰纳米材料科技有限公司。

天然桑茧，桐乡市洲泉桑溢蚕丝厂。

实施例1：制备丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶

参见图1，丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶的制备包括如下工序：

1、丝蛋白的制备

(1)将天然桑茧浸入5％碳酸钠溶液中脱胶、烘干制成脱胶蚕丝；

(2)将步骤(1)获得的脱胶蚕丝于60℃水浴下用9.7mol/L溴化锂溶液按照质量比1：10溶解并加热1小时，得到脱胶蚕丝改性后的再生丝蛋白(RSF)原液；

(3)将步骤(2)获得的再生丝蛋白(RSF)原液冷却至室温(25℃)后，装入截留分子量为3500的透析袋，于去离子水中透析72小时，期间每8小时更换去离子水；

(4)在步骤(3)透析完毕后，使用30％聚乙二醇溶液浓缩，配制为再生丝蛋白含量10wt％的再生丝蛋白(RSF)溶液。

2、丝蛋白纤维氧化锌水凝胶的制备

(1)将不同质量(1、2、4、6、8mg/ml)纤维纳米氧化锌颗粒加到水中，超声使其分散均匀。将其加入到上述步骤1中制得的10wt％再生丝蛋白(RSF)溶液中，使得纤维纳米氧化锌颗粒(ZnO)含量分别为0、0.1％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％。之后加入190U/ml辣根过氧化物酶(HRP)、0.5％过氧化氢溶液，得到成胶前驱液(简称前驱液)；

(2)将步骤(1)形成的前驱液倒入模具中，在室温(25℃)下静置30分钟，前驱液初步成胶；

(3)将步骤(2)获得的胶体于75％乙醇溶液中浸泡24小时，获得丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶。

实施例2：复合压电水凝胶的压电性能测试

使用吉利时数字万用表KEITHLEY DMM6500和万能拉力测试仪对实施例1中制备的不同氧化锌含量的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶(ZnO/RSF)的压电性能进行测试，结果见图2。

通过力学试验机和高精度通用的数字万用表KEITHLEY DMM6500联动装置测量机械-电响应信号，不同浓度的纳米ZnO/RSF水凝胶在压力作用下均能产生电压，并且具有良好的循环，其中0.4％ ZnO组压电效能最佳，可以产生0.08V电压，高于0.2％ ZnO和0.6％ZnO的复合压电水凝胶(ZnO/RSF)。

实施例3：纳米氧化锌在复合压电水凝胶中分布的检测

用X射线能谱仪(EDS)对纳米氧化锌在复合压电水凝胶中的分布进行表征，具体使用日立S-4800，在2keV特殊发射频谱下对0.2％ ZnO、0.4％ ZnO和0.6％ ZnO的复合压电水凝胶(ZnO/RSF)材料进行SEM-EDS分析，结果如图3所示。照片中显示氧化锌纳米粒子呈现点状均匀分布于水凝胶材料中。

实施例4：扫描电镜(SEM)检测复合压电水凝胶的微观结构

用扫描电镜(SEM)对不同氧化锌浓度的丝蛋白水凝胶的微观结构进行表征，具体使用日立S-4800系统对不同氧化锌浓度的复合压电水凝胶材料进行分析，结果如图4所示。照片中显示该水凝胶具有三维多孔的结构特征。

实施例5：复合压电水凝胶的生物相容性考察

使用CCK-8法、活死细胞染色法检测不同氧化锌浓度的复合压电水凝胶材料的生物相容性。

筛选浓度梯度：调整BMSCs至1×10⁴个/孔，接种于96孔培养板中，设置浓度梯度筛选最适浓度，待细胞生长贴壁后加入不同氧化锌(ZnO)浓度的RSF/ZnO水凝胶，药物梯度分组：Control(空白对照，不加水凝胶)、RSF(无ZnO)、RSF+0.1％ ZnO、RSF+0.2％ ZnO、RSF+0.4％ ZnO、RSF+0.6％ ZnO、RSF+0.8％ ZnO，每组细胞接种5个复孔，常规培养48h后，每孔加入100μL CCK-8试剂，孵育2h后，酶标仪测定其在450nm处吸光度值(A)。结果见图5中A，在0.4％ ZnO含量组中细胞活性最佳，表明纳米氧化锌能够促进细胞生长。

CCK-8法测定各组细胞活性：选取最适氧化锌浓度分组后，再次调整BMSCs至1×10⁴个/孔，接种于96孔培养板中，进行实验分组：Control(不加水凝胶)、RSF(无ZnO)，RSF+0.4％ ZnO，RSF+0.4％ ZnO+Flexcell(对改组细胞培养选用Flexcell三维细胞培养板，随后置入Flexcell 5000操作系统中施加1.125lb，12h/d的压力刺激)，常规1d、3d、5d、7d培养后，每孔加入100μLCCK-8试剂(Cell Counting Kit-8，碧云天，C0037)，孵育2h后酶标仪测定其在450nm处吸光度值。结果见图5中B，纳米氧化锌的添加能够促进BMSCs细胞生长，施加压力刺激的Flexcell三维细胞培养效果最好。

