[發明專利]一種生長因子濃度梯度可控的人工硬骨支架制備方法

有效

• 申請號: 201810423738.7
• 申請日: 2018-05-06
• 公開（公告）號: CN108578777B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 汪焰恩;宋瑤;國玉鴻;蔡顯軒;柴衛紅;楊明明;王國偉;饒逸文;姜安國
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: A61L27/40
• 分類號: A61L27/40;A61L27/12;A61L27/22;A61L27/54;A61L27/58
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發明提出一種生長因子濃度梯度可控的人工硬骨支架制備方法，首先打印過程中采用分層打印的方式，在每一層生物陶瓷材料上按一定濃度梯度分布要求打印生長因子，實現生物陶瓷材料、生長因子分層疊加，堆積成型出滿足生長因子濃度梯度可控的生長因子?骨支架復合結構。其次，打印過程中，無高溫高壓環境，很好地保證了生長因子的活性，同時采用多個噴頭協作打印，能進一步實現骨支架內部生長因子的濃度梯度的準確可控。

技術領域

本發明涉及醫用人工骨移植材料的制備領域，具體涉及一種生長因子濃度梯度可控的人工硬骨支架制備方法。

背景技術

人體骨骼本身具有一定的自修復能力，但對于由外界因素造成的嚴重骨缺損，人體無法自行修復，需要進行手術移植治療。目前可用作移植材料的主要有自體骨、異體骨和人工合成材料。自體骨雖移植效果好，但是數量有限且易引發并發癥；而異體骨存在感染病毒和產生排斥反應的可能；相比之下，人工合成材料具有優良的生物相容性和可降解性，用于骨修復更適合。理想的人工骨支架應滿足下列要求：1.良好的生物相容性；2.具有一定通透性的微觀孔隙結構；3.優良的力學性能；4.能與宿主骨整合，便于宿主骨組織的依附；5.有骨誘導性，能釋放生長因子等促骨因素，進一步誘導新骨的形成。

整個骨結構從表層至深層依次為：骨膜—骨密質—骨松質—骨內膜—骨髓—骨髓腔。在骨結構重建過程中，骨的形成受多種因素調控，其中骨生長因子起主要作用。許多骨生長因子以不同的濃度量，參與不同時期骨不同層的生長代謝調節，調節骨內各種細胞的增殖分化及骨基質的合成與降解。由于骨結構不同層的骨生長因子的濃度分布不同，進一步影響各層的類骨質密度分布、骨質的密度分布、血管細胞的生長分布等。目前研究較多的促骨生長因子有骨形態發生蛋白、成纖維細胞生長因子、轉化生長因子-β、血小板衍生生長因子、血管內皮細胞生長因子和胰島素樣生長因子等。

時下許多骨支架研究都將重點放在支架的相容性、微觀孔結構及生物力學特性上，卻很少研究如何將生物陶瓷材料和生長因子結合起來，形成生長因子-骨支架復合結構來滿足骨支架植入機體后能夠釋放生長因子、引導骨細胞的貼壁生長的需求。傳統的成型技術如擠壓、注漿、壓制等，這些技術在構造生長因子-骨支架復合結構上仍然存在一定的缺陷。首先，在成型過程無法實現模型的精確控制，而且最終成型還需經過燒結工藝。一般燒結溫度在1000℃-1200℃左右，在該溫度范圍下生長因子的活性會受到破壞，直接影響復合支架的性能。其次，傳統的成型技術只能將生長因子與生物陶瓷材料混合，無法實現生長因子在骨支架內按照一定濃度梯度要求分布。

例如、公開號CN1994243的專利公開了一種雙尺度微結構人工骨支架制備方法，該方法先制備骨支架負型，再填入石蠟小球、生物材料漿體，最后經固化、燒結、氣化形成骨支架；公開號CN101690828A的專利公開了一種多孔生物陶瓷制備方法，該方法先通過澆注生物陶瓷漿料制造三維殼體，再經冷凍、干燥、燒結，制備出生物陶瓷支架；公開號CN101011602A的專利公開了一種多孔生物陶瓷制備方法，該方法采用模壓成型工藝將生物陶瓷球形顆粒堆積成多孔結構，經燒結形成多孔支架。上述公開專利中提出的骨支架制備方法，僅側重于支架的三維結構，未考慮參與生長因子的調控，而且燒結工藝溫度過高不適宜生長因子蛋白活性的保持，無法實現支架內部生長因子的精準分布。

發明內容

為克服現有技術存在的問題，保證生長因子的活性，又實現生長因子在骨支架結構中的精準分布，本發明在現有的人工骨支架成型方法基礎上，以構建具有生長因子梯度分布的骨支架為設計目標，提出的一種基于多噴頭打印多生長因子，且濃度梯度分布可控的硬骨支架制備方法。

本發明的基本思路原理是：首先打印過程中采用分層打印的方式，在每一層生物陶瓷材料上按一定濃度梯度分布要求打印生長因子，實現生物陶瓷材料、生長因子分層疊加，堆積成型出滿足生長因子濃度梯度可控的生長因子-骨支架復合結構。其次，打印過程中，無高溫高壓環境，很好地保證了生長因子的活性，同時采用多個噴頭協作打印，能進一步實現骨支架內部生長因子的濃度梯度的準確可控。

本發明的技術方案為：