本發明屬于生物醫用材料技術領域，涉及一種在絲素蛋白包覆下可延緩鎂合金降解的復合結構。

背景技術：

生物醫用材料是應用于醫學上來對生物進行診斷、治療、修復或替換病損組織、器官或增進其功能的特殊材料。常用的臨床生物醫用材料主要有陶瓷材料、有機高分子材料、復合材料以及金屬材料。其中，醫用金屬材料相比于其它幾種醫用材料具有明顯的強度高、耐疲勞和易于加工等優勢，應用十分廣泛。

目前主要的醫用金屬材料包含不銹鋼、鈷基合金和鈦合金等。然而，臨床應用發現上述醫用金屬材料在力學性能和生物相容性方面依舊存在很大的不足。人骨的彈性模量為10~30 GPa，但不銹鋼的為200 GPa左右，鈦合金約為100 GPa，正是基于彈性模量的巨大差距，醫用金屬材料往往在生物體內易于產生“應力遮擋效應”，致使愈合遲緩，新生成的骨骼強度降低，甚至會植入失敗。并且材料中含有Al、Ni、Cr、V等金屬離子，對人體健康具有潛在的危害。對于短期植入，在人體自身機能恢復之后，材料必須通過再次手術取出，不僅增加了醫療費用負擔更給患者帶來了巨大的精神和肉體上的痛苦。鎂合金作為醫用金屬材料的一種，具有與骨骼相近的彈性模量（~45 GPa），低密度，高強度，可在體內降解且對人體健康無潛在危害等特點，一直深受致力于生物醫用材料領域研究人員的關注。但其化學性質活潑，在生物體內的降解速率大于骨組織的修復速率，致使一直無法開展更加廣泛的應用。因此，降低鎂合金在生物體內的降解速率對于鎂合金在生物醫用材料領域的應用具有重要的研究意義。

技術實現要素：

針對上述鎂合金在生物體內降解速率過快的問題，本發明提供了一種在絲素蛋白包覆下可延緩鎂合金降解的復合結構，以在不改變鎂合金性能和不影響生物體健康的情況下，實現大大減緩鎂合金降解速率的目的。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種在絲素蛋白包覆下可延緩鎂合金降解的復合結構，從內到外依次為鎂合金基體、表面修飾層和絲素蛋白膜。

本發明中，所述鎂合金基體為生物醫用Mg-Zn-Ca合金，雜質元素為生物體所必需元素，對生物體無副作用且降解產物可被生物體吸收或者排出體外。

本發明中，所述鎂合金基體與表面修飾層之間、表面修飾層與絲素蛋白膜之間均為化學鍵連接，其中：

所述表面修飾層起到連接鎂合金基體和絲素蛋白膜的作用，由鎂合金基體浸泡在硅烷基有機溶液中制得，其厚度為1~100 μm；

所述絲素蛋白膜由經過硅烷基表面修飾的鎂合金基體浸泡在質量濃度為1~10%的絲素蛋白水溶液中經30~150℃干燥30~120min后在甲醇中浸泡2~12h制得，其厚度為1 ~100μm。

上述在絲素蛋白包覆下可延緩鎂合金降解的復合結構的各層存在原因及作用關系如下：

絲素蛋白是一種具有降解作用的天然高分子纖維蛋白，生物相容性非常好，其包覆在鎂合金表面，一方面能夠對鎂合金起到保護作用，有效的降低鎂合金的降解速率；另一方面支持骨髓間充質干細胞、表皮細胞、成纖維細胞、神經細胞等多種細胞的黏附、生長、發育、增殖、分化。由于無機材料和有機生物大分子之間無法直接形成化學鍵，相互之間只能形成物理連接，強度很低易于脫落，所以在二者之間引入硅烷偶聯劑以使其形成穩定的化學連接。