活死细胞染色法检测各组细胞生长状态：调整BMSCs细胞数至1×10⁵个/孔接，种于12孔板，按照检测试剂盒(Calcein/PI细胞活性与细胞毒性检测试剂盒，碧云天，C2015S)说明书进行活死细胞染色，分组同前(Control：空白对照，不加水凝胶；RSF：10％丝蛋白水凝胶；RSF+0.4％ ZnO：10％丝蛋白水-0.4wt％纤维纳米氧化锌水凝胶；Flexcell参数设置：1.125lb，12h/d)，分别培养1d、3d、5d、7d后，进行Calcein/PI染色，倒置荧光显微镜下观察细胞活力。结果见图5中C和D，添加RSF+0.4％ ZnO水凝胶的培养板/Flexcell三维细胞培养板中BMSCs细胞生长良好，纳米氧化锌的添加能够促进BMSCs细胞生长，施加压力刺激的Flexcell三维细胞培养效果最好，说明RSF/ZnO水凝胶具有良好的生物相容性。

实施例6：复合压电水凝胶的促成骨效能考察

采用ALP染色法考察复合压电水凝胶的促成骨效能。调整BMSCs细胞至1×10⁵个/孔，接种于12孔板，分组同前，在各组培养基中分别加入预先配置的20x成骨诱导培养基(10^-7mol/L地塞米松、10mmol/Lβ-甘油磷酸钠、50μmol/L维生素C、10％胎牛血清的α-MEM)培养，每隔3d换液，成骨诱导7d后按照检测试剂盒(BCIP/NBT碱性磷酸酯酶显色试剂盒，碧云天，C3206)说明书进行ALP染色。结果如图6所示，表明在经过Flexcell压力刺激后RSF/ZnO水凝胶对BMSCs成骨分化具有明显促进作用，肉眼观察和显微镜下观察均明显可见添加ZnO的压电组ALP染色更深，碱性磷酸酯酶活性更高，表明RSF/ZnO水凝胶在压力刺激下能够促进BMSCs细胞进行成骨分化。

以上实验结果表明，本发明的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶、尤其RSF+0.4％ZnO是具有优良的压电效应，良好的生物相容性，能够促进BMSCs细胞生长，在压力刺激下高效促进BMSCs成骨分化，显示出良好的临床应用前景。

Claims

1.一种丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶，其特征在于，具有如下结构：三维多孔结构的丝蛋白水凝胶中均匀分散0.2-0.6wt％的纳米氧化锌，所述丝蛋白水凝胶为再生丝蛋白浓度为5-20wt％的水凝胶。

2.如权利要求1所述的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶，其特征在于，所述再生丝蛋白分子中的40％以上具有β-折叠二级结构。

3.如权利要求1所述的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶，其特征在于，所述纳米氧化锌的平均粒径为10-100nm。

4.如权利要求3所述的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶，其特征在于，所述纳米氧化锌为长径比2:1以上的氧化锌纳米颗粒。

5.如权利要求1所述的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶，其特征在于，压电性能为：通过力学试验机和KEITHLEY DMM6500联动装置测量机械-电响应信号，产生0.04V以上电压。

6.如权利要求1所述的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶，其特征在于，所述再生丝蛋白通过包括下述步骤的方法制备：

2)将步骤1)中所得的脱胶丝用溴化锂溶液溶解、加热、透析脱盐，得再生丝蛋白原液；

3)将步骤2)中所得的再生丝蛋白原液加入聚乙二醇溶液中透析浓缩，配制成再生丝蛋白含量为5-20wt％的再生丝蛋白溶液。

7.如权利要求6所述的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶，其特征在于，所述丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶通过包括下述步骤的方法制备：

4)将预定量的纳米氧化锌颗粒加入到上述步骤3)中所得的再生丝蛋白溶液中，超声分散并加入辣根过氧化物酶、过氧化氢溶液，得到成胶前驱液；

5)将步骤4)中所得的成胶前驱液在室温下静置，形成胶体；或者将成胶前驱液倒入预设的模具中，在室温(15-35℃、例如25℃)下静置，形成胶体；

6)将步骤5)中所得的胶体置于75％乙醇溶液中浸泡16小时以上，获得丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶。

8.如权利要求6所述的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶，其特征在于，步骤1)中所述皂盐是碳酸钠，碳酸钠溶液浓度为1-10wt％。

9.如权利要求6所述的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶，其特征在于，步骤2)中所述溴化锂溶液浓度为2-20M。

10.如权利要求7所述的丝蛋白/纳米氧化锌复合压电水凝胶，其特征在于，步骤5)中所述模具的模制形状与骨缺损的形状相一致。