統(tǒng)，生物CAD/CAM系統(tǒng)主要負(fù)責(zé) 再生骨支架建模、路徑規(guī)劃和后置處理工作，生物3D打印綜合成形系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)再生骨支 架的成形打印工作，平臺組成架構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)的組成包括人機(jī)交互模塊、檢測模 塊、控制模塊、驅(qū)動模塊、執(zhí)行模塊五部分，具體元件包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1、試驗(yàn)平臺控制 箱2、微量泵手動控制器3、高壓電源4、擠出成形工位5、接收平臺6、運(yùn)動模組7、運(yùn)動平臺 8、多噴頭切換裝置9、靜電紡絲工位10。利用該平臺進(jìn)行梯度復(fù)合支架的制備，即利用3D 打印噴頭成形支架結(jié)構(gòu)，成形的宏觀孔的孔徑呈梯度變化；同時(shí)利用靜電紡絲噴頭成形支 架的載藥微觀結(jié)構(gòu)，二者交替往復(fù)成形三維梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0019] 多藥物可控負(fù)載再生梯度骨支架的構(gòu)建可分為宏觀梯度骨支架和載藥微尺度纖 維的制備，其制備材料有凝膠材料A和電紡材料溶液B、C，其中成形宏觀骨支架凝膠材料A 為相同質(zhì)量的納米羥基磷灰石和殼聚糖或海藻酸鈉的粉末均勻混合配置成殼聚糖或海藻 酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%-5%的混合溶液，然后與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%-20%的明膠溶液等質(zhì)量混合制 成骨支架材料；同軸電紡材料溶液B為兩種，一種殼層材料溶液為N，N-甲基甲酰胺和二 氯甲烷按體積比1 :1混合的混合溶液為溶劑配置的聚己內(nèi)酯（PCL)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的溶 液或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的明膠水溶液，另一種芯層材料溶液為以聚乙烯醇（PVA)或殼聚糖為 溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-8. 8%的水溶液，同時(shí)在溶液中添加骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP) 0.0 Olg/ mL-0. 06mg/mL ;共混電紡材料溶液C為將PVA在水浴中溶解于去離子水配制％8. 8PVA溶液， 加入％0. 5-2%的抗生素的PVA溶液。
[0020] 本發(fā)明多藥物可控負(fù)載梯度再生骨支架的制備方法在每層?xùn)鸥窈暧^結(jié)構(gòu)上沉積 一層載藥電紡纖維，利用多噴頭電紡裝置實(shí)現(xiàn)多種藥物的加載，具有宏微觀結(jié)構(gòu)支架構(gòu)成 多級孔隙結(jié)構(gòu)、貫通的大孔結(jié)構(gòu)和高孔隙率的組織工程骨支架，且該再生骨支架是由可降 解的高分子聚合物材料所制備。
