一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架及其制备与应用

本发明涉及生物材料，特别是一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架及其制备与应用。

背景技术：

1、矿化胶原（mc）是天然硬组织（如骨、牙本质）的基本结构单元，其通过将无定形磷酸钙（cap）矿物有序排列于胶原蛋白模板中，形成复杂的多级结构，从而赋予组织优异的力学性能和生物学功能。模仿这一自然过程构建仿生矿化胶原支架，是骨组织再生工程领域的研究核心。

2、传统的仿生矿化策略主要依赖于带负电的聚阴离子（如聚丙烯酸（paa）、聚天冬氨酸（pasp））来稳定无定形磷酸钙（acp）前驱体，并通过聚合物诱导液体前驱体（pilp）机制，引导矿物质渗透至胶原纤维的特定间隙区域，实现纤维内矿化。然而，这种以聚阴离子为主导的体系存在局限性。首先，它主要侧重于矿化过程的实现，而对临床应用中骨缺损微环境复杂性（如易发生细菌感染、存在多种水解酶）的考量不足，所获材料往往缺乏足够的抗菌和抗酶解能力。其次，其调控机制主要基于静电吸引，理论模型相对单一。

3、近年来，研究发现带正电的聚阳离子（如聚烯丙胺盐酸盐（pah））也能有效引导胶原矿化，其作用机制可能涉及渗透压等因素，这拓宽了对矿化调节剂的选择和矿化理论的认识。然而，目前对聚阳离子，特别是具有高电荷密度和丰富功能基团的聚乙烯亚胺（pei）在胶原矿化中的应用探索仍很有限。pei作为一种阳离子聚合物，因其强大的阳离子特性和与生物分子的相互作用能力，已被广泛用作基因载体和抗菌剂，但其在构建多功能矿化胶原支架方面的潜力尚未被充分发掘。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架及其制备与应用。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架的制备方法，包括以下步骤：

3、s1：pei-胶原支架的构建；

4、s2：pei-胶原的矿化。

5、作为本发明的进一步改进：所述步骤s1中包括以下步骤：

6、将胶原蛋白材料浸入所述聚乙烯亚胺溶液中，进行交联反应，得到聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架前体。

7、作为本发明的进一步改进：所述聚乙烯亚胺溶液的浓度为0.5 mm至5 mm；所述聚乙烯亚胺溶液中包含交联剂，所述交联剂包括1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺和n-羟基琥珀酰亚胺。

8、作为本发明的进一步改进：所述交联反应在ph 5.0-6.0的缓冲液中进行，反应温度为15-30℃，反应时间为12-48小时。

9、作为本发明的进一步改进：所述步骤s1中包括以下步骤：

10、将 pei溶解于含1-乙基-3-（3-二甲氨基丙基）碳二亚胺和 n-羟基琥珀酰亚胺的0.1 m 吗啉乙磺酸中进行酯化反应，加入胶原膜在室温下孵育。

11、作为本发明的进一步改进：所述步骤s1中还包括以下步骤：

12、用蒸馏水冲洗膜样品，得到 pei-胶原模型。

13、作为本发明的进一步改进：所述步骤s2中包括以下步骤：

14、将所述复合支架浸入含钙离子和磷酸根离子的矿化溶液中，于30-40℃下矿化处理5-20天，获得矿化的聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架。

15、本发明还包括一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架，应用如以上所述的一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架的制备方法制备所得。

16、本发明还包括一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架的应用，应用如以上所述的一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架的制备方法制备所得的聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架在骨缺损修复、骨组织再生或骨感染控制中的应用。

17、作为本发明的进一步改进：所述聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架作为骨填充材料、骨组织工程支架或涂层上的应用。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、本申请的复合支架成功将引导矿化、抗菌、抗酶解和主动促成骨四大关键功能整合于一体。不同于传统仅聚焦于矿化的材料，该支架通过聚乙烯亚胺（pei）的引入，同时赋予了材料接触抑制细菌（如金黄色葡萄球菌、变异链球菌）的能力、抵抗胶原酶水解的稳定性，以及促进骨髓间充质干细胞成骨分化的生物活性。这种“四位一体”的特性使其特别适用于复杂微环境（如感染性骨缺损）下的修复与再生；

20、突破了传统主要依赖聚阴离子（如paa）的矿化策略，创新性地采用阳离子聚合物pei作为调节剂。分子动力学模拟（mds）证实，pei-胶原系统对磷酸根离子（po4³⁻）具有特殊的静电吸附偏好，并能通过产生渗透压促进矿化前驱体迁移，提供了一种新颖且有效的矿化驱动力；

21、制备的支架能够引导羟基磷灰石（hap）晶体在胶原纤维内部和纤维之间有序沉积，形成与天然骨类似的“砖-泥”多级结构，从而更好地模拟天然骨的力学和生物学微环境。

1.一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯亚胺溶液的浓度为0.5 mm至5 mm；所述聚乙烯亚胺溶液中包含交联剂，所述交联剂包括1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺和n-羟基琥珀酰亚胺。

4.根据权利要求2所述的一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架的制备方法，其特征在于，所述交联反应在ph 5.0-6.0的缓冲液中进行，反应温度为15-30℃，反应时间为12-48小时。

5.根据权利要求1所述的一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中还包括以下步骤：

7.根据权利要求1所述的一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中包括以下步骤：

8.一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架，其特征在于，应用如权利要求1-7中任一项所述的一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架的制备方法制备所得。

9.一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架的应用，其特征在于，应用如权利要求1-7中任一项所述的一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架的制备方法制备所得的聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架在骨缺损修复、骨组织再生或骨感染控制中的应用。

10.根据权利要求9所述的一种聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架的应用，其特征在于，所述聚乙烯亚胺-胶原蛋白复合支架作为骨填充材料、骨组织工程支架或涂层上的应用。