[發明專利]一種可控多孔的陶瓷/聚合物基復合骨支架的制備方法

有效

• 申請號: 201310282922.1
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN104274860A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 帥詞俊;彭淑平;毛中正
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: A61L27/16
• 分類號: A61L27/16;A61L27/02;A61L27/10;A61L27/56
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技術領域

一種可控多孔的陶瓷/聚合物基復合骨支架的制備方法，屬于仿生制造科學領域。具體是將有機聚合物材料聚乙稀醇(PVA)與無機陶瓷材料硅酸鈣(CaSiO₃)混合得到復合粉末，并利用選擇性激光燒結工藝制備成類似天然骨組織的多孔陶瓷/聚合物基復合骨支架，以期把不同材料的優點結合起來。

技術背景

在骨組織工程中，支架不僅為細胞生長提供支持和保護，更重要的是支架與細胞的相互作用能調節細胞的形態發生過程，影響細胞生存、遷移、增殖和功能代謝。因此，在骨組織工程研究中制備有利于細胞粘附、增殖和分化的支架是十分重要和迫切的任務。

生物可降解聚合物(主要包括：聚乙烯醇(PVA)，聚乳酸(PLA)，聚己內酯(PCL)，聚左乳酸(PLLA)等)由于能夠在體內生物環境中被降解與吸收，不會引起機體炎癥和排斥反應，已經被廣泛的應用于骨組織工程。特別是PVA由于具有與人體自然組織相近的含水量、彈性模量、低摩擦系數，良好的生物相容性、化學穩定性，易于成型等特點，在生物醫學領域具有廣闊的應用前景。但是，單一的PVA支架表面光滑、力學強度不足，且無生物活性、與生物體組織的結合性能較差，影響了其在生物體內的應用。

生物活性陶瓷(主要包括：硅酸鈣(CaSiO3)，羥基磷灰石(HAP)，磷酸鈣(TCP)等)由于具有良好的生物相容性、生物活性、骨傳導性，植入體內后其表面會形成類骨磷酸層，誘發新骨的生長，已經在骨組織工程應用中獲得廣泛的關注。特別是硅酸鈣由于含有的硅元素能夠促進鈣磷層的形成和提高人體骨的活性，是一種理想的生物陶瓷替代材料。然而單一的硅酸鈣支架由于脆性大、韌性低、難于加工等限制了其在臨床中的應用。

綜上所述，單一類型的骨支架存在各自的優缺點，僅靠單一材料很難滿足骨組織工程支架的要求。我們認為將有機聚合物材料和無機陶瓷材料通過合適的方法制備成復合支架，綜合各自的優勢是滿足骨組織工程要求的一個有效途徑。

發明內容

一種理想的骨支架不僅需要有良好的生物性能，更需要良好的機械性能。為保證生物性能的同時改善支架的力學性能，解決單一類型的骨支架無法滿足組織工程要求的問題，本發明提出了一種利用聚乙烯醇粉末和硅酸鈣粉末為原材料，混合得到復合粉末，并采用選擇性激光燒結工藝，制備可控多孔的陶瓷/聚合物基復合骨支架的方法，從而提高其綜合性能。

本發明中利用選擇性激光燒結工藝制備可控多孔的陶瓷/聚合物基復合骨支架的方法，主要包括以下步驟：

(1)材料準備：利用電子天平按比例稱量一定量的聚乙烯醇粉末和硅酸鈣粉末，利用機械混合法研磨1h后獲得均勻混合的復合粉末，其中硅酸鈣的質量分數分別為5、10、15、20wt％。

(2)支架制備：根據三維零件模型產塵的橫截面數據，利用相應的控制軟件控制激光和燒結平臺選擇性的燒結粉末，在燒結完一層后，重新鋪設大約0.15mm厚的粉末，如此反復直至獲得三維骨支架。

(3)后期處理：將制備的骨支架從燒結平臺上取出并利用毛刷和氣槍等設備去除未燒結的粉末，最終得到可控多孔的陶瓷/聚合物基復合骨支架。

與現有技術相比，本發明的優勢在于：

(1)將硅酸鈣添加到聚乙烯醇中，利用硅酸鈣良好的生物學性能克服PVA的無生物活性、提高復合支架的生物性能，從而增強其在臨床中的應用。

(2)將聚乙烯醇作為基材料，可以精確地控制其百分比，設計制造過程中能對支架的許多性能進行控制(如韌性、硬度)，并保持聚合物易加工成型的特點。

(3)無機/有機復合骨支架不但具有良好的生物活性，而且兩相分散均勻，相互問存在著一定的化學鍵合作用，從而使得合成的復合骨支架的拉伸強度、彈性模量和耐磨性較單一類型的骨支架具有明顯的改善。

(4)利用選擇性激光燒結工藝制備的支架可嚴格控制多孔結構的微觀結構和支架的宏觀形狀，克服傳統制備方法中孔道結構不可控且隨意的缺點。

(5)涉及一種可控多孔的陶瓷/聚合物基復合骨支架的制備方法，該方法的制備工藝簡單、適用范圍廣、產品綜合性能好。

附圖說明

圖1是制備的陶瓷/聚合物基復合骨支架：(a)：附視圖，(b)：正視圖。

圖2是SBF浸泡后單一類型骨支架和復合骨支架的生物活性：(a)：PVA支架表面沒有鈣磷層生成；(b)：CaSiO₃支架表面有鈣磷層生成；(c)：復合支架表面有鈣磷層生成。

具體實施方式

下面通過一個實例對本發明的具體實施方式進行闡述：