纳米晶体羟基磷灰石骨修复颗粒、制备方法及应用与流程

1.本发明涉及医用生物材料技术领域，尤其是涉及纳米晶体羟基磷灰石骨修复颗粒、制备方法及应用。


背景技术：

2.大体积骨缺损(lvbds)可由先天性骨畸形、肿瘤、炎症和外伤等疾病引起，严重影响患者的美观和功能。骨缺损未达到极限骨缺损时可自愈，而大体积骨缺损超越骨组织自身愈合能力则很难自愈。自体骨移植仍是临床上治疗骨缺损修复的金标准。自体骨能够提供促进新骨生成所必需的三个要素：具有骨引导性的三维支架、具有骨诱导性的生长因子和成骨向细胞。然而自体骨移植也具有诸多无法克服的缺点，例如：患者可供提取的骨量非常有限、手术时间延长、供骨区的疼痛和自体骨吸收率难以预见和控制等等。作为天然替代品，同种异体骨和异种骨移植被广泛采用，它们具有与自体骨相似的结构和成分。然而，这些材料也会产生一系列问题，例如疾病传播和严重的免疫反应。在这种情况下，基于人工合成磷酸钙(cap)的骨替代材料，例如磷酸三钙(tcp)和羟基磷灰石(ha)，因为它们可大批量合成，无免疫原性，还具有与天然骨相似的成分，显示出广阔的应用潜力。然而，目前市场上大多数磷酸钙类合成骨替代材料不具备骨诱导性，因此它们必须与自体骨混合才能治疗大体积骨缺损。
3.为了达到特定的形状和机械刚度，目前大多数磷酸钙类骨替代合成材料的生产需要在高温(400～1300℃)下进行烧结，高温烧结使得制备得到的骨修复材料强度过高，植入后与邻近骨组织形成应力屏蔽，不利于骨整合，同时也会显著降低具有降解能力的钙磷类骨材料的降解速率。而且，在修复材料装载了活性物质的情况下，高温烧结会对严重破坏活性物质的功能。因此，为了保持活性物质的活性，只能将活性物质吸附在材料的表面，而这种携带方式使得活性物质在体内植入后快速释放。由此产生的高浓度活性物质可能会导致一系列副作用，例如非目标部位成骨，骨溶解，骨肿瘤等。
4.鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，提供一种纳米晶体羟基磷灰石的制备方法，基于湿化学法的改良仿生沉积技术，无需经过高温烧结的情况。采用该方法制备得到的羟基磷灰石是具有纳米级晶粒，且整体理化性能能够满足骨修复的仿生纳米晶体羟基磷灰石。
6.为了解决上述技术问题，实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
7.第一方面，本发明提供纳米晶体羟基磷灰石的制备方法，包括使用tris溶液将1～5倍浓度scps溶液的ph调节至5.5～6，呈乳白色悬浊液后，继续添加tris溶液使ph达到7.35～7.45后，水浴振荡反应后去除上清液，经固液分离和洗涤得到第一沉淀物，第一沉淀物经抽滤后得到第二沉淀物，第二沉淀物在4～30℃干燥硬化得到纳米晶体羟基磷灰石；
8.1倍浓度scps溶液包括na

140mm、ca
2
4mm、cl-184mm和磷源2mm。
9.在可选的实施方式中，所述磷源选自磷酸根离子、磷酸一氢根离子或磷酸二氢根离子中至少一种。
10.在可选的实施方式中，所述水浴振荡的温度为30～40℃，振荡频率为40～80rpm/min，优选为37℃，50rpm。
11.在可选的实施方式中，所述固液分离的方法包括离心或抽滤。
12.在可选的实施方式中，所述离心的速率为2000rpm以上，优选为10000rpm。
13.在可选的实施方式中，所述离心及洗涤的步骤重复4～10次。
14.优选地，使用pbs(ph＝7.4)溶液进行洗涤。
15.优选地，所述pbs溶液的体积为离心得到沉淀物体积的2倍以上。
16.在可选的实施方式中，在洗涤结束后在沉淀中加入至少一种促成骨或促成血管的生物活性物质；所述促成骨或促成血管生物活性物质包括细胞外基质成分、促成骨或促成血管活性蛋白、促成骨或促成血管活性多糖、促成骨或促成血管活性多肽、生长因子或小分子化合物。
17.在可选实施方式中，所述促成骨或促成血管活性多糖包括透明质酸或硫酸软骨素；所述促成骨或促成血管活性蛋白包括胶原、牛血清白蛋白、弹性蛋白、层粘连蛋白、纤连蛋白或丝素蛋白；所述促成骨或促成血管活性多肽包括rgd；所述生长因子包括vegf或tgf；所述小分子化合物包括ngr1。
