专利名称：多孔性骨支架及其制备方法
技术领域：
本发明涉及生物医学组织工程技术领域，特别是涉及ー种多孔性骨支架及其制备方法。
背景技术：
随着社会发展，人口老龄化、创伤、骨肿瘤等导致的骨缺损特别是长段骨缺损成为了骨科临床上的棘手问题。由于缺乏合适治疗方法而致残的人数逐年上升，为社会稳定及人民生活质量带来严重影响。骨缺损治疗传统的生物治疗方法包括自身骨移植、异体松质骨、应用血管移植的腓骨和髂骨以及其他骨移植方法等，存在供体不足、排异反应、供骨部位并发症、手术耗费大周期长等缺陷。骨组织工程是将人体细胞种植到具有生物相容性的支架材料，细胞在支架上増殖、分化到一定程度后，重新植入骨缺损部位，随着细胞的继续増殖分化及支架材料的降解，形成新的具有与所缺损骨组织相同组织器官，骨组织工程技·术克服了传统骨缺损移植技术的缺点，是骨组织缺损治疗技术研究的热点。制备具有生物相容性、生物可降解性、具有高度连通孔结构、可控的孔尺寸及与所修复骨组织相同的几何外形的多孔多孔性骨支架是骨组织工程的关键技术之一，以使细胞和养分在支架中顺利传输，提供细胞附着、生长和增殖的空间和区域。利用多种材料复合是目前骨组织工程支架的热点研究方向，通过多种材料复合可以满足骨组织工程支架所需要的安全性、降解性、力学性能的需求。除此之外，多孔性骨支架的结构设计也对骨组织工程支架的骨修复能力起到不容忽视的影响。多孔的多孔性骨支架的孔道是细胞生长的营养物质输送管道，其孔径的大小对骨组织生长起着至关重要的影响，孔径过大则不利于细胞的粘附，过小则不利于细胞的生长、増殖和分化。而孔壁上的微孔，増加了孔壁的粗糙度，可促进细胞粘附。细胞粘附是组织生长的基础，多孔性骨支架必须首先能够有效的固定细胞，进而使其分化和増殖。同时，连通的微孔也可起到养分传输及代谢的作用。因此，若制备出的多孔性骨支架存在贯通的、孔径适宜的大孔道，在保持良好孔隙率的同时，孔壁上又能分布着孔径和孔深度适宜的大量微孔，能够为骨组织细胞的生长提供一个最为有利的环境，形成新的具有与缺损骨组织相同组织器官而实现缺损骨组织的修复。然而，目前骨工程支架的加工方法目前主要有粒子析出法、高压气体发泡法、静电纺丝技术、致孔剂法等。上述方法皆存在着不同的缺陷及限制条件。如粒子析出法存在着孔洞连通通道不规则、过小、不可控等缺点，不利于细胞迁移；致孔剂法存在着致孔剂残留形成细胞毒性；高压气体发泡法制备的支架孔洞过小或孔洞不连通不利于细胞粘附及生长；静电纺丝技术制备的支架力学性能较低等，上述方法的可控性较低，使得制备得到的多孔性骨支架难以满足对孔径大小、孔隙率、孔壁比表面积的要求。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够为骨组织细胞提供有利的生长环境的多孔性骨支架及其制备方法。ー种多孔性骨支架，所述多孔性骨支架由生物活性添加物、可降解金属、可降解无机物和可降解聚合物形成，所述多孔性骨支架的形状为长方体、圆柱体、正方体或横截面为菱形的柱体，所述多孔性骨支架上形成多个孔洞，孔洞的连通率大于97%，所述孔洞的孔壁上形成有多个微孔，所述孔洞的孔径为10(T800微米，所述微孔的孔径为5 100微米、孔深1^50微米，所述多孔性骨支架的孔隙率为60、5%。在其中一个实施例中，所述孔隙率为80、0%，所述孔洞的孔径为30(T500微米，所述微孔的孔径为5 20微米、孔深20 30微米。