本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料，具體涉及一種梯度多孔二氧化鈦骨修復(fù)材料的制備方法。
背景技術(shù)：
1、骨組織再生過程中，材料表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)胞行為具有關(guān)鍵調(diào)控作用。研究表明，二氧化鈦表面5-10μm大孔促進(jìn)成骨細(xì)胞遷移與血管化，而0.3-1μm微孔可增強(qiáng)細(xì)胞粘附與分化。然而，傳統(tǒng)均質(zhì)多孔結(jié)構(gòu)(如造孔劑法制備的200-500μm孔隙)難以同時(shí)滿足力學(xué)支撐與細(xì)胞浸潤需求。雖然三維打印技術(shù)能構(gòu)建梯度孔隙，但層間結(jié)合力弱導(dǎo)致壓縮強(qiáng)度不足15mpa，且最小分辨率僅50μm，無法模擬天然骨哈弗斯系統(tǒng)(內(nèi)層5-7μm→外層0.2-0.5μm)的精細(xì)結(jié)構(gòu)。
2、現(xiàn)有梯度孔隙制備技術(shù)存在顯著瓶頸：化學(xué)蝕刻法難以控制孔隙連續(xù)變化；多層復(fù)合燒結(jié)導(dǎo)致界面應(yīng)力集中；電場輔助沉積設(shè)備復(fù)雜且成本高昂。特別是冷凍干燥技術(shù)，雖然能通過冰晶模板形成孔隙，但單一冷凍溫度(通常-50℃)導(dǎo)致孔徑分布離散，變異系數(shù)超過40％，且無法實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)孔隙調(diào)控。
3、魚精蛋白作為天然陽離子多肽，其獨(dú)特性質(zhì)為孔隙調(diào)控提供新途徑：等電點(diǎn)ph＝10-12使其在酸性條件下(ph＝1-3)攜帶強(qiáng)正電荷，與帶負(fù)電的tio2溶膠產(chǎn)生強(qiáng)靜電作用；熱分解溫度(200-300℃)與tio2晶化溫度(400℃以上)的良好匹配性，可保留孔隙結(jié)構(gòu)完整性。但現(xiàn)有研究僅利用魚精蛋白制備均質(zhì)多孔材料，尚未見其在梯度孔隙構(gòu)建中的應(yīng)用報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供了一種梯度多孔二氧化鈦骨修復(fù)材料的制備方法，該方法可使所制備得到的材料的孔隙結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)由內(nèi)向外連續(xù)變化的三級(jí)梯度分布，配合表面無序分布的不規(guī)則球狀亞微米結(jié)構(gòu)，可形成一種具有良好骨誘導(dǎo)能力的表面形貌。
2、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種梯度多孔二氧化鈦骨修復(fù)材料的制備方法，包括以下步驟：
3、(1)將鈦酸四丁酯與作為模板劑的魚精蛋白分別溶于酸性水溶液中配制形成tio2溶膠和魚精蛋白溶液，將tio2溶膠與魚精蛋白溶液混合形成前驅(qū)體溶膠；鈦酸四丁酯與魚精蛋白之間的摩爾比為1:(0.1-0.25)；
4、(2)采用梯度冷凍干燥技術(shù)處理步驟(1)所得的前驅(qū)體溶膠，控制孔隙梯度結(jié)構(gòu)形成；
5、(3)將步驟(2)經(jīng)過冷凍干燥后的產(chǎn)物進(jìn)行梯度升溫煅燒，得到具有孔徑梯度的二氧化鈦顆粒。
6、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述梯度冷凍干燥分為三個(gè)階段：
7、深層冷凍階段：-80℃至-84℃急凍3-5小時(shí)；
8、過渡調(diào)控階段：升溫至-40℃至-44℃維持2-4小時(shí)；
9、表層固化階段：在-20℃至-24℃保持1-2小時(shí)。
10、優(yōu)選的，步驟(3)中，梯度升溫煅燒具體過程為：在空氣氛圍中以1-3℃/min梯度升溫至600-800℃，保溫2-4小時(shí)。
11、優(yōu)選的，步驟(3)中，梯度升溫煅燒具體過程為：在空氣氛圍中以1℃/min梯度升溫至600℃。
12、優(yōu)選的，步驟(1)中，所述魚精蛋白的分子量為3-8kda，等電點(diǎn)ph值為10-12；魚精蛋白溶液的濃度為10-12mg/ml，ph為6.5-7；鈦酸四丁酯水解液的ph為6.5-7。
13、優(yōu)選的，步驟(1)中，酸性水溶液通過稀鹽酸或醋酸調(diào)節(jié)去離子水的ph至1-3得到；或酸性水溶液為濃度0.1-0.5m的硝酸水溶液。
