[發(fā)明專利]一種涂覆生物活性涂層的多孔鋅合金骨組織工程支架及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110979802.1
• 申請(qǐng)日: 2021-08-25
• 公開（公告）號(hào): CN113633831B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳民芳;孫逢棟;由臣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號(hào): A61L27/56
• 分類號(hào): A61L27/56;A61L27/50;A61L27/04;A61L27/34;A61L27/54
• 代理公司: 北京惠科金知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11981
• 代理人: 瞿曉晶

一種涂覆生物活性涂層的多孔鋅合金骨組織工程支架及其制備方法，解決了目前高孔隙率鋅合金骨組織工程支架力學(xué)強(qiáng)度低、生物活性較差的問題。通過合金熔煉、氣壓滲流鑄造和涂層制備而成，包括：1)篩選出不同粒徑的氯化鈉顆粒，將其倒入模具，壓實(shí)并預(yù)熱；2)向熔化的鋅液中加入Li、Ag和Mn中的1?3種；3)將鋅合金液倒入裝有氯化鈉顆粒的模具中，進(jìn)行氣壓滲流；4)冷卻后洗除氯化鈉顆粒，剩余多孔鋅合金；5)線切割多孔鋅合金，然后進(jìn)行酸處理；6)處理后的多孔鋅合金浸入聚合物(海藻酸鈉、果膠、殼聚糖等)溶液中，離心干燥。得到孔隙率高，孔徑可調(diào)，強(qiáng)度較高，生物活性較好的多孔鋅合金骨組織工程支架。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可降解多孔鋅合金骨組織工程支架的制備方法，主要包括多孔鋅合金(Zn、Li、Ag、Mn)的制備與多孔鋅合金表面生物活性涂層制備，屬于骨組織工程支架生物醫(yī)用材料的設(shè)計(jì)、制備與應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

骨組織工程支架主要用于骨腫瘤、骨炎癥或外傷造成的骨缺損部位的修復(fù)，現(xiàn)在的研究主要集中在聚合物(PLGA)、生物活性玻璃或陶瓷、不可降解金屬(鈦合金)、和可降解金屬等幾個(gè)方向。各類材料制備的骨組織工程支架各有優(yōu)劣。聚合物力學(xué)強(qiáng)度不高，生物活性玻璃和陶瓷具有較好的生物活性，但脆性高，均不適于承重部位骨缺損的修復(fù)。不可降解金屬長(zhǎng)期植入會(huì)有有害離子溶出，會(huì)使植入部位產(chǎn)生炎癥反應(yīng)。鐵、鋅、鎂等可降解金屬支架兼具了較高的強(qiáng)度、可降解性和一定的生物活性，在骨組織工程領(lǐng)域孕育著巨大的市場(chǎng)前景。

鋅是人體常量元素之一，在正常生長(zhǎng)、免疫功能、蛋白質(zhì)和DNA合成以及傷口愈合等諸多生理功能中起著重要作用。為了避免缺鋅，建議每天攝入15～40毫克鋅。體外研究表明，鋅可以促進(jìn)成骨細(xì)胞的粘附、增殖、分化(即刺激骨形成)和抑制骨吸收。鋅的電極電位為-0.762V，介于鎂(-2.372V/SCE)和鐵(-0.444V/SCE)之間。不同成分的鋅基合金在模擬體液中的降解速率在20-300μm/年范圍內(nèi)，低于快速降解的鎂基合金(通常高于300μm/年)，高于緩慢降解的鐵基合金(通常低于50μm/年)。因此，適度的腐蝕行為和優(yōu)異的力學(xué)性能提供了鋅合金作為組織工程支架的潛在前景。

滲流鑄造能夠制備出孔隙率高、連通性較好的多孔鋅合金，是一種制備多孔骨組織工程支架的好方法。利用滲流鑄造的方法，Yi等人制備了Zn-3wt.％Cu的多孔合金【Y.Hou,et al,Synthesis of biodegradable Zn-based scaffolds using NaCltemplates:Relationship between porosity,compressive properties anddegradation behavior,Materials Characterization(2018)137:162-169】，Zhao等人制備了Zn-1wt.％Al的多孔合金【L.Zhao,et al.Mechanical properties andbiodegradation of porous Zn-1Al alloy scaffolds.Materials Letters(2019)247:75-78】，但其中合金元素Cu、Al非生命元素，其生物相容性并不理想。一些研究表明，隨著支架孔隙率的升高，其力學(xué)強(qiáng)度會(huì)不斷降低。金屬Li的加入，會(huì)在基體鋅中形成LiZn4與片層狀鋅交替排列的組織，可以極大地提高鋅合金的力學(xué)性能，使孔隙率較大的多孔鋅合金支架保持足夠的力學(xué)強(qiáng)度。就現(xiàn)在的研究報(bào)道來看，Li元素對(duì)鋅合金的強(qiáng)化效果最為明顯，而且其優(yōu)異的生物相容性完全能夠滿足體內(nèi)植入的要求。鋅合金的力學(xué)強(qiáng)度會(huì)隨著Li含量的增大不斷增大，從而可以通過調(diào)節(jié)Li元素的含量來調(diào)節(jié)多孔鋅合金支架的力學(xué)強(qiáng)度。少量的Li(0.2-1.4wt.％)就可以極大的增強(qiáng)Zn的力學(xué)強(qiáng)度。金屬銀、錳的加入能夠細(xì)化晶粒，很好的提高材料的韌性。雖然鋅鋰合金具有較好的力學(xué)性能，但利用滲流鑄造制備鋅鋰多孔合金的研究并沒有相關(guān)的報(bào)道。