一种基于含锶生物复合材料的骨支架的制备方法与流程

本发明涉及3d打印技术领域，尤其涉及一种基于含锶生物复合材料的骨支架的制备方法。

背景技术：

新骨的生成和骨缺损的组织重建机制是非常复杂的，但是可以简单的理解为成骨细胞与破骨细胞的相互作用。在幼年时期，成骨功能非常活跃，成骨行为强于破骨行为，新骨不断生成；而到了成年时期，两者的作用动态平衡，而一旦发生骨损伤，骨膜中成骨的活性又被重新唤醒，此时的成骨行为会强于破骨行为，从而促进骨缺损的愈合；然而，如果缺损超过临界尺寸，骨缺损将无法自行修复或者修复非常缓慢；随着老年时期的到来，破骨作用越来越强，破骨行为强于成骨行为，开始导致骨质疏松，即使产生骨损伤也很难愈合。因此，骨缺损的再生修复的关键在于成骨细胞的活跃度要高于破骨细胞，有研究者依据再生医学机理来激活更多的成骨细胞，以重新建立自然骨。

锶元素(sr)是人体中存在的一种微量元素，在成熟骨骼中约相当于钙元素含量的0.035％(s.porsnielsen.bone,2004,35,583–588)。锶与与钙元素同属于碱土金属元素，与钙元素的性质相近。锶元素是一种亲骨性元素，人体中99％以上的锶元素都存在于骨中。研究表明，锶元素不仅能促进成骨细胞的增殖，更关键在于对破骨细胞有明显的抑制作用，因此该元素能明显抑制骨吸收，同时促进新骨的形成(w.zhang,y.shen,h.pan,etal.actabiomaterialia,2011,7,800–808)。目前研究表明，在骨组织工程支架材料中加入少量锶元素可以显著促进成骨细胞的生长繁殖，刺激新骨形成；并抑制破骨细胞活性，减少新形成骨的再吸收。

已有研究将氧化锶sro(tarafders,daviesnm,bandyopadhyaya,etal.biomaterialsscience,2013,1(12):1250-1259.)、碳酸锶srco3(xieh,wangj,lic,etal.ceramicsinternational,2013,39(8):8945-8954.)、钛酸锶srtio3(xinyc,jiangj,huokf,etal.acsnano2009；3:3228–34)、海藻酸锶(placees,rojol,gentlemane,etal.tissueengineeringparta,2011,17(21-22):2713-2722.)等加入到骨支架中，生物学评价显示加入锶元素后支架的成骨性能增强。本发明旨在提出一种含锶的骨支架材料的制备方法及采用这种材料制备多孔骨支架。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种基于含锶生物复合材料的骨支架的制备方法。

为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：

一种含锶生物复合材料的制备方法，由生物无机材料和海藻酸锶复合浆料通过含锶离子的溶液进行交联而成，所述生物无机材料为生物陶瓷和生物玻璃中的一种或几种；所述的含锶离子的溶液包含但不仅限于氯化锶溶液、硝酸锶溶液，具体步骤包括：

步骤1：配制海藻酸钠溶液；

步骤2：分多次将生物无机材料粉末加入到海藻酸钠溶液中，均匀分散，得到生物无机材料-海藻酸钠悬浮液；

步骤3：将步骤2中得到的生物无机材料-海藻酸钠悬浮液用含锶离子的溶液进行交联，交联时间为1min以上，交联温度控制为4-80℃，得到含锶生物复合材料。

海藻酸钠溶液中海藻酸钠质量分数为0.1％以上。

悬浮液的分散方法为超声波分散、机械搅拌、磁力搅拌、手工搅拌和机械球磨中的一种或几种联用。

生物无机材料占生物无机材料-海藻酸钠悬浮液质量分数为5％以上。

含锶离子溶液浓度为1mmol/l以上。

制备含锶生物无机材料多孔骨组织工程支架的方法，所述方法包含以下步骤：

步骤1：配制含锶生物复合材料。

步骤2：将含锶生物复合材料制备成多孔骨支架。

步骤3：步骤2中得到的含锶生物复合材料多孔支架用含锶离子的溶液进行交联，得到含锶生物复合材料多孔支架，含锶离子溶液锶离子浓度为1mmol/l以上，交联时间为1min以上，交联温度控制为4-80℃。