ー种多孔性骨支架的制备方法，包括如下步骤将生物活性添加物溶解于第一溶剂中，得到第一溶液；将可降解金属、可降解无机物和可降解聚合物溶解于第二溶剂中，得到第二溶·液；混合所述第一溶液和第二溶液，得到混合液；用模块化结构软件Mimics中的MEDCAD模块统计分析缺损骨骼断面图像，并测量所述缺损骨骼的尺寸，根据所述分析和測量结果创建CAD模型，导出含有所述CAD模型的数据；用分层软件对所述含有CAD模型的数据进行分层处理得到分层后的数据，分层厚度为0. 05 0. 2毫米，喷头角度为0 179。变换；将所述混合液加入低温快速成型仪中，并将所述分层后的数据导入低温快速成型仪中，根据所述分层后的数据在-40'10で温度下进行三维打印形成长方体、圆柱体、正方体或横截面为菱形的柱体多孔性骨支架雏形，所述三维打印的喷丝间距为0. 5^2毫米，喷头速度为4 30毫米/秒，液体流出速度为0. n毫升/分，所述多孔性骨支架雏形上形成有多个孔径为10(T800微米的孔洞，孔洞的连通率大于97% ；将所述多孔性骨支架雏形于_196'40°C温度下处理5分钟小时后，进行真空干燥得到多孔性骨支架，所述多孔性骨支架的孔洞的孔壁上形成有多个微孔，所述微孔的孔径为5 100微米、孔深为f 50微米，所述多孔性骨支架的孔隙率为60、5%。在其中一个实施例中，可降解金属、可降解无机物和可降解聚合物的质量比为I: f 3: f 5，所述混合液中，所述物活性添加物与可降解聚合物的质量比为1:10(T10000。在其中一个实施例中，所述生物活性添加物选自壳聚糖、胶原、骨形成蛋白、淫羊藿苷、淫羊藿中的至少ー种。在其中一个实施例中，所述可降解金属选自镁、铁、铝、锌、锶和锰中的ー种或镁、铁、铝、锌、锶、锰中的至少两种形成的合金。在其中一个实施例中，所述可降解无机物选自磷酸三钙、羟基磷灰石、磷酸钙、硅酸钙、氧化镁、氢氧化镁、氯化镁、碳酸镁、磷酸镁、硅酸镁、氧化铁、ニ氧化三铁、氢氧化鉄、氯化铁和碳酸锶中的至少ー种。在其中一个实施例中，所述可降解聚合物为聚こ醇酸-乳酸共聚物、聚乳酸、聚こ醇酸、聚己内酷、聚原酸酷、聚酸酐、聚磷腈或聚氨基酸，或为聚こ醇酸-乳酸共聚物、聚乳酸、聚こ醇酸、聚己内酷、聚原酸酷、聚酸酐、聚磷腈、聚氨基酸中的至少两种形成的共聚物。在其中一个实施例中，所述可降解金属是粒径为10(T500目的金属粉末或直径为1飞00微米的丝状金属。在其中一个实施例中，所述可降解无机物为粒径为10(T500目的粉末状无机物。在其中一个实施例中，所述第一溶剂和第二溶剂选自1，4-ニ氧六环、こ腈、环己烷、丙酮、こニ醇、环己酮和ニ氯甲烷中的ー种。在其中一个实施例中，所述真空干燥的步骤是在真空度20Pa以下、温度1(T30°C下干燥12 48小吋。上述多孔性骨支架为由生物活性添加物、可降解金属、可降解无机物和可降解聚合物形成的形状为长方体、圆柱体、正方体或横截面为菱形的柱体的多孔性骨支架，生物活性添加物、可降解金属、可降解无机物和可降解聚合物的复合物能够提供骨组织细胞分化的诱导性，多孔性骨支架上形成有孔径为10(T800微米的孔洞，孔洞的连通率大于97%，孔洞的孔壁上形成有孔径为5 100微米的微孔，孔深为f 50微米，多孔性骨支架的孔隙率为60、5，这种多孔性的结构有利于骨组织细胞的粘附和养分的传输，够有效的固定细胞，进·而使其分化和増殖，为细胞生长提供ー个有利的生长环境，有利于实现缺损骨组织的修复。