14、優(yōu)選的，步驟(1)中，前驅(qū)體溶膠表面無序分布著直徑100-200nm的不規(guī)則球狀結(jié)構(gòu)。
15、優(yōu)選的，步驟(3)得到的二氧化鈦顆粒的孔隙結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)由內(nèi)向外連續(xù)變化的三級(jí)梯度分布，內(nèi)層孔隙尺寸為400～10000nm，中層為80～200nm，外層為1～10nm。
16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果如下：
17、本發(fā)明提出了一種基于魚精蛋白模板法制備梯度多孔二氧化鈦骨修復(fù)材料的方法，所述魚精蛋白在酸性環(huán)境中攜帶強(qiáng)正電荷，與在酸性條件下質(zhì)子化呈現(xiàn)負(fù)電性的鈦酸四丁酯水解生成的tio2溶膠相吸附，形成無序分布的不規(guī)則球狀亞微米結(jié)構(gòu)；結(jié)合三級(jí)梯度冷凍干燥技術(shù)使最終產(chǎn)物的孔隙結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)由內(nèi)向外連續(xù)變化的三級(jí)梯度分布，形成了一種具有良好骨誘導(dǎo)能力的表面形貌。隨后采用梯度升溫煅燒工藝，使魚精蛋白在200-300℃發(fā)生酰胺鍵斷裂，無殘留分解為co2、h2o和nh3，避免了傳統(tǒng)模板劑的毒性殘留(如pmma裂解殘留苯系衍生物)，同時(shí)誘導(dǎo)二氧化鈦形成銳鈦礦/金紅石顆粒，實(shí)現(xiàn)了骨修復(fù)材料生物安全性與功能性的協(xié)同提升。本發(fā)明所制備得到的材料適用于口腔骨缺損修復(fù)，具有優(yōu)異的生物相容性和骨整合能力。
1.一種梯度多孔二氧化鈦骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種梯度多孔二氧化鈦骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述梯度冷凍干燥分為三個(gè)階段：
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種梯度多孔二氧化鈦骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，梯度升溫煅燒具體過程為：在空氣氛圍中以1-3℃/min梯度升溫至600-800℃，保溫2-4小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種梯度多孔二氧化鈦骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，梯度升溫煅燒具體過程為：在空氣氛圍中以1℃/min梯度升溫至600℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種梯度多孔二氧化鈦骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述魚精蛋白的分子量為3-8kda，等電點(diǎn)ph值為10-12；魚精蛋白溶液的濃度為10-12mg/ml，ph為6.5-7；鈦酸四丁酯水解液的ph為6.5-7。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種梯度多孔二氧化鈦骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，酸性水溶液通過稀鹽酸或醋酸調(diào)節(jié)去離子水的ph至1-3得到；或酸性水溶液為濃度0.1-0.5m的硝酸水溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種梯度多孔二氧化鈦骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，前驅(qū)體溶膠表面無序分布著直徑為100-200nm的不規(guī)則球狀結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種梯度多孔二氧化鈦骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)得到的二氧化鈦顆粒的孔隙結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)由內(nèi)向外連續(xù)變化的三級(jí)梯度分布，內(nèi)層孔隙尺寸為400～10000nm，中層為80～200nm，外層為1～10nm。