基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构及其制备和应用方法
【专利摘要】本发明提供一种基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构及其制备和应用方法，制备方法包括以下步骤：(1)诊断骨损伤部位的大小和形状，得到三维立体图形；(2)根据三维立体图形，通过计算机构建打印时形状记忆复合材料的预定形状；(3)将重量组份为90?99份的形状记忆聚合物、1?5份的增强材料和1?10份的磁性纳米颗粒利用超声分散法混合均匀，得到粘稠液体，固化，切成块状固体；(4)将所述块状固体依次通过拉挤成型、三维打印、紫外光照射交联得到所述预定形状的形状记忆复合材料的骨组织修复结构。本发明的有益效果在于，通过外界磁场驱动所述骨组织修复结构，能够诱导骨组织细胞沿所述骨组织修复结构回复方向生长，实现了骨缺损的修复，使骨细胞生长更加严密。
【专利说明】
基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构及其制备和应用方法
技术领域
[0001]本发明涉及骨组织修复结构，尤其涉及一种基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构及其制备和应用方法。
【背景技术】
[0002]目前，用于骨组织工程的细胞支架材料有两大类，一类为人工合成细胞支架材料，另一类为天然细胞支架材料。Iyod0等将分离培养的兔髂骨成骨细胞与羟基磷灰石联合移植于自体尺骨6mm的缺损处，13周后经X射线和组织学检查证实缺损已完全修复，羟基磷灰石虽有较好的生物相容性，但其塑形难、脆性大，应用受到了很大限制;Breitbart等将聚羟基乙酸无纺纤维支架制成直径15mm的全层骨缺损，12周后缺损区有大量骨生成;Puelacher等用牛的肩胛骨骨膜作为细胞来源，以聚乳酸和聚羟基乙酸共聚物为载体，植入裸鼠股骨的人工骨缺损处，12周后便可见大块骨形成，且骨组织中有骨髓形成，软骨只少许残余，聚合物基本上被吸收;Peti te等以珊瑚为支架材料，用自体骨髓基质干细胞为种子细胞，构建了组织工程化跎骨，修复了羊跎骨25mm的骨缺损。
[0003]然而随着研究的不断深入和临床的广泛应用，人们发现目前临床使用的生物材料存在着或生物活性不足，或降解性能不理想，材料呈“异物”状态存在于体内，不能与周围组织融合并参与正常的新陈代谢活动等缺点，这些都影响了硬组织修复材料在临床上的使用效果及医生和患者的满意度。
[0004]鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明采用的技术方案在于，一方面提供一种基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构的制备方法，包括以下步骤:(I)诊断骨损伤部位的大小和形状，得到三维立体图形；(2)根据所述三维立体图形，通过计算机构建三维打印时形状记忆复合材料的预定形状；(3)将重量组份为90-99份的形状记忆聚合物、1-5份的增强材料和1-10份的磁性纳米颗粒利用超声分散法混合均匀，得到粘稠液体，固化，切成块状固体；(4)将所述块状固体通过拉挤成型制成丝状、再通过三维打印技术一体成型后进行紫外光照射交联得到所述预定形状的形状记忆复合材料的骨组织修复结构。
[0006]进一步，所述的磁性纳米颗粒为Fe3(k或γ _Fe2〇3。
[0007]进一步，所述的形状记忆聚合物为形状记忆聚己内酯、形状记忆聚乳酸和形状记忆聚氨酯中的一种。
[0008]进一步，所述增强材料为淀粉、纤维素、甲壳素、木质素、透明质酸和海藻酸中的一种或两种以上的混合物。
[0009]另一方面，提供一种基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构的制备方法制成的骨组织修复结构，所述骨组织修复结构的玻璃化温度为40-60°C。
[0010]同时提供一种基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构的应用方法，包括以下步骤:(I)将所述的骨组织修复结构加热到所述玻璃化温度，将所述骨组织修复结构压缩至最小形状，并保持所述最小形状，降温至室温；(2)将室温下的所述骨组织修复结构通过微创手术植入所述骨损伤部位，定期对所述骨组织修复结构施加交变磁场，在所述骨组织修复结构回复至所述预定形状的同时，诱导骨组织细胞生长为所述预定形状。
[0011]与现有技术比较本发明的有益效果在于:
[0012]1.利用形状记忆复合材料三维打印骨组织修复结构，打印得到的骨组织修复结构为一体化结构，稳定性强、力学性能好，为骨组织细胞的修复提供了支撑结构，通过外界磁场驱动所述的骨组织修复结构，能够诱导骨组织细胞沿所述骨组织修复结构回复方向生长，实现了骨缺损的修复，使骨细胞生长更加严密；
[0013]2.所述骨组织修复结构，一旦处于植入状态，从第八个月开始加速降解，至第十八个月，未降解残余不超过20%;
[0014]3.利用基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构修复骨缺损部位，不仅提高了骨传导性、缩短了修复的周期，而且修复形状可控性强，易于赋型。
【附图说明】
[0015]图1为本发明基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构修复骨缺损部位的过程图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0017]实施例一