18.优选地，所述胶原包括人源化胶原、动物源胶原或类人胶原；所述tgf包括bmp-2、bmp-7或bmp-9。
19.第二方面，本发明提供采用前述实施方式任一项所述制备方法得到的纳米晶体羟基磷灰石，所述纳米晶体羟基磷灰石由针状晶体组成，晶粒长为20～200nm。
20.在可选的实施方式中，包括将纳米晶体羟基磷灰石破碎至粒径为0.25～6mm，优选为0.25～1mm。
21.优选地，所述骨修复材料包括纳米晶体羟基磷灰石骨修复颗粒。
22.采用本发明提供的纳米晶体羟基磷灰石骨修复颗粒的制备方法能够避免现有技术中高温煅烧导致羟基磷灰石晶体尺寸及结晶度显著升高，造成羟基磷灰石颗粒的体内降解极为缓慢。此外，该制备方法还避免了高温煅烧对加载到羟基磷灰石颗粒内部的活性组分的破坏，使得活性组分在装载过程中能够均匀载入羟基磷灰石内部并保持其生物活性，同时保证颗粒在体内植入服役过程中活性组分的缓慢释放。同时，本发明提供的纳米晶体羟基磷灰石的制备方法得到的羟基磷灰石由纳米晶体组成，且具有适度的致密度和硬度，能够满足羟基磷灰石植入的力学性能需求。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明实施例1～5得到的纳米晶体羟基磷灰石的sem扫描图；
25.图2为本发明实施例1～5得到的纳米晶体羟基磷灰石的xrd结果；
26.图3为本发明实施例1～5得到的纳米晶体羟基磷灰石的ftir光谱图；
27.图4为本发明实施例1～5得到的纳米晶体羟基磷灰石的xps检测结果；
28.图5为本发明实施例1～5得到的纳米晶体羟基磷灰石的microct扫描结果；
29.图6为本发明实施例1～5得到的纳米晶体羟基磷灰石的新生骨体积密度统计结果；
30.图7为本发明实施例1～5得到的纳米晶体羟基磷灰石的硬组织切片染色结果；
31.图8为pbs洗涤次数优化结果。
具体实施方式
32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
33.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”和“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
36.第一方面，本发明提供纳米晶体羟基磷灰石的制备方法，包括使用tris溶液将1～5倍浓度scps溶液的ph调节至5.5～6，呈乳白色悬浊液后，继续添加tris溶液使ph达到7.35～7.45后，水浴振荡反应后去除上清液，经固液分离和洗涤得到第一沉淀物，第一沉淀物经抽滤后得到第二沉淀物，第二沉淀物在4～30℃干燥硬化得到纳米晶体羟基磷灰石；
37.1倍浓度scps溶液包括na

140mm、ca
2
4mm、cl-184mm和磷源2mm。
38.所述scps溶液的浓度倍数包括但不限于1倍、2倍、3倍、4倍或5倍。溶液呈乳白色悬浊液时ph值包括但不限于5.5、5.6、5.7、5.8、5.9或6.0。继续添加tris溶液后，溶液达到的ph包括但不限于7.35、7.36、7.37、7.38、7.39、7.40、7.41、7.42、7.43、7.44或7.45。
39.需要说明的是，本发明使用高浓度的钠离子抑制钙磷晶体的生长，使得钙磷晶粒尺寸维持在纳米级别，从而有利于后期纳米晶体相互吸引形成颗粒。而继续添加tris溶液使ph达到7.35～7.45的目的一方面是为了模拟体液环境促进羟基磷灰石的矿化，另一方面7.35～7.45的ph能够在钠离子抑制晶粒生长的情况下，促使羟基磷灰石生成的反应平衡右移，提高羟基磷灰石的产量。
40.在可选的实施方式中，所述磷源选自磷酸根离子、磷酸一氢根离子或磷酸二氢根离子中至少一种。
41.在可选的实施方式中，所述水浴振荡的温度为30～40℃，振荡频率为40～80rpm/min，优选为37℃，50rpm。
42.在可选的实施方式中，所述固液分离的方法包括离心或抽滤。需要说明的是，所述
的固液分离的方法的目的包括(1)配合洗涤步骤对得到的第一沉淀物进行清洗，除去na

等多余离子；同时(2)通过高强度的固液分离条件使得到的第一沉淀物的致密度大幅度提升，因此，固液分离方法优选使用高速离心和抽滤。