图I为ー实施方式的多孔性骨支架的结构示意图；图2为ー实施方式的多孔性骨支架的制备方法流程图；图3为实施例I制备的多孔性骨支架的元素分析图；图4为实施例I制备的多孔性骨支架的横切面的扫描电镜图(50X)；图5为实施例I制备的多孔性骨支架的纵切面的扫描电镜图(80X)；图6为实施例I制备的多孔性骨支架的纵切面的扫描电镜图(500X)；图7为实施例I制备的多孔性骨支架的扫描电镜图(1000X)；图8为实施例I制备的多孔性骨支架的扫描电镜图(5000X)；图9为正常松质骨的扫描电镜图。
具体实施例方式以下通过具体实施方式
和附图对上述多孔性骨支架及其制备方法进ー步阐述。请參阅图1，ー实施方式的多孔性骨支架，该多孔性骨支架由生物活性添加物、可降解金属、可降解无机物和可降解聚合物形成，该多孔性骨支架的形状为长方体。多孔性骨支架上形成有多个孔洞，孔连通率大于97%。孔洞的孔径为10(T800微米。孔洞的孔壁形成有多个微孔，微孔的孔径为5 100微米，孔深f 50微米。多孔性骨支架的孔隙率为60、5%。优选地，多孔性骨支架的孔隙率为80、0%，孔洞的孔径为300飞00微米，孔深2(T30微米。在此条件下，既能够提供细胞粘附的表面粗糙度，并为养分的传输提供合适的通道，又能满足一定的力学性能要求。生物活性添加物选自壳聚糖、胶原、骨形成蛋白、淫羊藿苷、淫羊藿中的至少ー种。可降解金属选自镁(Mg)、铁(Fe)、铝(Al)、锌(Zn)、锶(Sr)和锰(Mn)中的ー种或镁(Mg)、铁(Fe)、铝(Al)、锌(Zn)、锶(Sr)、锰(Mn)中的至少两种形成的合金。优选纯度大于99%的金属或合金。
可降解无机物选自磷酸三钙(TCP)、羟基磷灰石(HA)、磷酸钙、硅酸钙、氧化镁、氢氧化镁、氯化镁、碳酸镁、磷酸镁、硅酸镁、氧化铁、ニ氧化三铁、氢氧化铁、氯化铁和碳酸锶中的至少ー种。可降解聚合物为聚こ醇酸-乳酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)、聚こ醇酸(PGA)、聚己内酯(PCL)、聚原酸酷、聚酸酐、聚磷腈或聚氨基酸，或为聚こ醇酸-乳酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)、聚こ醇酸(PGA)、聚己内酯(PCL)、聚原酸酷、聚酸酐、聚磷腈或聚氨基酸中的至少两种形成的共聚物。可降解金属、可降解无机物和可降解聚合物的质量比为I : Hf 5，生物活性添加物与可降解聚合物的质量比为1:100 10000。可以理解，在其他实施中。多孔性骨支架也可以为圆柱形、正方体或横截面为菱形的柱体多孔性骨支架。上述多孔性骨支架为由生物活性添加物、可降解金属、可降解无机物和可降解聚·合物形成的形状为长方体、圆柱体或横截面为菱形的柱体的多孔性骨支架，生物活性添加物、可降解金属、可降解无机物和可降解聚合物的复合物能够提供骨组织细胞分化的诱导性，多孔性骨支架上形成有孔径为100100微米的孔洞，孔洞的连通率大于97%，孔洞的孔壁上形成有孔径为5 100微米的微孔，孔深为f 50微米，孔隙率为60、5%，这种多孔性的结构有利于骨组织细胞的粘附和养分的传输，够有效的固定细胞，进而使其分化和増殖，为细胞生长提供ー个有利的生长环境，有利于实现缺损骨组织的修复。请參阅图2，ー实施方式的多孔性骨支架的制备方法，包括如下步骤步骤SllO :将生物活性添加物溶解于第一溶剂中，得到第一溶液。生物活性添加物选自壳聚糖、胶原、骨形成蛋白、淫羊藿苷、淫羊藿中的至少ー种。