一种促细胞增殖的芳纶镁合金复合材料及制备方法与流程

本发明涉及一种促细胞增殖的芳纶镁合金复合材料及制备方法，属于芳纶镁合金复合材料。

背景技术：

1、生物合金医用材料具有优越的强度、韧性、耐疲劳性，在骨科植入性材料和齿科植入性材料领域展现的巨大的优势。与其他惰性合金相比，镁合金具有可降解性，无需进行二次手术，有效减轻病人痛苦；且镁合金与人体骨密度相当，降低应力遮蔽，阻碍应力转移并损伤邻近组织。然而，镁合金的耐蚀性较差，植入人体后，镁合金的降解会导致支架材料的支撑作用失效，影响组织愈合。因此，如何提高镁合金的耐蚀性和生物相容性，减缓镁合金降解时强度的损失，并且加速细胞和组织在材料表面增殖，成为提高镁合金复合材料发展的关键因素。

2、受到天然细胞外基质（ecm）三维网络纤维结构的启发，许多仿生材料被开发出来用于加速材料表面细胞附着和增殖。常见的仿生细胞外基质（ecm）材料有静电纺丝纤维（聚己内酯纤维、聚乳酸纤维以及壳聚糖纤维等）和水凝胶材料。例如，中国专利申请cn106063949a中公开了一种高强度可降解骨内固定复合材料，使用的就是聚乳酸和镁合金；中国专利cn111419479b公开了一种用于髋关节软骨修复的复合支架及其制备方法，使用的就是水凝胶材料。然而，目前这两种材料均存在一定的问题，例如强度均较低，无法弥补镁合金降解时的强度损失；与基体的结合力较差，易发生剥离；无法模拟细胞外基质的手性结构，不利于细胞的粘附等。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的不足，提供一种促细胞增殖的芳纶镁合金复合材料及制备方法，所述芳纶镁合金复合材料具有较高的强度，能够促进细胞的粘附和增殖，能够弥补镁合金降解时的强度损失，保证骨组织的有效愈合。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种促细胞增殖的芳纶镁合金复合材料，所述芳纶镁合金复合材料包括医用镁合金基底、芳纶纳米纤维层和抗菌促增殖水凝胶层，所述芳纶纳米纤维层位于所述医用镁合金基底和抗菌促增殖水凝胶层之间；

3、所述抗菌促增殖水凝胶层包括芳纶纳米纤维、抗菌剂和l-手性氨基酸衍生物，所述l-手性氨基酸衍生物中含有羟基和醚键。

4、进一步的，所述芳纶纳米纤维层及所述抗菌促增殖水凝胶层中的芳纶纳米纤维直径为30-100nm，长度10-30μm。

5、进一步的，所述抗菌剂为庆大霉素、阿齐霉素、大黄酸中的一种或几种。

6、进一步的，所述l-手性氨基酸衍生物为l-丙氨酸衍生物、l-色氨酸衍生物、l-苯丙氨酸衍生物中的一种或几种；

7、所述l-丙氨酸衍生物的结构式为：

8、；

9、所述l-苯丙氨酸衍生物的结构式为：

10、；

11、所述l-色氨酸衍生物的结构式为：

12、。

13、进一步的，所述抗菌促增殖水凝胶层中，所述芳纶纳米纤维、抗菌剂和l-手性氨基酸衍生物的重量比为1：（0.5~1）：（2~5）。

14、本发明还公开了一种促细胞增殖的芳纶镁合金复合材料的制备方法，所述制备方法为：

15、s1、将医用镁合金基底首先进行耐蚀性处理；

16、s2、将芳纶纳米纤维均匀涂敷在耐蚀性处理后医用镁合金基底上，然后进行干燥处理，在医用镁合金基底上形成芳纶纳米纤维层；

17、s3、将芳纶纳米纤维、抗菌剂、l-手性氨基酸衍生物和去离子水配制成水凝胶，将水凝胶均匀涂敷在所述芳纶纳米纤维层上形成抗菌促增殖水凝胶层，然后干燥处理得到所述芳纶镁合金复合材料。

18、进一步的，步骤s1中，所述耐蚀性处理的方法为等离子喷涂、电化学沉积、微弧氧化中的任意一种。

19、进一步的，步骤s2中，所述芳纶纳米纤维的制备方法为：将对位芳纶短纤加入到二甲基亚砜的质子化溶剂中，然后加入氢氧化钾，搅拌直至变成红褐色的粘稠溶液，即可得到芳纶纳米纤维溶液，然后加入去离子水混合均匀，固液分离，洗涤去除氢氧化钾和质子化溶剂，得到所述芳纶纳米纤维；