43.在可选的实施方式中，所述离心的速率为2000rpm以上，优选为10000rpm。
44.在可选的实施方式中，所述离心及洗涤的步骤重复4～10次。
45.优选地，使用pbs(ph＝7.4)溶液进行洗涤。
46.优选地，所述pbs溶液的体积为离心得到沉淀物体积的2倍以上。
47.在可选的实施方式中，在洗涤结束后在沉淀中加入至少一种促成骨或促成血管的生物活性物质；所述促成骨或促成血管生物活性物质包括细胞基质成分、促成骨或促成血管活性蛋白、促成骨或促成血管活性多肽、生长因子或小分子化合物。
48.需要说明的是，所述小分子化合物通常指分子量小于1000da的化合物。
49.在可选实施方式中，所述细胞基质成分包括透明质酸或硫酸软骨素；所述促成骨或促成血管活性蛋白包括胶原、牛血清白蛋白、弹性蛋白、层粘连蛋白、纤连蛋白或丝素蛋白；所述促成骨或促成血管活性多肽包括rgd；所述生长因子包括vegf或tgf；所述小分子化合物包括ngr1。
50.优选地，所述胶原包括人源化胶原、动物源胶原或类人胶原；所述tgf包括bmp-2、bmp-7或bmp-9。
51.其中，骨形态发生蛋白-2(bmp-2)是转化生长因子-β(tgf-β)超家族成员之一，是目前成骨活性最强、研究最广泛的生长因子，赋予骨替代材料骨诱导活性。bmp-2联合胶原膜已被fda批准用于临床：脊柱融合、开放性骨折、前路椎间融合和后外侧腰椎融合等。
52.第二方面，本发明提供采用前述实施方式任一项所述制备方法得到的纳米晶体羟基磷灰石，所述纳米晶体羟基磷灰石由针状晶体组成，晶粒长为20～200nm。
53.在可选的实施方式中，包括将纳米晶体羟基磷灰石破碎至粒径为0.25～6mm，优选为0.25～1mm。
54.对于所述破碎的方法，本领域技术人员能够根据实际需要进行常规选择，例如研磨、球磨等方式。而对于纳米晶体羟基磷灰石的破碎后粒径，本领域技术人员能够根据不同植入部位的具体需求进行常规选择，所述粒径包括但不限于0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.7mm、0.75mm、0.8mm、0.85mm、0.9mm、0.95mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm、5.0mm、5.5mm或6.0mm。
55.下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
56.实施例1～5
57.本组实施例将五倍过饱和cap溶液(200mm hcl、20mm cacl2·
2h2o、680mm nacl、10mm na2hpo4和250mm tris[ph 7.4])在37
°
水浴(震荡频率：50次/分钟)中沉淀。24小时后，去除上清液，收集沉淀至离心管，10,000rpm/min的高速离心5分钟后收集沉淀，用pbs彻底冲洗沉淀。然后重复离心-冲洗(5～8个循环)步骤，通过离心和冲洗步骤以减少留在沉淀表面的无机盐。在最后一次离心后，将目标剂量的bmp-2溶液(1.5mg/ml，bone graft，medtronic，minneapolis，mn，usa)添加到沉淀物中，充分震荡混匀，使bmp-2尽可能在沉淀内部分散均匀，将bpnccap bmp-2沉淀转移至过滤器(0.22-μm孔径，corning，ny，
usa)，连接真空泵(-700kpa)进行抽滤，以最大限度地去除沉淀物中的水分。充分抽滤后将沉淀物置于通风橱中干燥过夜，直至完全干燥硬化后可获得白色块状硬化的bpnccap bmp-2沉淀，进行研磨，根据所需尺寸用筛子进行筛选所需颗粒。所有这些制备过程都是在无菌条件下进行的。
[0058]
实施例1～5得到的内部携带bmp-2的纳米晶体羟基磷灰石(bpnccap)中纳米晶体羟基磷灰石和bmp-2的组成如表1所示，其中实施例1命名为bpnccap，实施例2命名为bpnccap 5μg bmp-2，实施例3命名为命名为bpnccap 10μg bmp-2，实施例4命名为命名为bpnccap 25μg bmp-2，实施例5命名为bpnccap 50μg bmp-2。
[0059]
表1实施例1～5得到的纳米晶体羟基磷灰石组成
[0060][0061]