第一溶剂选自1，4- ニ氧六环、こ臆、环己烷、丙酮、こニ醇、环己酮和ニ氯甲烷中的ー种，优选为1，4-ニ氧六环。第一溶剂的量使生物活性添加物充分溶解。步骤S120 :将可降解金属、可降解无机物和可降解聚合物溶解于第二溶剂中，得到第二溶液。可降解金属选自镁(Mg)、铁(Fe)、铝(Al)、锌(Zn)、锶(Sr)和锰(Mn)中的ー种或镁(Mg)、铁(Fe)、铝(Al)、锌(Zn)、锶(Sr)、锰(Mn)中的至少两种形成的合金。优选纯度大于99%的金属或合金。可降解金属是粒径为10(T500目的金属粉末，优选为300目。在其他实施方式中个，可降解金属也可以为直径为广500微米的丝状金属。可降解无机物选自磷酸三钙(TCP)、羟基磷灰石(HA)、磷酸钙、硅酸钙、氧化镁、氢氧化镁、氯化镁、碳酸镁、磷酸镁、硅酸镁、氧化铁、ニ氧化三铁、氢氧化铁、氯化铁和碳酸锶中的至少ー种。可降解无机物优选为粒径为10(T500目的粉末状无机物。可降解聚合物为聚こ醇酸-乳酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)、聚こ醇酸(PGA)、聚己内酯(PCL)、聚原酸酷、聚酸酐、聚磷腈或聚氨基酸，或为聚こ醇酸-乳酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)、聚こ醇酸(PGA)、聚己内酯(PCL)、聚原酸酷、聚酸酐、聚磷腈或聚氨基酸中的至少两种形成的共聚物。第二溶剂选自1，4- ニ氧六环、こ臆、环己烷、丙酮、こニ醇、环己酮和ニ氯甲烷中的ー种，优选为1，4-ニ氧六环。第二溶剂和第一溶剂选用同一种溶剤。第二溶剂的量使可降解金属、可降解无机物和可降解聚合物充分溶解。将可降解金属进行网筛得到粒径为10(T500目的粉末后进行干燥。将可降解无机物进行网筛得到粒径为10(T500目的粉末后进行干燥。按质量比1:广3:1飞将干燥后可降解金属、可降解无机物及可降解聚合物溶于第二溶剂中得到第二溶液。步骤S130 :混合第一溶液和第二溶液，得到混合液。取适量的第一溶液和第二溶液进行混合，搅拌过夜得到均相的混合液，该混合液中，生物活性添加物与可降解聚合物的质量比为I:io(Tioooo。上述混合液作为多孔性骨支架的生成材料，对多孔性骨支架的生物相容性、生物降解性、力学性能、骨组织诱导性等产生重要影响。壳聚糖、胶原、骨形成蛋白、淫羊藿苷、淫羊藿等作为生物活性添加物，这几种物质·在多孔性骨支架中持续释放，能够长期在骨缺损部位保持疗效，促进骨的生长，并且这几种生物活性添加物具有促进骨组织细胞的分化的诱导性，有利于骨组织细胞的分化，因而有利于修复缺损性骨组织。镁(Mg)、铁(Fe)、铝(Al)、锌(Zn)、锶(Sr)和锰(Mn)作为骨生长的必要元素，因此含有这种几种元素的可降解金属可促进骨的生长。可降解无机物磷酸三钙(TCP)、羟基磷灰石(HA)、磷酸钙、硅酸钙、氧化镁、氢氧化镁、氯化镁、碳酸镁、磷酸镁、硅酸镁、氧化铁、ニ氧化三铁、氢氧化铁、氯化铁和碳酸锶具有同骨组织相似的材料特性及表面化学性质，有利于增强多孔性骨支架的生物相容性。可降解金属和可降解无机物的添加可增强多孔性骨支架的初始力学強度，提供骨组织生长的支撑。