[0021] 本發(fā)明多藥物可控負(fù)載梯度再生骨支架的制備方法包括以下步驟： 步驟一，成形材料的配置：多藥物可控負(fù)載再生梯度骨支架的構(gòu)建需要宏觀梯度骨支 架和載藥電紡納米纖維的制備，其制備材料有水凝膠材料，如海藻酸鈉和明膠的配比和溫 度對成形宏觀支架的搭接具有重要影響；共混載藥和同軸載藥電紡材料的選擇以及藥物的 選擇和含量，其中藥物加載方式(共混或同軸加載）直接影響到藥物的緩釋機(jī)制，實(shí)現(xiàn)支架 上藥物的分時(shí)緩釋，滿足骨缺損修復(fù)不同階段的生物化學(xué)需求；其中，步驟一中的水凝膠材 料可以是納米羥基磷灰石、殼聚糖、海藻酸鈉、明膠、電紡材料明膠、聚乙烯醇（PVA)、聚己內(nèi) 酯（PCL)、殼聚糖，納米羥基磷灰石、殼聚糖、海藻酸鈉、明膠都為可降解材料，電紡材料明 膠、PVA、PCL、殼聚糖都為可降解高分子聚合物。步驟一中的藥物為可分為抗生素類(如慶大 霉素、地塞米松等)，該類藥物的載入可以減少骨支架在移植過程中由于細(xì)菌感染引起的炎 性反應(yīng)；另一類為促進(jìn)骨生成蛋白生長因子(如骨形態(tài)發(fā)生蛋白BMP)，能夠通過生長因子 的釋放調(diào)控成骨細(xì)胞的表達(dá)和骨生成。
[0022] 步驟二，支架制備的路徑規(guī)劃：根據(jù)所需再生骨支架設(shè)計(jì)支架的層高、層數(shù)、纖維 間距以及電紡纖維的沉積位置和時(shí)間等參數(shù)，將一系列參數(shù)輸入上位機(jī)中，利用生物3D打 印復(fù)合成形試驗(yàn)平臺（如圖1所示）復(fù)合擠出成形工藝和靜電紡絲技術(shù)制備載藥再生骨支 架；其中靜電紡絲技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種藥物的可控負(fù)載，由于共混載藥和同軸載藥的藥物釋放機(jī) 制不同導(dǎo)致藥物的分時(shí)釋放，通過生物3D打印復(fù)合成形試驗(yàn)平臺的靜電紡絲工位多噴頭 裝置的自由切換，實(shí)現(xiàn)共混電紡和同軸電紡在支架上的復(fù)合，根據(jù)前置處理的路徑規(guī)劃實(shí) 現(xiàn)不同載藥電紡纖維在支架上預(yù)定位置的復(fù)合，實(shí)現(xiàn)多種藥物在支架上的可控負(fù)載。靜電 紡絲工位多噴頭裝置的接收距離為10-20cm，電壓為10-15kV，供料速度為500-1500μLν!ι， 擠出成型時(shí)供料速度為〇. 2ml/min-〇. 4ml/min，接收平臺水平運(yùn)動速度為15-25mm/s。
[0023] 步驟三，制備宏觀骨支架：根據(jù)路徑規(guī)劃和支架梯度結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化結(jié)果，利用微 量泵11擠出水凝膠材料和運(yùn)動平臺的運(yùn)動，使得支架纖維沉積在運(yùn)動平臺上且每兩層成 形支架的纖維間距呈現(xiàn)梯度變化，后置處理中要設(shè)置合理供料速度、平臺運(yùn)動速度的匹配 參數(shù)，即可得到宏觀骨支架(如圖3所示);其中，宏觀骨支架的擠出成形呈現(xiàn)梯度結(jié)構(gòu)，通過 前置處理改變每層纖維間距，調(diào)整支架由里向外不同孔隙尺寸的分布，實(shí)現(xiàn)支架孔隙率和 孔尺寸的變化，以此調(diào)控藥物在支架上的釋放和擴(kuò)散。
[0024] 步驟四，復(fù)合載藥電紡絲的再生骨支架：在每成形一定層數(shù)的宏觀支架后，運(yùn)動平 臺移動到靜電紡絲工位(如圖1所示)，將靜電紡絲溶液置于注射器中，固定在多噴頭切換裝 置12上(如圖2所示)，連接高壓電源，調(diào)節(jié)系統(tǒng)裝置的有關(guān)參數(shù)，如電壓、供料速度、接收距 離、電紡時(shí)間等，根據(jù)前置處理的路徑規(guī)劃結(jié)果，控制電紡纖維在支架上的沉積位置和靜電 紡絲工位多噴頭裝置的切換，實(shí)現(xiàn)共混載藥和同軸載藥的自由切換，最終得到多種藥物可 控負(fù)載的再生骨支架(如圖4所示)。多藥物可控負(fù)載梯度再生骨支架具有宏觀結(jié)構(gòu)的梯度 結(jié)構(gòu)和微尺度的載藥電紡納米纖維，通過孔隙率的變化和共混載藥與同軸載藥實(shí)現(xiàn)了藥物 的時(shí)空可控釋放。