实验例
[0062]
1.结构形貌及组成
[0063]
采用扫描电子显微镜(sem)(zeiss sigma 300)对实施例1～5得到的纳米晶体羟基磷灰石的微观形貌进行了观察，加速电压为3kv，放大倍数为5,000倍和50,000倍。使用西门子d5000 x射线衍射仪(cukα辐射，40kv和30ma)使用x射线衍射(xrd)分析合成的bpnccaps的晶体结构。使用0.05
°
步长和2秒/步扫描速度在2θ＝10～80
°
范围内收集xrd图案。使用无机晶体结构数据库(icsd)分析实现的实验模式。采用rietveld细化来分析bpnccaps的xrd图案与晶体学数据库中可用的晶体学信息文件(cif)的结构模型的近似值。使用vesta(电子和结构分析的可视化)程序模拟bpnccaps的晶胞结构。bpnccaps的振动分子光谱由傅里叶变换红外(ftir)光谱仪(nicolet is20，thermo scientific，usa)和diamond atr附件(termo scientifc instruments)获得，光谱范围为4000至400cm-1
波数。bpnccaps的元素组成和化学键合通过x射线光电子能谱(xps)使用光谱仪(k-alpha，thermo scientific，usa)获得，单色al kα源用作x射线源(hv＝1486.6ev)，并收集了高分辨率[o1s]、[ca2p]和[p2p]光谱。
[0064]
低倍sem图像显示实施例1～5得到bpnccap表面粗糙不均匀，具有多孔结构(如图1所示)。加入不同剂量的bmp-2并没有明显改变bpnccap的表面形态。高倍扫描电镜图像显示，bpnccap和bpnccap 50μg bmp-2均为主要由针状晶体组成，晶粒长约100～200nm。加入50μg bmp-2并没有显著改变晶粒尺寸。
[0065]
同样xdr检测结果显示，bpnccap颗粒和加入不同剂量bmp-2的bpnccap bmp-2颗粒，根据标准卡片icsd-pdf 86-0740，在2θ＝25.87
°
、29.15
°
、31.97
°
、32.27
°
、33.16
°
、34.17
°
、40.11
°
、46.95
°
、49.62
°
和53.19
°
附近均能观察到峰值(如图2的a所示)，其角度所对应的是六方羟基磷灰石(ha)的(002)、(210)、(211)、(112)、(300)、(202)、(130)、(222)、(213)和(004)晶面。加入不同剂量的bmp-2并没有明显改变这些特征峰。对于bpnccap、
bpnccap 5μg bmp-2、bpnccap 10μg bmp-2、bpnccap 25μg bmp-2和bpnccap 50μg，微晶尺寸计算为24.6nm、20.6nm、25.1nm、19.9nm和19.7nm bmp-2。
[0066]
此后，采用xrd精修来分析bpnccap颗粒和加入不同剂量bmp-2的bpnccap bmp-2颗粒。精修结果所示bpnccap为六方晶系，其特征在于p63/m的空间群，晶胞参数为：a＝b＝0.946nm和c＝0.687nm。在0-50μg范围内，不同剂量的bmp-2并不会显著改变改变bpnccap晶胞参数、空间群、晶体结构，如表2所示。而后进一步采用vesta(电子和结构分析可视化)程序，根据晶胞参数(a、b、c、α、β和γ)和原子位置(x、y和z)获得(momma and izumi,2011)bpnccap的结构图。所有这些数据表明bpnccap为六方晶系羟基磷灰石。
[0067]
表2实施例1～5得到纳米晶体羟基磷灰石的晶格参数
[0068][0069]
实施例1～5提供的纳米晶体羟基磷灰石的ftir光谱如图3所示。bpnccap最突出的峰是po
43-基团的ν3振动模式，最大值在1029cm-1
。随着bmp-2含量的增加，该峰逐渐向1031cm-1
移动。另一个特征峰是po
43-的ν4振动模式，对于具有不同bmp-2量的所有bpnccap，双峰在564～566cm-1
和604～605cm-1
处。主ν3波段的半峰全宽(fwhm)从bpnccap中的222.5cm-1
