[發(fā)明專利]一種強(qiáng)韌兼顧功能型HA/CMCS復(fù)合生物陶瓷骨支架的常溫中性制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110487223.5
• 申請(qǐng)日: 2021-05-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113209376B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏慶華;汪焰恩;盧婷利;張映鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): A61L27/20
• 分類號(hào): A61L27/20;A61L27/12;A61L27/16;A61L27/02;A61L27/50;A61L27/54;A61L27/58;C04B26/04;C04B38/00;B33Y70/10;B33Y10/00
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• 代理人: 陳星

本發(fā)明提出一種強(qiáng)韌兼顧功能型HA/CMCS復(fù)合生物陶瓷骨支架的常溫中性制備方法，以羥基磷灰石(HA)/羧甲基殼聚糖(CMCS)復(fù)合粉體和PVA高分子水溶液為基體材料，結(jié)合壓電噴墨打印技術(shù)(3DP)和氯化鈣(CaCl₂)溶液交聯(lián)后處理制備出一種強(qiáng)韌兼顧HA/CMCS復(fù)合生物陶瓷骨支架。本發(fā)明首次提出以HA和CMCS復(fù)合粉體為基體材料，結(jié)合3DP打印工藝，實(shí)現(xiàn)功能型HA/CMCS復(fù)合生物陶瓷人工骨支架的常溫中性制造。此外，該制備方法的常溫中性成型特性滿足了活性物質(zhì)(氨基酸、生長(zhǎng)因子、活性蛋白質(zhì))協(xié)同制造的工藝需求，使得生物陶瓷骨支架在兼具材料組分、力學(xué)特性、孔隙結(jié)構(gòu)可調(diào)的基礎(chǔ)上，還具有生物活性物質(zhì)所賦予的生物學(xué)功能特性，這是以往工藝所難以實(shí)現(xiàn)的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，具體為一種強(qiáng)韌兼顧功能型HA/CMCS復(fù)合生物陶瓷骨支架的常溫中性制備方法。

背景技術(shù)

骨骼是人體的重要器官之一，其內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)重塑過(guò)程保證了優(yōu)良的自我修復(fù)能力，但由于外部創(chuàng)傷、腫瘤等造成的大段骨缺損，常常無(wú)法實(shí)現(xiàn)骨的自我修復(fù)，此時(shí)就需要骨移植手術(shù)進(jìn)行輔助治療。通過(guò)自體骨、同種異體骨或異種骨移植是臨床常用治療方法，然而這些方法存在供源有限、免疫排斥、基因污染等問(wèn)題，其在臨床上的應(yīng)用始終有所限制。近年來(lái)，隨著骨組織工程學(xué)的發(fā)展，通過(guò)將體外培養(yǎng)的種子細(xì)胞接種在多孔支架中，再植入骨缺損處，輔以生長(zhǎng)因子刺激其增殖分化，以修復(fù)骨組織缺損的方法，為骨缺損的修復(fù)重建提供了一種新的解決思路。

植入骨支架在人體內(nèi)需要承擔(dān)細(xì)胞攀附、載荷承載、物質(zhì)運(yùn)輸?shù)裙δ埽@對(duì)支架的生物、力學(xué)以及結(jié)構(gòu)特性提出了較高的要求。支架的生物特性要求支架具有良好的生物相容性和降解性，以供細(xì)胞粘附增殖和為新生骨的生長(zhǎng)提供場(chǎng)所；支架的力學(xué)特性要求支架有足夠的與自體骨相匹配的強(qiáng)度和韌性，以避免強(qiáng)度不足或過(guò)高所引起的壓潰或應(yīng)力屏蔽現(xiàn)象，以及減小支架在人體內(nèi)復(fù)雜力學(xué)環(huán)境下發(fā)生脆性斷裂的可能；支架的結(jié)構(gòu)特性則要求支架具有開(kāi)放的多孔結(jié)構(gòu)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，以保障支架內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸和代謝廢物的排放。為了滿足這些要求，研究人員正試圖從材料和工藝方面尋找解決方案。

羥基磷灰石HA是骨組織中的主要無(wú)機(jī)鹽成分，具有高度的生物相容性和骨誘導(dǎo)能力，是最為理想的骨修復(fù)材料。但羥基磷灰石的斷裂韌性(1.0MPa·m^1/2)和抗彎強(qiáng)度(50～100MPa)較低，單一的HA支架無(wú)法滿足人體骨支架的力學(xué)要求，因此人們開(kāi)始了對(duì)HA復(fù)合材料支架的研究以改善其性能。羧甲基殼聚糖CMCS是一種天然堿性多糖，具有出色的生物相容性、可降解性和無(wú)毒性，是優(yōu)秀的骨組織修復(fù)材料。研究發(fā)現(xiàn)，將CMCS與磷酸鹽陶瓷復(fù)合之后可以在一定程度上改善陶瓷支架的力學(xué)性能和孔隙結(jié)構(gòu)，并有利于礦化物沉淀和促進(jìn)成骨細(xì)胞的粘附增殖，具有極佳的骨修復(fù)潛力。

在現(xiàn)有生物陶瓷骨支架的制備方法中，主要的重難點(diǎn)在于，為了滿足支架的強(qiáng)度需求，通常需要對(duì)所制備的骨支架進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)、化學(xué)固化等高能后處理，這無(wú)疑增加了支架被污染的幾率，同時(shí)高溫?zé)Y(jié)后的骨支架也沒(méi)有了韌性，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)活性物質(zhì)的協(xié)同制造。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的骨組織工程支架制備過(guò)程中，存在的強(qiáng)度與韌性、生物活性物質(zhì)與高能后處理之間的矛盾，提出了一種強(qiáng)韌兼顧功能型HA/CMCS復(fù)合生物陶瓷骨支架的常溫中性制備方法。該方法以3DP打印工藝為基礎(chǔ)，以HA/CMCS混合粉體為打印粉材、PVA溶液為粘結(jié)劑，打印過(guò)程中輔以生物活性物質(zhì)進(jìn)行協(xié)同制造，最后再通過(guò)氯化鈣溶液交聯(lián)固化得到成型支架。

一方面，該工藝所制備的骨支架結(jié)合了HA材料的高硬度、高生物相容性和CMCS材料的高韌性、生物降解特性，使成型支架在降解過(guò)程中能夠保持足夠的強(qiáng)度和韌性。另一方面，CMCS賦予了支架高度聯(lián)通的大尺寸孔隙，有助于細(xì)胞正常的增殖分化，加快了血管和骨組織的侵入和替代。此外，整個(gè)工藝流程在常溫中性環(huán)境下進(jìn)行，且無(wú)需高溫?zé)Y(jié)、化學(xué)固化等高能后處理，這保障了活性物質(zhì)的協(xié)同打印，賦予了骨支架的生物學(xué)特性，從而達(dá)到加速骨缺損修復(fù)重建的效果。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：