[發明專利]一種復合脫鈣骨基質的3D打印多孔金屬支架及其制備方法

有效

• 申請號: 201410680778.1
• 申請日: 2014-11-24
• 公開（公告）號: CN104368040A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 朱威;尹博;吳志宏;邱貴興
• 申請（專利權）人: 吳志宏
• 主分類號: A61L27/16
• 分類號: A61L27/16;A61L27/06;A61L27/56;A61L27/36
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 叢芳

技術領域

本發明屬于生物醫學材料領域，涉及一種復合脫鈣骨基質的3D打印多孔金屬支架及其制備方法，具體涉及一種復合了脫鈣骨基質三維微支架的多孔鈦合金支架及其制備方法。

背景技術

臨床上骨缺損的移植材料主要有自體骨及異體骨。自體骨移植雖然排斥反應較小且細胞張入較快，但容易受到取材部位的影響造成其取骨量較少且易對個體產生創傷。異體骨移植往往存在生物相容性、移植物感染、過敏等因素的制約。近些年涌現出的各種生物材料，如聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)，磷酸鈣(TCP)等等，雖然具有良好的生物相容性和降解性能，卻存在著制備物強度不足，降解時間與機體需求難以匹配等諸多問題。

脫鈣骨基質是將同種異體骨脫脂脫鈣后制成的生物材料，其失去了大部分的鈣鹽而強度較軟，但保留了主要的空間結構及一定生物活性。它在臨床上常作為植骨融合材料而大規模應用，具有誘導骨張入、骨傳導、生物降解等特性。脫鈣骨基質在制備過程中脫去了一定表面抗原，故而其臨床植入后免疫排斥反應較小，有很好的生物相容性。

3D打印的出現可以充分利用鈦合金的強度及可塑性，通過CT等掃描數據的處理，由計算機設計構建，可以將鈦合金打印成符合需求的個性化多孔連通復雜結構。不僅給骨長入提供了空間，也因為多孔結構降低了鈦合金的彈性模量，實現了與正常骨組織彈性模量的匹配，且不必擔心降解時間與機體需求的不匹配，成為了3D打印在骨科發展的重要方向。

目前市場上的3D打印多孔鈦合金支架本身內部孔洞直徑約300-1500μm，較為空曠而不利于體積相對較小的細胞抓附，大部分只能貼壁在二維空間內生長，無法實現三維立體微環境中的細胞培養。雖然已有研究將多孔鈦孔洞內表面進行二維層次的活性化改造，例如給予表面酸堿處理、表面等離子噴涂涂層、表面負載生長因子等，但仍很難實現細胞在三維層次的攀附、生長及基質的分泌和填充。所以，若能在多孔鈦的每一個孔洞中，搭建一個仿生三維微支架，將給細胞的增殖、分化提供一個良好的環境。

發明內容

為了解決現有技術中的不足，本發明的目的在于提供一種復合脫鈣骨基質的3D打印多孔金屬支架。該復合脫鈣骨基質的3D打印多孔金屬支架既擁有鈦合金支架的強度同時又具有脫鈣骨基質的生物活性，為修復支撐骨缺損提供了一種良好的骨缺損修復材料。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

本發明提供了一種復合脫鈣骨基質的3D打印多孔金屬支架，所述復合脫鈣骨基質的3D打印多孔金屬支架由多孔鈦合金支架和位于所述多孔鈦合金支架內部由脫鈣骨基質構成的三維微支架組成。所述復合脫鈣骨基質的3D打印多孔金屬支架的平均孔洞直徑約100-400μm。

現有技術中可用于制備多孔鈦合金支架的技術包括選擇性激光燒結技術(SLS)、選擇性激光熔融技術(SLM)、電子束熔融技術(EBM)，上述技術制備的鈦合金支架孔徑為100μm-2000μm，彈性模量小于10GPa。制備多孔鈦合金支架的技術還包括本發明使用的3D打印技術。3D打印的出現可以充分利用鈦合金的強度及可塑性，通過CT等掃描數據的處理，由計算機設計構建，可以將鈦合金打印成符合需求的個性化多孔連通復雜結構。不僅給骨長入提供了空間，也因為多孔結構降低了鈦合金的彈性模量，實現了與正常骨組織彈性模量的匹配。

進一步，本發明使用的多孔鈦合金支架是通過下列步驟制備而成：將CT圖像導入Mimics或CAD等三維圖像軟件，得到目標骨組織的三維圖像，平均孔柱為100-1000μm、孔徑為300-3000μm，以正六面體、正十二面體結構單位充填、擴展該圖像，得到個性化的多孔連通三維數字模型。而后采用EOS?M280金屬材料3D打印機，以鈦合金(Ti-6Al-4V)為原料，依據設計模型打印多孔鈦支架。

優選地，目標骨組織的三維圖像平均孔柱為300μm、孔徑為1000μm。

在本發明具體的實施方案中，所述復合脫鈣骨基質的3D打印多孔金屬支架的制備方法如下：將所述脫鈣骨基質制備成顆粒后加入到聚乙烯醇溶液中形成混凝液，使脫鈣骨基質顆粒可以在混凝液中穩定懸浮存在，而后將所述混凝液灌入所述多孔鈦合金支架中。制備混凝液的聚乙烯醇溶液也可用膠原凝膠代替。

優選地，所述混凝液中脫鈣骨基質顆粒的大小為200-600μm。

本發明還提供了上述復合多孔鈦合金的制備方法，所述制備方法包括下列步驟：

(1)制備多孔鈦合金支架；

(2)制備脫鈣骨基質；

(3)將步驟(2)獲得的脫鈣骨基質注入步驟(1)獲得的多孔鈦合金支架中；