[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于3D打印的降解可控骨組織工程支架及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811060244.3
• 申請(qǐng)日: 2018-09-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109260525A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周長(zhǎng)春;樊渝江;張勃慶;孫勇;裴玄;李慧勇;王科鋒;蔣青;張興棟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): A61L27/58
• 分類(lèi)號(hào): A61L27/58;A61L27/56;A61L27/50;A61L27/12
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 呂玲

本發(fā)明生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種3D打印材料，具體為一種3D打印多層級(jí)微納結(jié)構(gòu)可控多孔生物活性陶瓷材料。該發(fā)明的生物活性陶瓷支架是通過(guò)參數(shù)化建模設(shè)計(jì)具有一定宏觀大孔的模型，并利用3D打印技術(shù)將一定配比磷酸鈣原料成型為所設(shè)計(jì)的模型，通過(guò)燒結(jié)制得多孔磷酸鈣支架，隨后再通過(guò)溶溶再結(jié)晶處理多孔磷酸鈣支架改變其材料微納結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，可通過(guò)調(diào)節(jié)原料中的羥基磷灰石（HA）和磷酸三鈣(TCP)的比例，設(shè)計(jì)定制支架的一級(jí)宏觀孔結(jié)構(gòu)，再通過(guò)控制溶溶再結(jié)晶反應(yīng)介質(zhì)環(huán)境參數(shù)，如溫度、時(shí)間、介質(zhì)pH值等諸多因素調(diào)控生物活性陶瓷支架的二級(jí)微納形貌和結(jié)構(gòu)，并且可以根據(jù)不同的患者個(gè)性化的定制出所需的骨組織工程支架。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種3D打印材料，具體為一種3D打印多層級(jí)微納結(jié)構(gòu)可控多孔生物活性陶瓷材料。

背景技術(shù)

每年因骨創(chuàng)傷、骨組織炎癥、骨腫瘤切除、意外事故、以及人口老齡化等原因?qū)е掠步M織缺損的病人日趨增多。在骨組織病損修復(fù)方法中，異體組織修復(fù)存在嚴(yán)重的免疫排斥反應(yīng)，而自體組織的數(shù)量來(lái)源有限，采用人工材料進(jìn)行硬組織替換和修復(fù)無(wú)疑具有重要應(yīng)用價(jià)值。磷酸鈣（GaP）生物陶瓷，因具有優(yōu)良的生物相容性、無(wú)毒、無(wú)刺激性、無(wú)排斥反應(yīng)，同時(shí)具有良好的骨傳導(dǎo)性和骨誘導(dǎo)性，具有很大的市場(chǎng)應(yīng)用前景。磷酸鈣系生物陶瓷中羥基磷灰石（HA）、磷酸三鈣（TCP）和雙相磷酸鈣(BCP)具有優(yōu)良成骨活性，被廣泛研究應(yīng)用。羥基磷灰石溶解度最低比較穩(wěn)定，骨誘導(dǎo)性能較弱。磷酸三鈣的溶解度大，力學(xué)性能較差。雙相磷酸鈣是將羥基磷灰石和磷酸三鈣按照一定的比例混合，其溶解度介于兩者支架，具有良好的綜合性能。

在骨修復(fù)材料中，植入體的多層級(jí)微孔結(jié)構(gòu)對(duì)骨修復(fù)重建起著關(guān)鍵的生物功能和修復(fù)作用，小于1μm的孔會(huì)影響材料的生物活性和蛋白的吸附類(lèi)型，直徑在1~20μm的孔會(huì)影響細(xì)胞的吸附類(lèi)型和細(xì)胞的行為，100~1000μm的孔會(huì)影響細(xì)胞的長(zhǎng)入，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的交換以及材料的力學(xué)性能。此外，前期研究報(bào)道了材料的表面結(jié)構(gòu)會(huì)調(diào)節(jié)細(xì)胞行為，進(jìn)而影響材料的骨修復(fù)效果。綜上所述，具有可調(diào)控的多層級(jí)微納孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)骨組織修復(fù)重建至關(guān)重要。近些年來(lái)隨著制造技術(shù)的快速發(fā)展，增材制造技術(shù)（3D打印）在很多方面展現(xiàn)出其材料成型制造優(yōu)勢(shì)。3D打印是通過(guò)材料的累積來(lái)成形復(fù)雜的零件，通過(guò)模型設(shè)計(jì)及控制打印噴頭的移動(dòng)軌跡可精確成型零件內(nèi)外復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)，這為骨組織修復(fù)支架的制備提供了新的制造理念和方法，使骨修復(fù)支架材料的各參數(shù)可控，內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和個(gè)性化修復(fù)成為可能。通過(guò)3D打印技術(shù)可以有效設(shè)計(jì)和制備100~1000μm的多孔結(jié)構(gòu)，但其很難制備小于100μm的孔和調(diào)控表面納米尺度拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。因此需通過(guò)其它技術(shù)對(duì)材料的多層級(jí)微納結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效設(shè)計(jì)。重溶再結(jié)晶途徑可以有效調(diào)控磷酸鈣鹽的表面微納形貌，如利用高溫高壓的介質(zhì)環(huán)境可使在室溫條件下不溶或難溶的鈣磷鹽溶解，或反應(yīng)生成該物質(zhì)的溶解產(chǎn)物，通過(guò)控制高壓釜內(nèi)介質(zhì)溶液狀態(tài)產(chǎn)生對(duì)流以形成過(guò)飽和狀態(tài)而再結(jié)晶重構(gòu)，通過(guò)對(duì)反應(yīng)介質(zhì)參數(shù)的調(diào)控，即可得到不同微納形貌的晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)支架材料的微納尺度下的顯微形貌調(diào)控。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是針對(duì)以上技術(shù)問(wèn)題，提供一種用于硬組織修復(fù)的多層級(jí)微納結(jié)構(gòu)可控3D打印生物活性陶瓷支架材料及其制備方法。該材料將3D打印技術(shù)和重溶再結(jié)晶途徑相結(jié)合，利于3D打印技術(shù)調(diào)控支架的外形和宏觀大孔結(jié)構(gòu)，利用重溶再結(jié)晶途徑調(diào)控支架材料的二級(jí)微納尺度結(jié)構(gòu)形貌。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：

一種3D打印多層級(jí)微納結(jié)構(gòu)可控的生物活性陶瓷支架的制備方法，其特包括以下步驟：

a）將A粉末材料、粘結(jié)劑和乙醇充分混合得到打印墨水，其質(zhì)量比為3.6：32：32；所述的A粉末為磷酸三鈣(α-TCP及β-TCP)、磷酸四鈣和磷酸二氫鈣中的任意一種或羥基磷灰石（HA）與磷酸三鈣、磷酸四鈣、磷酸二氫鈣中的任意一種或幾種的混合物。磷酸鈣系列陶瓷和人骨的無(wú)機(jī)成分相似，是整個(gè)支架的生物活性成分。