聚こ醇酸-乳酸共聚物、聚乳酸、聚こ醇酸、聚己内酷、聚原酸酷、聚酸酐、聚磷腈或聚氨基酸，或聚こ醇酸-乳酸共聚物、聚乳酸、聚こ醇酸、聚己内酷、聚原酸酷、聚酸酐、聚磷腈、聚氨基酸中的至少两种形成的共聚物这几种可降解聚合物在多孔性骨支架中起暂时性支撑作用，并与与生物活性添加物、可降解金属和可降解无机物复合，使得骨支架具有良好的生物相容性和生物可降解性。混合液中，可降解金属、可降解无机物及可降解聚合物的质量比为I :广3:广5，生物活性添加物与可降解聚合物的质量比为I : io(Tioooo，能够充分促进骨组织细胞的分化的诱导性并提供足够的力学強度。步骤S 140 :用模块化结构软件Mimics中的MEDCAD模块统计分析缺损骨骼断面图像，并测量所述缺损骨骼的尺寸，根据分析和測量结果创建CAD模型，导出所述含有CAD模型的数据。首先进行CT扫描以得到缺损骨骼每隔一定距离的各个断面的灰度图像，然后用模块化结构软件Mimics中的MEDCAD模块进行统计分析，并测量缺损骨骼的数据以确定多孔性骨支架的尺寸，如长、宽、高等，根据统计分析结果和測量结果，通过对比增强、阈值化、平滑处理等创建个性化的缺损骨骼的CAD模型，根据该CAD模型制备符合人体特殊骨骼结构的多孔性骨支架，井能够满足不同患者的个体需求。含有CAD模型的数据用STL格式文件导出。STL格式是由3D SYSTEM公司于1988年制定的ー个接ロ协议，是ー种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式。
模块化结构软件Mimics是Materialise公司的交互式的医学影像控制系统。Mimics是ー个基于模块的系统，它可以量身定做已满足客户个人的需要。该软件中允许有不同的模块以提供给基于编辑的医学图像所有工具功能。MEDCAD模块是医学图像(如CT、MRI图像)和CAD设计之间的桥梁。MEDCAD将用户的扫描数据转换成CAD对象。根据缺损骨骼的断面图像和尺寸建立的CAD模型能够最真实的反应缺损骨骼的状况，根据CAD模型制备得到多孔性骨支架能适应人体不同部位的缺损骨骼修复需求。步骤S150 :用分层软件对所述含有CAD模型的数据进行分层处理得到分层后的数据，分层厚度为0. 05、. 2毫米，喷头角度为(Tl79°变换。将含有CAD模型的数据，即STL格式文件进行分层处理，以确定在三维打印过程中，材料喷射的高度，以及多孔骨支架的纵向孔径。分层处理用低温快速成型仪自身的分层软件进行，分层厚度为0. 05、. 2毫米，喷头角度为(Tl79°变换。
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分层处理后得到分层后的数据，将该分层后的数据导出为CLI格式。CLI (CommonLayer Interface)格式是是欧洲快速成型行动组织支持的ー种格式。它试图克服STL格式的局限性，能为各种快速成型系统所采用。步骤S 160 :将混合液加入低温快速成型仪中，并将分层后的数据导入低温快速成型仪中，根据分层后的数据在-4(T-10°C温度下进行三维打印形成长方体、圆柱体、正方体或横截面为菱形的柱体多孔性骨支架雏形，所述三维打印的喷丝间距为0. 5^2毫米，喷头速度为4 30毫米/秒，液体流出速度为0. n毫升/分。将混合液加入低温快速成型仪(清华大学，Tissueform-II)中，并将步骤S150得到的分层后的数据，即CLI格式文件导入低温快速成型仪中。根据分层后的数据在-4(T-10°C下进行三维打印形成长方体、圆柱体、正方体或横截面为菱形的柱体多孔性骨支架雏形。