逐渐降低到bpnccap 5μg bmp-2中的192.3cm-1
，bpnccap 10μg bmp-2中的193.5cm-1
、bpnccap 25μg bmp-2中的177.2cm-1
(图3中b)。相反，在bpnccap 50μg bmp-2中，fwhm增加到248.7cm-1
。po
43-的ν4振动模式也发现了类似的模式(图3中的c)。
[0070]
根据文献(fahami et al.,2012；et al.,2019；ed
é
n,2021)，在cap基材料的ftir光谱中通常观察到的官能团是po
43-、oh-和co
32-基团。范围4000～300cm-1
。1100～1019cm-1
左右的为磷酸基团(po
43-)v3振动模式，958cm-1
的v1振动模式，605～530cm-1
的v4振动模式和500～400cm-1
v2的振动模式。此外，oh-离子的三种模式，即拉伸、振动和平移模式分别位于3700～2500、630和390cm-1
(markovic等，2004；alqap和sopyan，2009)。bpnccaps的po
43-、oh-和co
32-基团的ftir光谱与羟基磷灰石基本相同(rodr
í
guez-lugo等人，2018年；senthilkumar等人，2021年)。bpnccaps在1415～1419cm-1
和866～872cm-1
的弱带可能归属于碳酸盐。碳酸盐是骨骼结构的成分，其存在可能会提高ha的生物活性(vallet-regi和gonz
á
lez-calbet，2004；hoang等，2020)。
[0071]
图4中的a显示了实施例1～5得到的纳米晶体羟基磷灰石的xps总谱，及对应于氧(o)、钙(ca)和磷(p)的拟合曲线。对xps结果进行了详细分析可知，bpnccap的ca 2p峰呈双峰结构，为347.04ev的ca 2p3/2峰和350.57ev的ca 2p1/2峰(如图4中b)，这些信号表明了ca-pox的相互作用。p 2p光谱已在132.86ev处分峰为p 2p3/2和133.73ev处的p 2p1/2(如图4中c)，这些能量可能与磷酸基团的p-o键有关。bpnccap的氧光谱(o 1s)在530.86和532.61ev处显示两个峰值(如图4中d)。530.86ev处的o1s信号对应于o-c或p-o键，而532.61ev处的峰值可归因于c-o基团。这些发现与ha中ca 2p、p 2p和o1s报告的xps结果一
致(rojas-mayorga等人，2016；gomes等人，2017)。
[0072]
而在携带不同剂量的bmp-2后，bpnccap在ca 2p、p 2p和o1s区域的结合能大小有轻微变化，而特征峰并没有发生明显改变，(见图4中b～d)，这表明bmp-2与bpnccaps之间存在相互作用。在一定范围内，不同剂量的bmp-2的不会显著改变bpnccap的组成。
[0073]
2.动物实验
[0074]
动物实验经浙江中医药大学伦理委员会批准(编号：iacuc-20191021-09)。15只8周龄雄性sd大鼠作为皮下异位成骨的动物模型(wu等，2010b)。
[0075]
腹腔注射1％戊巴比妥对上述sd大鼠进行全身麻醉。以髂嵴作为确定皮肤切口位置的标志，双侧后纵切口，距中线5～10mm。按照随机分组原则植入样本(wu et al.,2011)，将实施例1～5获得的纳米晶体羟基磷灰石植入sd大鼠皮下。缝合并用碘伏消毒切口。
[0076]
术后5周处死大鼠并获取样本，切取纤维囊包裹样本及边缘组织置于4％多聚甲醛固定。待固定完全后用micro ct(μct 100,scanco medical ag,switzerland)以10μm(80kv,100μa)的分辨率扫描样品，然后进行三维重建。使用以下参数评估骨的微结构：(1)骨体积(bv，mm3)；(2)骨矿物质密度(bmd；mg ha/ccm)；(3)骨表面(bs,mm2)和(4)结构模式指数(smi)。
[0077]
