一種多孔人工骨及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學材料領域，尤其涉及一種多孔人工骨及其制備方法。
【背景技術】
[0002]在骨科領域，由于嚴重創(chuàng)傷、骨腫瘤、骨髓炎等多種原因所致的骨缺損十分常見。目前，目前常用的骨修復材料包括自體骨和金屬假體。但是自體骨的來源有限，不適用于大范圍骨缺損的修復。另一方面，異體骨移植也是一種有效方法，但是也存著排異反應、供需矛盾以及病毒和疾病傳播等問題，還增加了患者的創(chuàng)傷和痛苦。而金屬假體存在松動、斷裂等問題。因此，應用組織工程技術，使用生物材料制造的人工骨，替代材料移植修復骨缺損成為醫(yī)學重點。
[0003]目前制造人工骨最常用生物材料是聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)，它是由兩種單體聚乳酸和羥基乙酸隨機聚合而成，它具有良好的生物相容性和完全的生物降解性，但其本身也存在一定的缺陷，例如機械強度低、可塑性差及骨結合力弱、硬度和韌性達不到要求等。而且PLGA降解后形成的局部酸性也會導致周圍器官和組織產(chǎn)生炎癥，這也是人工合成的可降解聚酯類聚合物作為生物材料使用時所共有的缺陷。目前制造的人工骨也比較單一，沒法滿足個性化的小批量生產(chǎn)需要。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明第一目的在于提供一種多孔人工骨，解決現(xiàn)有人工骨機械強度低、可塑性差及生物相容性差、硬度和韌性達不到要求、降解后產(chǎn)生炎癥等問題。
[0005]為了實現(xiàn)上述的目的，采用如下的技術方案:
一種多孔人工骨，為蜂窩網(wǎng)格狀，主要由PLGA和MgSr-TCP(鎂鍶磷酸三鈣)復合而成;所述MgSr-TCP中Mg+Sr+Ca與P的摩爾比為1.45-1.70 ；所述MgSr-TCP中Mg的摩爾分數(shù)為1%?20%，Sr的摩爾分數(shù)為0.5%-10% ο
[0006]進一步的，所述多孔人工骨的孔徑為200?500微米、孔隙率為70?90%。
[0007]鍶是人體骨骼及牙齒的正常組成部分，它是一種與鈣同族的堿土金屬元素，對人體和骨細胞無毒性作用，人體中99%的鍶儲蓄于骨骼，在骨中的含量約占骨重量的0.01%。對于鍶的生理功能的研究，過去報道最多的主要集中于鍶在防止齲齒方面的作用。而最近幾年以來研究指出，鍶具有促進成骨細胞生長和抑制破骨細胞形成的作用，可以促進骨骼的生長。同時，有研究認為鍶及鎂可以與磷酸三鈣表面的鈣離子發(fā)生交換，從而提高骨的再生能力。在機械性能方面，鍶可以置換磷酸三鈣中少量的鈣，在一定程度上減少了磷酸三鈣晶格的缺陷，使原子間的排列更加緊密，從而在力學強度上得到了提高。
[0008]鎂是構成骨骼的主要成分，是人體不可缺少的礦物質元素之一，在骨組織中的含量達到1%，量雖然不大，但卻極其重要。鎂可以直接影響骨骼的鈣化過程，它是人體中礦物質新陳代謝的主要影響因素，它直接影響甚至控制著新生骨中礦物質的晶化及形成過程。鎂還可以通過骨礦表面反應調節(jié)骨的形成和重塑。
[0009]磷酸三鈣是組織工程常用的生物活性材料，具有較好的生物相容性，生物降解性及良好的骨結合力，其能夠引導骨細胞生長并促進其增殖。
[0010]PLGA和MgSr-TCP復合相互起協(xié)調作用，堿性的β-TCP與PLGA復合后能有效中和PLGA降解后形成的局部酸性，降低炎癥反應。多孔PLGA/MgSr-TCP復合人工骨在機械強度上比單純的PLGA或β-TCP人工骨有顯著地提升，同時摻入的鎂鍶離子，能夠有效地加強人工骨的強度，促進人工骨的降解，同時還可以促進成骨細胞的粘附、增殖，有利于骨缺損和骨質疏松的修復，是一種理想的仿生復合人工骨。
[0011 ]本發(fā)明另一目的在于提供一種多孔人工骨的制備方法，以解決目前沒法滿足個性化的小批量生產(chǎn)需要等問題。
[0012]—種多孔人工骨的制備方法，主要包括以下步驟:
SO 1，采用3D打印法制備MgSr-TCP蜂窩網(wǎng)格框架；
S02，將步驟SO 1所得MgSr-TCP蜂窩網(wǎng)格框架置于快速成型制備的負形中；
