[發明專利]一種微生物礦化修飾表面的硅酸鈣陶瓷及其應用

有效

• 申請號: 202110014461.4
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112794732B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 吳成鐵;李蒙蒙
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: A61L27/10
• 分類號: A61L27/10;C04B41/85;C12P3/00;C12R1/44
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種微生物礦化修飾表面的硅酸鈣陶瓷及其應用，所述微生物礦化修飾表面的硅酸鈣生物陶瓷通過將硅酸鈣陶瓷浸入含有產脲酶菌、尿素和CaCl₂的培養基溶液中，并控制礦化時間48～72小時，初始菌種含量7×10¹²～2.1×10¹³ CFU/ml，在所述硅酸鈣陶瓷表面形成具有微納米結構的礦化層而得。

技術領域

本發明涉及一種具有促成骨活性的表面形成有微生物礦化微納米結構的硅酸鈣陶瓷與應用，屬生物醫用材料領域。

背景技術

人工合成的硅酸鈣陶瓷是具有良好生物活性的可降解材料，但是由于其降解速度快以及缺乏生物相容性，不利于細胞在材料表面的粘附、增殖和分化，因此尚缺乏良好的誘導成骨活性[Biomaterials.2008；29:4392]。研究表明，在材料表面構筑微納米結構可以明顯提高細胞粘附、增殖和成骨分化性能，進而改善這類材料的骨誘導活性[ActaBiomaterialia.2012；8:3794]。碳酸鈣是自然界中最廣泛存在的生物礦化產物，同時也是人體骨組織的主要成分之一，具有天然的生物相容性、生物降解性和骨傳導性[Chem.Commun.2010；46:6578]。但是在既定濃度的溶液中碳酸鈣晶體生長迅速且與基底材料難以形成牢固的粘合力，在陶瓷材料表面構建微納米碳酸鈣結構仍面臨挑戰。因此，發展一種簡單易行、成本低廉的方法在硅酸鈣陶瓷表面制備碳酸鈣微納結構以具有良好誘導成骨活性具有重要意義和應用價值。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種通過微生物礦化作用在表面構建功能化微納結構的硅酸鈣生物陶瓷。

為實現上述目的，本發明人進行了廣泛而深入的研究。產脲酶菌(如Staphylococcus cohnii)能夠緩慢分解底物尿素產生NH₃，在細菌周圍形成pH與CO₃²⁺增加的微環境。細胞壁由于含有大量負電性集團能夠與環境中的Ca²⁺發生相互作用參與碳酸鈣的成核和生長[Earth-sci.Rev.2015；148:1]。但目前對微生物輔助構建表面微納米化硅酸鈣陶瓷尚缺乏研究。本發明人經銳意研究得出，上述問題可以由下面描述的發明來解決，由此，完成本發明。

本發明的微生物礦化修飾表面的硅酸鈣生物陶瓷，其特征在于，所述微生物礦化修飾表面的硅酸鈣生物陶瓷通過將硅酸鈣陶瓷浸入含有產脲酶菌、尿素和CaCl₂的培養基溶液中，并控制礦化時間48～72小時，初始菌種含量(即所述培養基溶液中所述產脲酶菌的初始含量)7×10¹²～2.1×10¹³CFU/ml，在所述硅酸鈣陶瓷表面形成具有微納米結構的礦化層而得。

本發明的微生物輔助構建表面微納米化硅酸鈣生物陶瓷，將硅酸鈣陶瓷浸入含有產脲酶菌、尿素、CaCl₂的培養基溶液中，并調控礦化時間、菌種含量，成功地使微生物通過礦化作用在硅酸鈣陶瓷表面逐漸形成了微納米碳酸鈣結構，其微納拓撲形貌及碳酸鈣成分有效刺激了細胞粘附、增殖與成骨分化，這種具有良好生物活性的仿生界面有利于提高了植入體的成骨活性和骨整合性能。本發明的表面形成有微納米碳酸鈣結構的硅酸鈣生物陶瓷能夠顯著促進成骨細胞、骨髓間充質干細胞的粘附、增殖和成骨分化，可以在硬組織缺損修復領域獲得應用。

較佳地，所述產脲酶菌為科氏葡萄球菌(Staphylococcus cohnii)，該菌種的脲酶活性適中，可誘導產生微納米尺度的碳酸鈣顆粒。

所述礦化層的厚度可為1～5μm。

所述礦化層具有凸起部，所述凸起的寬度可為50～100nm，高度可為50～100nm。

可以將礦化后的硅酸鈣陶瓷清洗、高溫高壓滅菌、晾干，得到微生物礦化層。硅酸鈣陶瓷經過微生物礦化修飾后，表面形成了微納米碳酸鈣結構，經過高溫高壓滅菌后，仍然保持良好的形貌結構。