多孔性骨支架雏形中形成多个孔径为10(T800微米的孔，孔洞的连通率大于97%。在-4(T-10°C下进行三维打印，有利于生物活性添加物的引入及活性保存，以使多孔性骨支架具有较高的促进骨组织细胞分化的诱导性。步骤S150的分层厚度为0. 05、. 2毫米，喷头角度为(Tl79°变换，以及三维打印的喷丝间距优选为0. 5^2毫米，喷头速度优选为4 30毫米/秒，液体流出速度优选为0. n毫升/分，能够有效控制多孔性骨支架雏形的孔洞的孔径为100100微米、连通率达97%以上。步骤S170 :将多孔性骨支架雏形于_196'40°C温度下处理5分钟小时后，进行真空干燥得到多孔性骨支架。在得到多孔性骨支架雏形后，为了在孔洞的孔壁形成微孔，以提高孔壁的比表面积和粗糙度，提到细胞在多孔性骨支架的粘附性。将多孔性骨支架雏形于_196'40°C温度下处理5分钟小吋，使得第一溶剂和第二溶剂根据孔壁的微孔的设计需要形成相应大小的结晶，然后进行真空干燥以除去第一溶剂和第二溶剂。真空干燥的步骤是将经过_196'40°C温度处理后的多孔性骨支架雏形放入冷冻干燥机中，在真空度20Pa以下，以1 10°C /小时的升温速度升温至1(T30°C下干燥48小吋。采用f 10°C /小时较为缓慢的升温速度及1(T30°C的较低的干燥温度，以保持生物活性添加物的活性。
真空干燥后，在多孔性骨支架雏形的孔洞的孔壁内形成微孔，微孔的孔径为5 100微米、深度为广50微米。最终得到的多孔性骨支架的孔隙率为60、5%。最終得到形状为长方体、圆柱体、正方体或横截面为菱形的柱体的多孔性骨支架，多孔性骨支架的孔隙率为60、5%、孔洞的孔径大小为10(T800微米、孔的连通率在97%以上，孔壁分布有大量孔径为5 100微米、深度为f 50微米的微孔。孔隙率为60、5%、孔径为100^800微米的支架结构可满足骨组织细胞生长的营养传递及代谢需求，孔壁上5 100 u m的微孔增加了孔壁的比表面积和粗糙度，増大细胞和多孔性骨支架表面的接触面积，阻碍细胞的迁移，起到固定细胞，促进成骨细胞粘附，増殖和分化的作用。孔的连通率高达97%以上，良好的孔道连通性有利于骨组织和血管组织的长入，便于营养物质的输送和细胞代谢产物的排泄，保证骨组织的传导作用。上述多孔性骨支架的制备方法通过设置合适分层处理的參数、三维打印的參数、低温处理及真空干燥的參数，以控制制备得到多孔性骨支架的孔径大小、孔隙率、微孔的孔径大小、深度等。优选的，采用上述多孔性骨支架的制备方法能够制备孔径为300飞00微·米、孔隙率为80、0%、微孔的孔径大小为5 20微米、孔深2(T30微米的多孔性骨支架。三维打印和低温成型的方法具有生产周期短和成本低等优点，并且低温成型有利于保持生物活性添加物的活性。上述多孔性骨支架的制备方法根据骨骼断面图像及骨骼尺寸建立个性化的骨支架CAD模型，能够满足骨的不同植入部位所需要的生物及力学的要求，然后利用低温快速成型技术实现骨支架的孔的孔径大小为100100及孔隙率为60、5%的调控，并结合相分离技术实现在孔壁上形成5 100 的微孔结构的调控，制备得到预先设计的具有三维立体褶皱结构的多孔性骨支架，该多孔性骨支架能够满足细胞及组织生长的生理需求，有利于实现缺损骨组织的修复。上述多孔性骨支架的制备方法将模块化结构软件设计与低温快速成型系统及相分离技术相结合，三位一体制备符合人体特殊骨骼结构的多孔性骨支架，以更好适应植入部位的内环境，更有利于骨缺损部位的修复。