[發明專利]摻雜羥基磷灰石生物材料的骨誘導性高通量篩選的方法

有效

• 申請號: 202110621718.2
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113284564B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 薛志宇;左劼;徐定國
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G16C20/90;G16C60/00
• 代理公司: 成都正煜知識產權代理事務所(普通合伙) 51312
• 代理人: 李龍

本發明涉及生物材料與計算機軟件信息技術領域，提供了一種摻雜羥基磷灰石生物材料的骨誘導性高通量篩選的方法。目的在于提供一種可以快速篩選出一類具有優良特性的骨誘導性材料的通用方法。主要方案包括對摻雜后羥基磷灰石篩選出結構最為穩定的摻雜羥基磷灰石材料的晶胞結構進行不同晶體排列的矢量方向的晶面擴展，得到具有不同形貌的晶面結構進行骨生長因子的材料結構與生物分子的高通量對接，篩選出吸附復合構型；對吸附復合構型，通過高通量分子動力學模擬，篩選出摻雜羥基磷灰石晶面結構與骨生長因子最優的吸附構象；通過對最優的吸附構象的結果整合分析得到骨誘導性最好的摻雜羥基磷灰石材料的晶體結構和有利的骨生長因子。

技術領域

本發明涉及生物材料與計算機軟件信息技術領域，提供了一種摻雜羥基磷灰石生物材料的骨誘導性高通量篩選的方法。

背景技術

材料基因工程技術的提出是探究材料結構(或配方、工藝)與材料性質(性能)變化的關系，并通過調整材料的原子或配方、改變材料的堆積方式或搭配，結合不同的工藝制備，得到具有特定性能的新材料。該技術希望通過結合計算科學，數據科學和實驗科學加速新材料的研究進程，達到在時間和成本上雙減半的目的。經過近幾年的發展，材料基因工程技術在各個材料領域都有一定的突破和發展。生物材料作為21世紀新興的材料科學，在骨骼，血管，細胞組織工程等和人們生活息息相關的領域發揮著重要作用。在眾多生物醫用材料中，骨骼是人體中最為重要的一部分，每年都有大量的患者被不同類型骨骼疾病困擾，但是骨骼屬于人體中的硬組織，誘導其組織進行自我修復具有較大的難度，由于其骨誘導性在微觀機制中主要體現在無機材料和生物蛋白之間的相互作用這一重要方面，因此需要借助與材料基因工程的相關技術構建一種可以快速篩選出一類具有優良特性的骨誘導性材料的通用方法和工作流程。

2)現有的技術中，有一部分高通量的篩選技術(201810018412.6一種摻雜式能源材料的通量計算篩選方法；201811095676.8一種基于高通量計算篩選金屬有機骨架催化材料的方法；201910067332.4一種金屬有機骨架材料電催化性能描述符的方法)，總體上講，這類技術主要針對能源材料，金屬有機框架材料，這類材料的組成成分比較單一且應用場景的環境因素比較簡單，由于生物材料的制備模式和服役環境的復雜和不確定性，因此對于生物材料中骨材料這部分的材料中相應技術缺乏。目前的高通量篩選流程不能對羥基磷灰石材料進行高效的結構篩選，同時如果進行大批量的實驗也會提高材料的制作成本。

3)一種摻雜羥基磷灰石生物材料的骨誘導性高通量篩選的方法主要是要解決羥基磷灰石這一類骨材料如何快速，高效的對骨誘導性進行理論上的篩選。解決當前方法中沒有對具有生物活性材料理論上分子結構設計的問題，同時系統的提出一套有效的骨誘導性機制評判標準和理論測試工作流程。同時該方法可以進行不同元素和不同濃度下摻雜多元因素組合下的高通量一體化流程及方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可以快速篩選出一類具有優良特性的骨誘導性材料的通用方法。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術手段：

一種摻雜羥基磷灰石生物材料的骨誘導性高通量篩選的方法，包括以下步驟：

步驟1：對摻雜后羥基磷灰石的結構使用第一性原理計算通過基于能量標準的結構篩選，篩選出結構最為穩定的摻雜羥基磷灰石材料的晶胞結構；

步驟2：對穩定的摻雜羥基磷灰石晶胞結構進行不同晶體排列的矢量方向的晶面擴展，得到具有不同形貌的表面的摻雜羥基磷灰石晶面結構；

步驟3：對材料不同形貌的表面結構進行骨生長因子的材料結構與生物分子進行高通量對接，篩選出不同種類的骨生長因子和摻雜羥基磷灰石晶面材料的吸附復合構型；

步驟4：對骨生長因子和摻雜羥基磷灰石晶面材料的吸附復合構型，通過高通量分子動力學模擬，篩選出摻雜羥基磷灰石晶面結構與骨生長因子最優的吸附構象；