[0018]基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构的制备方法，包括以下步骤，
[0019](I)诊断骨损伤部位的大小和形状，得到三维立体图形；
[0020](2)根据所述三维立体图形，通过计算机构建三维打印时形状记忆复合材料的预定形状；
[0021](3)将重量组份为90份的形状记忆聚己内酯、I份的增强材料和I份的Fe3O4纳米颗粒利用超声分散法混合均匀，得到粘稠液体，固化，切成块状固体，其中所述的增强材料为淀粉或纤维素；
[0022](4)将所述块状固体通过拉挤成型制成丝状、再通过三维打印技术一体成型后进行紫外光照射交联得到基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构。
[0023]上述制备方法，利用形状记忆复合材料三维打印骨组织修复结构，打印得到的骨组织修复结构为一体化结构，稳定性强、力学性能好，为骨组织细胞的修复提供了支撑结构，通过外界磁场驱动所述的骨组织修复结构，能够诱导骨组织细胞沿所述骨组织修复结构回复方向生长，实现了骨缺损的修复，使骨细胞生长更加严密。
[0024]上述所述骨组织修复结构的玻璃化温度为40_60°C。
[0025]本实施例中制备得到的所述骨组织修复结构，一旦处于植入状态，从第八个月开始加速降解，至第十八个月，未降解残余不超过20%。
[0026]实施例二
[0027]如上所述的基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构的制备方法，包括以下步骤，
[0028](I)诊断骨损伤部位的大小和形状，得到三维立体图形；
[0029](2)根据所述三维立体图形，通过计算机构建三维打印时形状记忆复合材料的预定形状；
[0030](3)将重量组份为92份的形状记忆聚乳酸、3份的增强材料和3份的Fe3O4纳米颗粒利用超声分散法混合均匀，得到粘稠液体，固化，切成块状固体，其中所述的增强材料为甲壳素;
[0031](4)将所述块状固体通过拉挤成型制成丝状、再通过三维打印技术一体成型后进行紫外光照射交联得到基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构。
[0032]实施例三
[0033]如上所述的基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构的制备方法，包括以下步骤，
[0034](I)诊断骨损伤部位的大小和形状，得到三维立体图形；
[0035](2)根据所述三维立体图形，通过计算机构建三维打印时形状记忆复合材料的预定形状；
[0036](3)将重量组份为94份的形状记忆聚氨酯、2份的增强材料和5份的γ -Fe2O3纳米颗粒利用超声分散法混合均匀，得到粘稠液体，固化，切成块状固体，其中所述的增强材料为木质素或透明质酸或海藻酸；
[0037](4)将所述块状固体通过拉挤成型制成丝状、再通过三维打印技术一体成型后进行紫外光照射交联得到基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构。
[0038]实施例四
[0039]如上所述的基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构的制备方法，包括以下步骤，
[0040](I)诊断骨损伤部位的大小和形状，得到三维立体图形；
[0041](2)根据所述三维立体图形，通过计算机构建三维打印时形状记忆复合材料的预定形状；
[0042](3)将重量组份为95份的形状记忆聚己内酯、3份的增强材料和5份的γ-Fe2O3纳米颗粒利用超声分散法混合均匀，得到粘稠液体，固化，切成块状固体，其中所述的增强材料为淀粉和纤维素的混合物；
[0043](4)将所述块状固体通过拉挤成型制成丝状、再通过三维打印技术一体成型后进行紫外光照射交联得到基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构。
[0044]实施例五
[0045]如上所述的基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构的制备方法，包括以下步骤，
[0046](I)诊断骨损伤部位的大小和形状，得到三维立体图形；
[0047](2)根据所述三维立体图形，通过计算机构建三维打印时形状记忆复合材料的预定形状；
[0048](3)将重量组份为97份的形状记忆聚己内酯、5份的增强材料和7份的Fe3O4纳米颗粒利用超声分散法混合均匀，得到粘稠液体，固化，切成块状固体，其中所述的增强材料为纤维素、甲壳素和海藻酸的混合物；
[0049](4)将所述块状固体通过拉挤成型制成丝状、再通过三维打印技术一体成型后进行紫外光照射交联得到基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构。
[0050]实施例六
[0051]如上所述的基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构的制备方法，包括以下步骤，
[0052](I)诊断骨损伤部位的大小和形状，得到三维立体图形；
[0053](2)根据所述三维立体图形，通过计算机构建三维打印时形状记忆复合材料的预定形状；
[0054](3)将重量组份为99份的形状记忆聚己内酯、5份的增强材料和10份的γ -Fe2O3纳米颗粒利用超声分散法混合均匀，得到粘稠液体，固化，切成块状固体，其中所述的增强材料为淀粉、甲壳素、木质素和透明质酸的混合物；
