[發明專利]一種三維生物支架及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201710651107.6
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN109381739A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 李琦;楊煒沂;王榮;朱朋飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: A61L27/10
• 分類號: A61L27/10;A61L27/56;A61L27/50;C12N5/077
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

本發明公開了一種三維生物支架及其制備方法和應用，屬于3D打印材料開發技術和生物醫學工程技術領域，具體為通過無模直寫三維打印技術構建由溶膠凝膠組成的三維有序多孔結構，并通過進一步的固化成型可獲得適用于細胞培養的三維生物支架。采用該方法制備的三維陶瓷支架為三維多孔結構，孔隙率10％?90％可調，孔徑尺寸30μm?1mm可調，為方形孔結構，孔與孔之間三維貫通，該方法獲得的生物支架具有良好的生物相容性，可用于骨細胞的培養以及骨組織的修復。

技術領域

本發明涉及3D打印材料開發技術領域和生物醫學工程技術領域，具體涉及一種三維生物支架及其制備方法和應用。

背景技術

每年因交通事故和生產安全事故導致眾多的創傷骨折，加上骨腫瘤、股骨頭缺血性壞死等骨科疾病，造成300多萬的骨缺損病例。臨床上，由于自體骨來源有限，異體骨和異種骨存在免疫排斥反應，且存在潛在的病原傳播危險等缺陷，迫切需要研發骨組織修復材料，用于治療骨缺損。傳統的支架材料及制備技術難以大批量構建形狀各異的復雜骨修復材料，無法滿足臨床上個性化修復的需要。臨床需要的骨組織修復支架材料要適用于不同的患者以及不同的癥狀，其外形及微觀結構因人因癥而異。這類個性化修復的臨床需求迫切需要具有個性化結構和性能的支架材料。3D打印技術，源自快速成型(RapidPrototyping，RP)技術，又稱快速原型技術，是當今世界上飛速發展的制造技術之一。快速成型是在計算機輔助設計和制造技術、激光技術和材料科學技術的發展，以及與各種成型技術的結合的基礎上出現的一種新型材料加工工藝，基本原理為根據CAD或CT等數據，利用激光、數控技術將原材料精確堆積，在沒有傳統模具和夾具的情況下，快速制造出任意復雜形狀而又具有一定功能的三維實體模型或零件。將快速成型技術應用于生物材料的研制是材料科學和現代制造技術發展的必然結果，快速成型技術的出現，不僅大大縮短了生物材料的開發周期，降低了研發費用，同時解決了近代臨床醫學創傷技術中一些重大的三維重建的科學技術性難題。特別是在復雜形狀的人工骨替代物的制造方面更顯示出它的獨特優勢。快速成型技術快速精確的特點及其發展為組織結構個性化加工提供了一個很好的途徑，可以根據病人個性化的要求制作出適用于其特殊要求的修補或移植假肢快速成型生物材料制造是材料科學科與先進制造技術學科交叉的結果，也是當代技術進步的必然結果。

二氧化鈦作為一種生物惰性材料，其細胞粘附性和促細胞增殖性良好，有作為新型生物骨修復材料的巨大潛力。采用溶膠凝膠法制備的二氧化鈦前驅體具有可調的流變性能，可直接作為一種三維無模直寫打印的漿料來制備生物支架，同時，結合溶膠凝膠技術和三維無模直寫打印技術可使制備獲得的生物支架的網絡尺寸更為細小，孔隙以及孔形更加多樣，可以滿足個性化定制的需求，特別是日益復雜的骨修復應用領域的要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三維生物支架及其制造方法和應用，該方法獲得的生物支架具有良好的生物相容性，可用于骨細胞的培養以及骨組織的修復。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種三維生物支架，該三維生物支架的材質為以二氧化鈦為基的陶瓷材料，該支架為三維多孔結構，孔隙率為10-90％，孔徑尺寸為30μm-1mm，孔與孔之間三維貫通。

該三維生物支架的宏觀整體尺寸可調，孔的形狀能夠根據需要進行設計，孔的形狀為方形、圓形、三角形和六邊形中的一種或幾種。

所述三維生物支架的制備方法為：首先采用三維打印技術對二氧化鈦前驅體漿料(二氧化鈦溶膠凝膠前驅體)進行無模直寫成型，獲得三維有序多孔結構；然后通過高溫燒結固化成型獲得所需孔隙率的三維生物支架。

所述二氧化鈦溶膠凝膠前驅體的制備過程包括如下步驟：

(1)含表面活性劑和金屬離子的乙醇溶液的配制：