样本进行micro-ct扫描后，自来水冲洗，乙醇脱水，包埋如前所述(wu et al.,2010b；wu et al.,2011)。样品使用leica金刚石锯(leco vc-50，st.joseph，mo，usa)，根据随机原则，将组织块切成5～7片，600μm厚和1mm间隔。将切片粘结至亚克力塑料板，抛光至最终厚度为80～100μm。如前所述(wu et al.,2010b；wu et al.,2011)，用mcneal的四色、碱性品红和甲苯胺蓝进行切片表面抛光和表面染色。
[0078]
采用micro-ct分析来定性和定量地评估实施例1～5提供的纳米羟基磷灰石周围的新骨形成，结果如图5所示。microct图像显示新形成的骨(红色箭头)出现在bpnccap颗粒或颗粒内空间中。随着bmp-2掺入量的增加，检测到更多的新形成的骨。不含bmp-2的bpnccap组未发现新骨。bpnccap 50μg bmp-2组的总骨量(bv)显着高于其他含bmp-2组。bs也发现了相同的模式。bpnccap 50μg bmp-2组的smi显着低于其他含bmp-2组。在含有bmp-2的组之间没有发现bmd的显着差异。
[0079]
皮下植入五周后，在未掺入bmp-2的bpnccap组中未检测到新骨形成。相反，在bpnccap的表面发现了大量的异物巨细胞(fbgc)。在bpnccap 5μg bmp-2组中，只有很少的骨出现，并且零星分布在颗粒内。在bpnccap 10μg bmp-2组中，许多骨组织沿bpnccap颗粒表面排列并延伸到相邻的bpnccap颗粒，形成一个完整的网络。在bpnccap 25μg bmp-2和50μg bmp-2组中，以新生骨组织为边界的颗粒内出现大面积的骨髓样组织(bmlt)。新形成的紫色类骨质组织更常见于矿化骨组织上排列。在类骨质组织上有一层排列整齐的成骨细胞，呈长方体或立方体状，如图7所示。随着bmp-2掺入量的增加，检测到更少的fbgc。定量分析表明，随着bmp-2掺入量的增加，新生骨的体积密度呈增加趋势。bpnccap 50μg bmp-2组的新生骨体积密度明显高于bpnccap 5μg bmp-2和bpnccap 10μg bmp-2组，如图6所示。bpnccap 50μg bmp-2组的血管体积密度也最高，但各组间无显着差异。与不含bmp-2的bpnccap相比，bpnccap 5μg bmp-2组和bpnccap 10μg bmp-2组中bpnccap的体积密度显着降低。fgbcs的体积密度随着bmp-2掺入量的增加呈下降趋势，在bpnccap 50μg bmp-2组中检测到的最低值。
[0080]
3.考察pbs洗涤次数
[0081]
在不加入bmp-2的情况下，考察pbs洗涤次数对于na元素残留的影响，na含量检测方法如下：
[0082]
根据edx元素分析，结果如图8所示，可见，洗涤次数需要达到4次以上以后才能将na元素清洗完成。
[0083]
对比例1
[0084]
本对比例与实施例3相比，区别仅在于未加入氯化钠。结果证明，高浓度氯化钠对于控制晶体生长极为重要，能够抑制钙磷晶体生长，使得得到的羟基磷灰石的尺寸维持在纳米范围，有利于后期纳米晶体的相互吸引力，形成颗粒。
[0085]
对比例2
[0086]
本对比例与实施例3的相比，区别仅在于将氯化钠替换为同样倍数过饱和的氯化镁。结果显示，替换为氯化镁之后，得到的钙磷产物组成复杂，而不是羟基磷灰石。
[0087]
对比例3
[0088]
本对比例与实施例3的区别仅在于振荡矿化的ph为6.5，得到的纳米晶体羟基磷灰石的质量大幅降低，结果证明，ph调节到中性不仅是模拟人体ph，同时能够调节钙磷反应平衡，促进钙磷大量生成。
[0089]
这种新型制造方法的一个关键步骤是在添加bmp-2之前用pbs洗涤沉淀物代替bmp-2共沉淀，这对于去除意外的化学物质非常重要。我们采用eds来评估用pbs洗涤以na元素为指标消除残留化学品的效率。我们发现na元素的重量百分比高达33.86％，这表明未经洗涤的颗粒中大量存在nacl(补充图1)。洗涤5次后，na元素的wt％下降至1.34％，这表明大部分非预期化学物质已被去除。在sem中，我们发现bpnccap颗粒具有粗糙且略微不均匀的形态。高倍sem图像显示，bpnccap主要由针状/棒状晶体组成，晶粒长度范围为100至200nm。ftir分析表明bpnccap含有po
43-、co