以下为具体实施例I实施例II、在室温下，将I份胶原溶解于1，4_ ニ氧六环得到第一溶液中；按质量比为1:1:4称取25份粒径为300目的金属镁粉、25份粒径为300目的TCP和100份PLGA溶解于1，4-ニ氧六环中得到第二溶液，混合第一溶液和第二溶液，搅拌均匀过夜得到均相的混合液。2、用模块化结构软件Mimics中的MEDCAD模块统计分析腿部胫骨缺损骨骼断面图像，并测量所述缺损骨骼的尺寸，根据所述分析和測量结果创建CAD模型，CAD模型为长X宽X高为3X3X4cm的长方体多孔性骨支架，将含有该CAD模型的数据导出为STL格式文件，再用低温快速成型仪自带分层软件进行分层处理以确定每ー层的厚度，即分层厚度。分层厚度为为0. 12mm，喷头角度为0° /90°变换，按0°或90°打印ー层，然后按90°或0°打印下ー层，如此变换，将分层后的数据导出为CLI格式文件。3、将上述混合液倒入低温快速成型仪中，根据上述CLI格式文件设置喷丝间距为I. 2mm,喷头速度为21mm/s,液体流出速度为lml/min,在-25°C下进行三维打印形成多孔性骨支架雏形，该多孔性骨支架雏形的孔为圆形，孔径为400 ym、初始孔隙率为68%、孔连通率为98%。4、将上述多孔性骨支架雏形置于_40°C处理24分钟后，置于冷冻干燥机内，真空度为10Pa，升温速度为1°C /h,升温至20°C，冷冻干燥48小时后得到孔洞的孔径为400 u m、最终孔隙率为81%、孔壁分布着大量孔径为2(T40 微孔的多孔性骨支架，微孔的孔深14 u m0图3为所得到的多孔性骨支架的表面元素分析图，由图3可看出，多孔性骨支架的表面含有TCP (A)和Mg (B)。图4至图8为所得到的多孔性骨支架的扫描电镜图，由图4至图8可以看出，所得到多孔性骨支架形成多个孔，孔的孔壁上又形成多个微孔，孔壁具有较大的比表面积和粗糙度，该多孔性骨支架呈多孔且内部贯通的孔网络结构。
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图9是正常松质骨的扫描电镜图。比较图8和图9可知，所制备得到多孔性骨支架结构与正常松质骨结构较为接近。实施例2I、在室温下，将I份骨形成蛋白溶解于こ腈中得到第一溶液中；按质量比为1:1:5称取100份粒径为500目的金属鉄粉、100份粒径为500目的TCP和500份PCL溶解于こ腈中得到第二溶液，混合第一溶液和第二溶液，搅拌均匀过夜得到均相的混合液。2、用模块化结构软件Mimics中的MEDCAD模块统计分析缺损手部尺骨骨骼断面图像，并测量所述缺损骨骼的尺寸，根据所述分析和測量结果创建CAD模型，CAD模型为直径2cm,高4cm的圆柱体多孔性骨支架，将含有该CAD模型的数据导出为STL格式文件，再用低温快速成型自带分层软件进行分层处理，分层厚度为0. 1_，喷头角度为0/60°变换，按0°或60°打印ー层，然后按60°或0°打印下ー层，如此变换，将分层后的数据导出CLI格式文件。3、将上述匀相溶液倒入低温快速成型仪中，根据上述CLI格式文件，设置喷丝间距为1mm，喷头速度为10mm/s,液体流出速度为I. 5ml/min,在-30°C下进行三维打印形成多孔性骨支架雏形，该多孔性骨支架雏形的孔道为菱形，孔道的孔径为250 u m、初始孔隙率为70%、孔连通率为97%。