20、所述二甲基亚砜和质子化溶剂的体积比为50:（1~2），所述氢氧化钾在二甲基亚砜的质子化溶剂中浓度为0.0095~0.0196g/ml，所述对位芳纶短纤和氢氧化钾的质量比为1：（0.5-1）。

21、进一步的，步骤s3中，所述水凝胶的制备方法为：将芳纶纳米纤维、抗菌剂、l-手性氨基酸衍生物加入到去离子水中，搅拌均匀并加热使得分子完全溶解，然后缓慢降温至室温，得到所述水凝胶，所述缓慢降温的降温速度为0.5-1℃/min。

22、进一步的，所述芳纶纳米纤维层的厚度为100-500微米，所述抗菌促增殖水凝胶层的厚度为500-800微米。

23、本发明的有益效果是：

24、本发明所述的水凝胶中芳纶纳米纤维、抗菌剂、l-手性氨基酸衍生物三种组分可通过非共价键作用（氢键、π-π堆积，范德华力等）形成三维手性交联的类细胞外基质结构，促进细胞增殖；此外，水凝胶中的芳纶纳米纤维也可以与芳纶纳米纤维层氢键交联，提高层间结合力。所述芳纶镁合金复合材料中，通过镁合金基体-芳纶纳米纤维-水凝胶之间的非共价键相互作用实现牢固的组装结构，纳米结构和手性单元共同模拟细胞外基质三维手性交织网络结构，协同促进细胞的粘附和增殖。细胞外基质（ecm）是由各种手性蛋白和纤维交织形成。这种多孔的三维手性网络结构可以为细胞提供适当的微环境，促进细胞的粘附和迁移，并进行细胞间的信号传递。芳纶纳米纤维层呈现出多孔、相互连接和可渗透的三维交叉结构，给细胞和营养物质的进入提供了空间，而抗菌促增殖水凝胶层的l-手性凝胶剂就有更强的细胞亲和性，有利于细胞的进一步增殖。因此，本发明所述芳纶镁合金复合材料中，通过芳纶纳米纤维三维结构和手性水凝胶的协同，同时赋予复合材料交叉纳米网络结构和手性螺旋结构，双效促进细胞粘附和增殖。

25、本发明所述芳纶镁合金复合材料中通过芳纶纳米纤维与手性水凝胶的协同效应，既可有效提高镁合金的强度，弥补镁合金降解时的强度损失；又借助纳米纤维与手型螺旋结构的协同可提高细胞的粘附和增殖，高强高模的芳纶纳米纤维可有效弥补镁合金降解时的强度损失，保证骨组织的有效愈合。

26、本发明所述芳纶镁合金复合材料中使用的芳纶纳米纤维（anf）是一种由聚对苯二甲酰对苯二胺（ppta）纤维去质子化制备的一维纳米纤维。芳纶纳米纤维不仅保留了芳纶纤维高强、高模、高比表面积和高热化学稳定性的特点，而且显著改善了芳纶纤维表面的惰性，高强高模的芳纶纳米纤维可有效弥补镁合金降解时的强度损失，保证骨组织的有效愈合，同时芳纶纳米纤维具有生物相容性和生物亲和性，可通过代谢排出，不会对机体产生损伤。

27、水凝胶中含有抗菌剂，可保障材料的抗菌活性，芳纶镁合金复合材料对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌的抑菌率能达到97%或者更高，可净化愈合环境，减少细菌引起的伤口污染等二次伤害。生命体中蛋白质与dna都是l手性，使用l-手性氨基酸衍生物可以使生物细胞在类生命体环境中更容易增殖。另外，所述l-手性氨基酸衍生物中含有大量羟基和醚键，更利于水凝胶的形成，分子间氢键等非共价键作用力更强，最终提升所述芳纶镁合金复合材料的应用性能。采用本发明制备方法可以制备出兼具抗菌性、促增殖性、高强的芳纶镁合金复合材料。

28、本发明所述芳纶镁合金复合材料的制备方法，通过非共价键组装的方法实现基体、纳米层和凝胶层的牢固结合，工艺简单，避免了繁琐的加工。