步骤4：步骤3中得到的多孔骨支架可进一步烧结得到含锶多孔骨支架，本步骤为非必须，当支架需要较大强度时可选取此步骤。

多孔骨支架的制备方法包括但不仅限于冷冻干燥、发泡法、挤出沉积制造技术。

生物无机材料-海藻酸锶复合多孔骨支架在使用过程中随着海藻酸锶的水解、降解过程，锶离子游离出来从而发挥作用。

多孔骨支架的烧结方式、升降温速率、保温时间没有严格限制，烧结温度高于400℃。

烧结后多孔骨支架中锶元素的存在方式为碳酸锶、氧化锶中的一种或者两种共存。

本发明的有益效果在于：

本发明所要解决的技术问题是提供一种含锶的生物复合材料及其制备方法，获得生物相容性好、降解速率适宜、具有良好成骨诱导能力的骨修复用多孔含锶生物复合材料，满足临床上对用于骨缺损再生修复材料的性能要求，推进其在临床上的应用。

附图说明

下面结合附图和实施案例对本发明做进一步的说明。

图1sr掺杂ha支架宏观图(sem)；

图2(a)图为srcl2交联ha支架sem图；(b)图为sr离子在支架中均匀分布图；(c)支架eds能谱图，显示支架中主要元素。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

参见图1-2。

本发明公开了一种含锶生物复合材料的制备方法，由生物无机材料和海藻酸锶复合浆料通过含锶离子的溶液进行交联而成，所述生物无机材料为生物陶瓷和生物玻璃中的一种或几种；所述的含锶离子的溶液包含但不仅限于氯化锶溶液、硝酸锶溶液，具体步骤包括：

步骤1：配制海藻酸钠溶液；

步骤2：分多次将生物无机材料粉末加入到海藻酸钠溶液中，均匀分散，得到生物无机材料-海藻酸钠悬浮液；

步骤3：将步骤2中得到的生物无机材料-海藻酸钠悬浮液用含锶离子的溶液进行交联，交联时间为1min以上，交联温度控制为4-80℃，得到含锶生物复合材料。

海藻酸钠溶液中海藻酸钠质量分数为0.1％以上。

悬浮液的分散方法为超声波分散、机械搅拌、磁力搅拌、手工搅拌和机械球磨中的一种或几种联用。

生物无机材料占生物无机材料-海藻酸钠悬浮液质量分数为5％以上。

含锶离子溶液浓度为1mmol/l以上。

制备含锶生物无机材料多孔骨组织工程支架的方法，所述方法包含以下步骤：

步骤1：配制含锶生物复合材料。

步骤2：将含锶生物复合材料制备成多孔骨支架。

步骤3：步骤2中得到的含锶生物复合材料多孔支架用含锶离子的溶液进行交联，得到含锶生物复合材料多孔支架，含锶离子溶液锶离子浓度为1mmol/l以上，交联时间为1min以上，交联温度控制为4-80℃。

步骤4：步骤3中得到的多孔骨支架可进一步烧结得到含锶多孔骨支架，本步骤为非必须，当支架需要较大强度时可选取此步骤。

多孔骨支架的制备方法包括但不仅限于冷冻干燥、发泡法、挤出沉积制造技术。

生物无机材料-海藻酸锶复合多孔骨支架在使用过程中随着海藻酸锶的水解、降解过程，锶离子游离出来从而发挥作用。

多孔骨支架的烧结方式、升降温速率、保温时间没有严格限制，烧结温度高于400℃。

烧结后多孔骨支架中锶元素的存在方式为碳酸锶、氧化锶中的一种或者两种共存。

实施例1

称取1g海藻酸钠粉末和30g蒸馏水，将两者混合采用磁力搅拌器搅拌1小时得到均匀分散的海藻酸钠溶液；然后称取26g纳米级羟基磷灰石粉末，加入到海藻酸钠溶液中进行球磨得到羟基磷灰石-海藻酸钠复合浆料；接下来将羟基磷灰石-海藻酸钠复合浆料加入到挤出沉积3d打印机中打印三维多孔支架，打印出的支架迅速置于5wt％srcl2溶液中交联24小时；交联后的支架充分干燥，然后置于马弗炉中进行烧结，升温速率和降温速率为5℃/min，1200℃保温2小时，烧结后即得到含锶的羟基磷灰石多孔支架(如附图1所示)。

实施例2

称取0.5g海藻酸钠粉末和30g蒸馏水，将两者混合采用机械搅拌器搅拌1小时得到均匀分散的海藻酸钠溶液；然后称取20g纳米级硅酸钙粉末，加入到海藻酸钠溶液中进行球磨得到硅酸钙-海藻酸钠复合浆料；接下来将硅酸钙-海藻酸钠复合浆料用液氮深冷处理后进行冷冻干燥，冷冻干燥后的多孔支架置于10wt％srcl2溶液中交联24小时；交联后的支架充分干燥，然后置于微波烧结炉中进行烧结，升温速率和降温速率为10℃/min，1000℃保温1小时，烧结后即得到含锶的硅酸钙多孔支架。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。