根據以上理由，本發明提供的在絲素蛋白包覆下可延緩鎂合金降解的復合結構具有以下優點：

1、表面修飾層既不會對鎂合金造成腐蝕，能使鎂合金保持原有的力學性能及生物相容性，也不會影響絲素蛋白的化學活性，能保證其對細胞的承載能力不發生改變。

2、由于絲素蛋白也具有降解的作用，且產物對人體無害，所以該結構植入體內后，在生物體內可完全發生降解，無需取出，不會對患者造成二次傷害。

3、由于絲素蛋白對鎂合金的整體包覆，最外層的絲素蛋白先發生分解，待鎂合金暴露后，鎂合金才發生降解。因此該結構在體液內時，可使鎂合金的降解速率大大降低。

4、絲素蛋白能夠粘附骨髓間的充質干細胞、表皮細胞等多種干細胞，并能夠促進其分裂、分化等基本的生理活動，更加地有利于骨組織的修復。

附圖說明

圖1為本發明絲素蛋白包覆下的鎂合金結構圖；

圖2為本發明所制備的樣品實物圖；

圖3為本發明鎂合金與絲素蛋白連接界面的橫截面掃描電鏡照片；

圖4為本發明包覆鎂合金絲素蛋白膜的X射線衍射分析結果；

圖5為鎂合金樣品與和絲素蛋白包覆鎂合金的樣品在標準模擬體液中降解質量變化曲線；

圖6為利用細胞毒性試驗來驗證絲素蛋白包覆鎂合金復合結構生物相容性的結果；

圖中：1為絲素蛋白膜，2為表面修飾層，3為鎂合金基體。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發明的保護范圍中。

如圖1和2所示，本發明的在絲素蛋白包覆下可延緩鎂合金降解的復合結構從內到外依次為鎂合金基體3、表面修飾層2和絲素蛋白膜1，其中：

所述鎂合金基體3為邊長為10 mm、厚度為2 mm鎂片，其為生物醫用Mg-Zn-Ca合金，元素組成及含量分配為Zn：1~2%，Ca：0.2~1%，Al：3~5%，Mn＜0.5%，其余為Mg和不可避免的雜質元素；

所述表面修飾層2由鎂合金浸泡在體積濃度為2%的硅烷基有機溶液中制得；

所述絲素蛋白膜1由經過硅烷基表面修飾的鎂合金基體浸泡在質量濃度為3%的天然高分子絲素蛋白水溶液中經40℃干燥1小時后在甲醇中浸泡10小時制得。

圖3為本發明的在絲素蛋白包覆下可延緩鎂合金降解的復合結構的鎂合金與絲素蛋白連接界面的橫截面掃描電鏡照片，由縱截面的電子掃面圖像中可知，鎂合金基體的厚度為2 mm，表面修飾層的厚度為約為1 μm，絲素蛋白膜的厚度為8 μm。

圖4為包覆鎂合金絲素蛋白膜的X射線衍射(XRD)分析，結果表明：天然高分子絲素蛋白由溶液中可溶的α態，在鎂合金表面涂覆并經過干燥和甲醇浸泡后部分轉變β折疊態，具有不溶性，且具有一定的硬度。

圖5為上述鎂合金樣品與和絲素蛋白包覆鎂合金的樣品分別浸泡在標準模擬體液(SBF溶液)中，降解質量減少百分數隨時間(10~100天)變化的曲線。圖中顯示，經過100天的浸泡鎂合金樣品已有較大程度的降解(1.0 wt.%)，而絲素蛋白包覆鎂合金的樣品僅有極少量的降解(<0.1 wt.%)。對比兩條曲線可以看出復合結構可以有效延緩鎂合金降解速率。

圖6為利用細胞毒性試驗來驗證絲素蛋白包覆鎂合金復合結構生物相容性的結果。圖中縱坐標表示光吸收量，光吸收量越大表示組織液中細胞數量越多。對比用1-空白組織液，2-浸泡絲素蛋白包覆鎂合金的組織液，3-浸泡鎂合金的組織液和4-浸泡絲素蛋白的組織液的培養的細胞的光吸收量可以看出細胞數量隨著時間增加而增大，且其余三組實驗與空白組織液細胞數量基本持平，這表示絲素蛋白包覆鎂合金復合結構對細胞無毒性，具有良好的生物相容性，這說明了在不影響鎂合金生物相容性的情況下，既能有效的延緩鎂合金降解的時間，又能承載骨髓間的充質干細胞、表皮細胞等多種干細胞，并能夠促進其分裂、分化等基本的生理活動。