32-、oh-等化学基团。在xps调查光谱中显示，包含属于钙(ca)、磷(p)和氧(o)的光电子峰的bpnccap基团与报告的ha中ca 2p、p 2p和o1s的xps结果一致(rojas-mayorga等人，2016；gomes等人，2017；rodr
í
guez-lugo等人，2018；senthilkumar等人，2021)。且在bpnccap中检测到co
32-官能团，碳酸根的存在可能会增加其生物活性(zapanta-legeros，1965；barralet等，2002；diez-escudero等，2017)。xrd分析表明，根据icsd-pdf卡86-0740，bpnccap的主要化学成分为羟基磷灰石。bpnccap的晶胞参数(a＝b＝0.946nm和c＝0.687nm)类似于羟基磷灰石的特征参数(vargas-becerril等人，2020)。在生产骨替代材料时，采用烧结来增加晶粒尺寸，在此期间ha的微晶尺寸也急剧增加到45-55nm(rodr
í
guez-lugo et al.,2018)。刘等人的一项研究。发现在600℃至1000℃的加热温度下，烧结后羟基磷灰石的结晶度为95-99％(liu等人，2015年)。此外，烧结ha的结晶度随着温度的升高而增加，这导致可降解性显着降低(diez-escudero等人，2017年；safarzadeh等人，2020年)。而采用本方法生产的颗粒中，无需经过高温烧结，bpnccap的平均微晶尺寸保持在24.6nm左右。晶粒长度也增加到100-200nm，结晶度也保持在92％，这有助于bpnccap在体内适当的降解。据我们所知，这是第一份揭示在湿化学方法进行仿生改良后生产的cap颗粒的物理化学性质的报告。此外，无论bmp-2的存在量如何，这些物理化学性质都不会因bmp-2的存在而发生显着变化，这也是合理的，因为bmp-2不是共沉淀而是在沉淀、洗涤和冷凝后添加的。
[0090]
综上可以看出本发明提供的纳米晶体羟基磷灰石的制备方法得到的羟基磷灰石能够显著提高bmp-2的掺入率，可以提高到高达65.04
±
6.01％。同时，经过实验验证，bpnccap 50μg bmp-2具有显着更高的骨诱导能力，不仅显着增加骨量，而且优化了骨微结构。组织学染色也显示，bpnccap 50μg bmp-2组新生骨体积密度明显高于bpnccap 5μg bmp-2和bpnccap 10μg bmp-2组，表明bpnccap 50μg bmp-2具有最强的成骨能力。而fbgcs的体积密度检测结果，随着bmp-2掺入量的增加呈下降趋势，在bpnccap 50μg bmp-2组中检测到的最低值。因此，bpnccap 50μg bmp-2组中fbgc的最低体积密度表明与bpnccap相比具有更高的生物相容性和更低的免疫排斥风险。
[0091]
本发明提供的仿生沉淀bpnccap具备骨形成响应特性，可以通过在植入后5周时随着新骨的增加，剩余bpnccap的减少趋势得到证明。bpnccap颗粒的这种特性与烧结ha形成鲜明对比，烧结ha即使在植入几个月后也几乎不会降解。bpnccap的这一特性对于骨向内生长前的空间保存和这些骨缺损填充材料与宿主骨组织的快速替代都非常有益。此外，骨形成越多也与fbgc的体积密度越小有关。这可能主要是由于当bpnccap表面形成更多新骨时，bpnccap对结缔组织和免疫系统的直接暴露减少，从而导致异物反应减少。
[0092]
本发明合成的具有内部掺入bmp-2的新型bpnccap颗粒，旨在开发可适当降解和高效骨诱导颗粒来修复大体积骨缺损。体外表征数据表明，bpnccap bmp-2颗粒由六角形ha组成，平均晶粒尺寸为19.7～25.1nm，晶粒尺寸为100～200nm。bmp-2的掺入率甚至可以达到65.04
±
6.01％。体内组织形态学分析表明，bpnccap诱导的新骨总体积呈现出bmp-2剂量依赖型增加的方式。与bpnccap相比，bpnccap 50μg bmp-2表现出显着的降解和更少的fbgcs反应。这些数据表明bpnccap bmp-2在修复大体积骨缺损中具有广阔的应用潜力。
[0093]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。