S03，將含有PLGA的漿料和納米級氯化鈉顆粒充分混合震蕩，再負壓灌注入MgSr-TCP蜂窩網(wǎng)格框架中，再放入冷凍干燥機中冷凍干燥24h去除溶劑；
S04，再用去離子水浸泡，每6h換水一次，24h后置于烘干機中干燥。
[0013]進一步的，所述MgSr-TCP蜂窩網(wǎng)格框架與所述含有PLGA的漿料的重量比為1:1-1:100;所述含有PLGA的漿料中還包含1、4 二氧六環(huán)溶劑、聚酯和MgSr-TCP粉末混合漿料;所述含有PLGA的漿料中PLGA與MgSr-TCP的重量比為7:3或6:4或5:5或4: 6。
[0014]進一步的，步驟S01所述3D打印法制備MgSr-TCP蜂窩網(wǎng)格框架主要包括以下步驟:
511,利用計算機設計出蜂窩網(wǎng)格框架的三維模型，然后對模型進行劃分網(wǎng)格，并分層處理；
512,在計算機中對三維模型進行分層切片處理，并將模型轉換為一系列的二維平面圖形，對每一個平面圖形，在計算機上生成相應的掃描軌跡；
S13，用鋪粉輥將置于機器加工艙中納米級i3-TCP、Mg0、Sr0粉末均勻鋪展成粉末層，通過計算機控制激光器，根據(jù)實體的掃描軌跡對粉末進行選擇性燒結，一層燒結完后成型缸的活塞移向下一個層厚度的高度，再控制鋪粉輥鋪滿薄薄的一層粉末，進行這一層的燒結，如此反復，制備得蜂窩網(wǎng)格狀框架；
S14，在加工艙中冷卻lh后取出，清除蜂窩網(wǎng)格狀框架孔隙結構內的殘留粉末；
S15,將成型的MgSr-TCP蜂窩網(wǎng)格框架放置于馬弗爐中程序升溫，于1050°C焙燒2 h后置于干燥箱中干燥。
[0015]激光器根據(jù)實體的掃描軌跡對粉末進行選擇性燒結的條件為:內部掃描線功率為3.0-10.0瓦，邊框掃描線功率為2.0-8.0瓦，支撐掃描線功率為2.0-8.0瓦，對應的內部掃描速度為1.0?3.0米/秒，邊框掃描速度為0.5-2.5米/秒，支撐掃描速度為1.0-3.0米/秒，層厚范圍為20?100微米。
[0016]進一步的，步驟S03所述冷凍干燥的條件為冷凍溫度為-40?_50°C，冷凍干燥機內部的真空度為15?35Pa。
[0017]進一步的，所述氯化鈉顆粒的直徑為200?500納米。
[0018]進一步的，所述PLGA中PLA與PGA的摩爾比7:3或6:4或5: 5。
[0019]進一步的，所述MgSr-TCP粉末的制備方法包括:將按比例配制的硝酸鍶溶液、氯化鎂溶液和磷酸氫銨溶液同時緩慢地加入到80?90°C的硝酸鈣溶液中，在持續(xù)攪拌下用氨水調節(jié)pH值7?8，反應2?3h，沉淀物經(jīng)陳化、抽濾、洗滌后放入90°C恒溫烘箱干燥24h，于1050°C焙燒保溫2h，充分研磨，再通過標準篩篩出納米尺寸。
[0020]進一步的，所述蜂窩網(wǎng)格狀的三維模型為圓柱體的三維模型。
[0021]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的多孔人工骨中PLGA和MgSr-TCP復合相互起協(xié)同作用，復合人工骨在機械強度上比單純的PLGA或β-TCP人工骨有顯著地提升，其硬度、韌性等生物力學方面均更有優(yōu)勢。堿性的β-TCP與PLGA復合后能有效中和PLGA降解后形成的局部酸性，降低炎癥反應；同時摻入的鎂鍶離子，能夠有效地加強人工骨的強度，促進人工骨的降解，同時還可以促進成骨細胞的粘附、增殖，有利于骨缺損和骨質疏松的修復，是一種理想的仿生復合人工骨。本發(fā)明采用傳統(tǒng)化學沉淀燒結法、選擇性激光燒結法、3D打印法制備多孔人工骨，方法簡單，原料易得，可用于批量生產(chǎn)。利用選擇性激光燒結法制備多孔PLGA/MgSr-TCP復合人工骨，通過計算機可設計不同形狀的框架，從而可滿足個體化需求。人工骨的形狀可以根據(jù)實際情況設計成規(guī)整的網(wǎng)格狀，甚至可以根據(jù)實際骨缺損形狀打印出相似的互補形態(tài)，引入的3D打印技術較傳統(tǒng)方法更加靈活與智能化。
【具體實施方式】
[0022]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將