[0025] 本發(fā)明提出的一種多藥物可控負(fù)載梯度再生骨支架的制備方法，具體包括以下步 驟： 1) 配置用于擠出成形的凝膠材料A，材料A為相同質(zhì)量的納米羥基磷灰石和殼聚糖或 海藻酸鈉、明膠的粉末均勻混合配置成殼聚糖或海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%-5%的混合 溶液，然后與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%-20%的明膠溶液等質(zhì)量混合制成骨支架材料；配置用于載藥 同軸和共混電紡納米纖維的材料溶液B、C，材料溶液B為兩種，一種殼層材料溶液為N， N-甲基甲酰胺和二氯甲烷按體積比1 :1混合的混合溶液為溶劑配置的聚己內(nèi)酯（PCL)質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為10%的溶液或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的明膠水溶液，另一種芯層材料溶液為以聚乙烯醇 (PVA)或殼聚糖為溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-8. 8%的水溶液，同時(shí)在溶液中添加骨形態(tài)發(fā)生蛋 白（BMP)O. OOlg/mL-0.0 6mg/mL ;共混電紡材料溶液C為將PVA在水浴中溶解于去離子水配 制％8. 8PVA溶液，加入％0. 5-2%的抗生素的PVA溶液； 2) 為了成形梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)支架，首先要設(shè)計(jì)制備多藥物可控負(fù)載再生梯度骨支架的路 徑規(guī)劃，在生物3D打印復(fù)合成形系統(tǒng)的前置處理階段設(shè)定成形支架的特征參數(shù)：層高h(yuǎn)，成 形支架的纖維間距λ，纖維寬度S，電紡時(shí)間t，前置處理生成相應(yīng)的成形支架的加工路徑 文件后，后置處理系統(tǒng)設(shè)置供料速度、平臺運(yùn)動速度和高壓直流電源的電壓設(shè)定等。
[0026] 3)將擠出成形材料A裝入IOmL-次性注射器中，然后裝載于自主生物3D打印設(shè) 備第三軸Z軸上，在擠出成形工位設(shè)置噴頭與接收平臺之間的合理間距，通過接收平臺在 X、Y軸方向上的運(yùn)動沉積成形梯度宏觀支架； 4)同時(shí)將共混載藥和同軸載藥電紡材料裝入IOmL -次性注射器中，然后裝載于自主 生物3D打印設(shè)備的第四軸Z軸的多噴頭切換裝置上，在靜電紡絲工位設(shè)置噴頭與接收板之 間的間距為10-20cm，任意切換兩種電紡工藝同時(shí)在支架上沉積共混電紡纖維膜或同軸載 藥電紡纖維膜，每層電紡時(shí)間為3-5min，得到"夾心"多藥物可控負(fù)載再生梯度骨支架。
[0027] 上述步驟中所述擠出成形供料裝置為微量注射泵，供料速度為0. 2ml/min_0. 4ml/ min ;靜 電紡絲供料裝置為微量注射泵，芯層電紡溶液供給速度為50〇μLν!ι-150〇μLν1ι，殼層電 紡溶液供給速度為1〇〇〇μLν1ι-300〇μLν1ι，噴頭處供電電壓達(dá)到10kV_15kV ;共混電紡溶液的 供給速度為1〇〇〇μLν1ι-300〇μLν1ι。所述擠出成形噴頭或接收平臺運(yùn)動過程中擠出噴頭與接 受平臺的相對速度為15-25mm/s。
[0028] 本發(fā)明的第一個例子如下：設(shè)計(jì)微納結(jié)構(gòu)的三維再生骨支架模型如圖3,包括擠 出工位的宏觀支架的整體尺寸30mmX30mmX6mm，第一、二層行距設(shè)定為I. 5mm，以后每