[發(fā)明專利]基于3D打印的磷酸鈣陶瓷高通量篩選模型及制法與應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113292332A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱向東;吳永豪;王璟;李向鋒;曹全樂;陳雪寧;張興棟
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: C04B35/447
• 分類號: C04B35/447;C04B35/622;C04B38/00;B28B1/00;B33Y80/00;B33Y70/10;B33Y10/00;A61L27/10;A61L27/12;A61L27/56
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 劉小彬

本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，公開了基于3D打印的磷酸鈣陶瓷高通量篩選模型及制法與應(yīng)用。本發(fā)明的基于3D打印的磷酸鈣陶瓷高通量篩選模型，該模型為陶瓷原始粉體經(jīng)3D打印制得的磷酸鈣陶瓷，包括若干個具有不同材料參數(shù)、或/和孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的篩選單元。本發(fā)明的制備方法包括：模型設(shè)計；配置光固化陶瓷3D打印漿料；3D打印，得到陶瓷坯體；將陶瓷坯體脫脂燒結(jié)，得到基于3D打印的磷酸鈣陶瓷高通量篩選模型。本發(fā)明還提供了該高通量篩選模型在篩選骨誘導(dǎo)材料中的應(yīng)用。本發(fā)明設(shè)計并得到了多結(jié)構(gòu)、多組分特征為一體的磷酸鈣陶瓷高通量篩選模型，實現(xiàn)了高效率、低成本的磷酸鈣陶瓷高通量制備和生物學(xué)評價，在生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于3D打印的磷酸鈣陶瓷高通量篩選模型及制法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

磷酸鈣生物陶瓷的化學(xué)成分與人體骨的無機成分接近，不僅具有較好的生物相容性，而且大量的研究證實其具有良好的骨誘導(dǎo)性，進而誘發(fā)良好的骨再生修復(fù)能力，因而在臨床中得到了較為廣泛的應(yīng)用。通常而言，生物材料的骨誘導(dǎo)性是指植入動物的皮下或肌肉后產(chǎn)生的異位誘導(dǎo)成骨。因此，通過材料自身的優(yōu)化設(shè)計，充分調(diào)動機體的自我修復(fù)能力，誘導(dǎo)并加快病變?nèi)睋p部位的愈合再生，實現(xiàn)受損組織和器官的永久康復(fù)，具有良好的應(yīng)用前景。

在傳統(tǒng)的多孔磷酸鈣陶瓷骨誘導(dǎo)性能研究中，通常使用的是嘗試法或試錯法，在揭示材料制備工藝、微觀結(jié)構(gòu)與材料性能規(guī)律，以及對材料物相成分、晶粒尺寸、孔結(jié)構(gòu)和孔隙率等參數(shù)的調(diào)控與骨誘導(dǎo)性能優(yōu)化等方面，往往要消耗大量的時間，且成本較高。自“材料基因組”提出以來，以材料數(shù)據(jù)庫、高通量計算和高通量實驗為核心三要素的“材料基因工程”得到了迅速的發(fā)展，有力推動了材料研發(fā)從傳統(tǒng)試錯法向理性設(shè)計下的高效實驗新模式轉(zhuǎn)變，極大加速了新材料的研發(fā)與上市應(yīng)用。因此借助材料的高通量設(shè)計及制備，將影響材料性能的各種參數(shù)集成于一體，能夠極大地減少材料的研發(fā)周期，提高研發(fā)效率。

3D打印技術(shù)由于具有較高的精度，能夠打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)，制備過程較為簡單，近些年來在磷酸鈣陶瓷骨修復(fù)材料制備領(lǐng)域，特別是在骨缺損個性化修復(fù)方面展現(xiàn)出了較大的優(yōu)勢。雖然3D打印磷酸鈣陶瓷展現(xiàn)出了一定的骨修復(fù)能力，但其骨誘導(dǎo)性能有待進一步提高。因此，迫切需要對影響3D打印磷酸鈣陶瓷骨誘導(dǎo)性的材料學(xué)參數(shù)進行篩選和優(yōu)化，以進一步提升其骨修復(fù)效果。傳統(tǒng)的材料骨誘導(dǎo)性能評價或篩選方法是將不同組別的材料滅菌后，通過體外細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)和動物異位植入等生物學(xué)評價對材料骨誘導(dǎo)性能進行評估。不僅在體外細(xì)胞培養(yǎng)中要消耗大量的耗材和時間，操作過程繁雜，而且在進行體內(nèi)骨誘導(dǎo)性能評價時，大量的材料需要更植入較多數(shù)量的動物進行實驗。這不僅增加了實驗工作強度，消耗大量實驗耗材和動物，而且動物個體間的差異增加了實驗結(jié)果的不確定性，影響骨誘導(dǎo)評價結(jié)果的可靠性。

因此，如何解決磷酸鈣陶瓷的高通量制備，實現(xiàn)磷酸鈣陶瓷骨誘導(dǎo)性能的高通量評價，能夠在研發(fā)成本上和研發(fā)周期上實現(xiàn)“雙減半”，進一步提升材料的骨誘導(dǎo)性和骨修復(fù)能力，滿足臨床對骨缺損再生修復(fù)材料的要求，是目前3D打印骨誘導(dǎo)磷酸鈣陶瓷亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于，提供一種基于3D打印的磷酸鈣陶瓷高通量篩選模型，其能實現(xiàn)3D打印磷酸鈣陶瓷的高通量制備，并應(yīng)用于材料骨誘導(dǎo)性能的高通量評價，篩選并優(yōu)化磷酸鈣陶瓷的骨誘導(dǎo)參數(shù)，解決3D打印磷酸鈣陶瓷誘導(dǎo)性能不佳的問題。

本發(fā)明的目的之二在于，提供該基于3D打印的磷酸鈣陶瓷高通量篩選模型的制備方法。

本發(fā)明的目的之三在于，提供該基于3D打印的磷酸鈣陶瓷高通量篩選模型的應(yīng)用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供的一種基于3D打印的磷酸鈣陶瓷高通量篩選模型，該模型為經(jīng)3D打印制得的多孔磷酸鈣陶瓷，包括若干個具有不同材料參數(shù)、或/和孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的篩選單元。

優(yōu)選地，所述篩選單元的數(shù)量大于等于2個。