[0055](4)将所述块状固体通过拉挤成型制成丝状、再通过三维打印技术一体成型后进行紫外光照射交联得到基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构。
[0056]实施例七
[0057]如上所述的基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构的制备方法，包括以下步骤，
[0058](I)诊断骨损伤部位的大小和形状，得到三维立体图形；
[0059](2)根据所述三维立体图形，通过计算机构建三维打印时形状记忆复合材料的预定形状；
[0060](3)将重量组份为99份的形状记忆聚己内酯、5份的增强材料、10份的γ-Fe2O3纳米颗粒和5份的可降解催化剂利用超声分散法混合均匀，得到粘稠液体，固化，切成块状固体，其中所述的增强材料为淀粉、甲壳素、木质素和透明质酸的混合物；
[0061](4)将所述块状固体通过拉挤成型制成丝状、再通过三维打印技术一体成型后进行紫外光照射交联得到基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构。
[0062]本实施例中，通过在所述骨组织修复结构中添加所述可降解催化剂，用以调节所述骨组织修复结构的降解速率。
[0063]实施例八
[0064]如上所述的基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构的制备方法制成的骨组织修复结构，如图1所示，其为本发明基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构修复骨缺损部位的过程图，I为骨缺损缺损区，2为基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构，其中，Α图代表骨缺损组织图，B图代表将所述骨组织修复结构植入骨损伤部位的骨组织图，C-D代表对所述骨组织修复结构施加磁场刺激，所述骨组修复结构回复到所述预定形状的过程图，E代表所述骨组织修复结构降解后的骨组织图，所述骨组织修复结构应用方法包括以下步骤:
[0065](I)将所述的骨组织修复结构加热到所述玻璃化温度，将所述骨组织修复结构压缩至最小形状，并保持所述最小形状，降温至室温；
[0066](2)将室温下的所述骨组织修复结构通过微创手术植入所述骨损伤部位，定期对所述骨组织修复结构施加交变磁场，在所述骨组织修复结构回复至所述预定形状的同时，诱导骨组织细胞生长为所述预定形状。
[0067]本发明利用基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构修复骨缺损部位，不仅提高了骨传导性、缩短了修复的周期，而且可以使骨组织生长均匀，骨细胞生长更加严密，除此之外，基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构修复形状可控性强，且易于赋型。
[0068]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)诊断骨损伤部位的大小和形状，得到三维立体图形； (2)根据所述三维立体图形，通过计算机构建三维打印时形状记忆复合材料的预定形状； (3)将重量组份为90-99份的形状记忆聚合物、1-5份的增强材料和1-10份的磁性纳米颗粒利用超声分散法混合均匀，得到粘稠液体，固化，切成块状固体； (4)将所述块状固体通过拉挤成型制成丝状、再通过三维打印技术一体成型后进行紫外光照射交联得到所述预定形状的形状记忆复合材料的骨组织修复结构。2.根据权利要求1所述的基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构的制备方法，其特征在于，所述的磁性纳米颗粒为Fe304或γ -Fe2〇3。3.根据权利要求2所述的基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构的制备方法，其特征在于，所述的形状记忆聚合物为形状记忆聚己内酯、形状记忆聚乳酸和形状记忆聚氨酯中的一种。4.根据权利要求3所述的基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构的制备方法，其特征在于，所述增强材料为淀粉、纤维素、甲壳素、木质素、透明质酸和海藻酸中的一种或两种以上的混合物。5.—种如权利要求1-4任一所述的基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构的制备方法制成的骨组织修复结构，其特征在于，所述骨组织修复结构的玻璃化温度为40-60°C。6.—种如权利要求5所述的基于形状记忆复合材料的骨组织修复结构的应用方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将所述的骨组织修复结构加热到所述玻璃化温度，将所述骨组织修复结构压缩至最小形状，并保持所述最小形状，降温至室温； (2)将室温下的所述骨组织修复结构通过微创手术植入所述骨损伤部位，定期对所述骨组织修复结构施加交变磁场，在所述骨组织修复结构回复至所述预定形状的同时，诱导骨组织细胞生长为所述预定形状。
【文档编号】A61L27/20GK105944144SQ201610280106
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】刘彦菊, 冷劲松, 赵伟, 周天阳, 刘立武, 兰鑫, 孙健
【申请人】哈尔滨工业大学