4、将上述多孔性骨支架雏形置于_196°C下处理IOmin后，置于冷冻干燥机内，真空度为lOPa，升温速度为2V /h，升温至30°C，冷冻干燥48h后成型。得到孔径为250y m、最终孔隙率为86%，孔壁分布着大量孔径为5 10 u m微孔的多孔性骨支架，微孔的孔深6 u m。实例3I、在室温下，将I份淫羊藿苷溶解于环己烷中得到第一溶液中；按质量比为1:1:2称取500份粒径为100目的金属锶粉、500份粒径为100目的HA和1000份PLLA溶解于环己烷中得到第二溶液，混合第一溶液和第二溶液，搅拌均匀过夜得到均相的混合液。2、用模块化结构软件Mimics中的MEDCAD模块统计分析手部尺骨缺损骨骼断面图像，并测量所述缺损骨骼的尺寸，根据所述分析和測量结果创建CAD模型，CAD模型为长X宽X高为2X2X3cm的横截面为菱形的柱体多孔支架，将含有该CAD模型的数据导出为STL格式文件，再用低温快速成型自带分层软件进行分层处理，分层厚度为0. 08mm,喷头角度为60° /135°变换，按60°或135°打印ー层，然后按135°或60°打印下ー层，如此变换，将分层后的数据导出为CLI格式文件。3、将上述匀相溶液倒入低温快速成型仪中，根据上述CLI格式文件，设置喷丝间距为0. 8mm,喷头速度为15mm/s,液体流出速度为lml/min,在-45°C下进行三维打印形成多孔性骨支架雏形，该多孔性骨支架雏形的孔道为菱形，孔道的孔径为200 u m,初始孔隙率为73%、孔连通率达100%。4、将上述多孔性骨支架雏形置于_196°C下预冷I小时后，置于冷冻干燥机内，真空度为10Pa，升温速度为5°C /h,升温至10°C，冷冻干燥48h后成型。得到孔径为200 u m、最终孔隙率为88%、孔连通率为97%，孔壁分布着孔径为5 10 U m微孔的多孔性骨支架，微孔的孔深6 ii m。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保·护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种多孔性骨支架，其特征在于，所述多孔性骨支架由生物活性添加物、可降解金属、可降解无机物和可降解聚合物形成，所述多孔性骨支架的形状为长方体、圆柱体、正方体或横截面为菱形的柱体，所述多孔性骨支架上形成多个孔洞，孔洞的连通率大于97%，所述孔洞的孔壁上形成有多个微孔，所述孔洞的孔径为iooloo微米，所述微孔的孔径为5^100微米、孔深f 50微米，所述多孔性骨支架的孔隙率为60、5%。
2.根据权利要求I所述的多孔性骨支架，其特征在于，所述孔隙率为80、0%，所述孔洞的孔径为300飞00微米，所述微孔的孔径为5 20微米、孔深20 30微米。
3.—种多孔性骨支架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 将生物活性添加物溶解于第一溶剂中，得到第一溶液； 将可降解金属、可降解无机物和可降解聚合物溶解于第二溶剂中，得到第二溶液； 混合所述第一溶液和第二溶液，得到混合液； 用模块化结构软件Mimics中的MEDCAD模块统计分析缺损骨骼断面图像，并测量所述缺损骨骼的尺寸，根据所述分析和测量结果创建CAD模型，导出含有所述CAD模型的数据； 用分层软件对所述含有CAD模型的数据进行分层处理得到分层后的数据，分层厚度为0.05、. 2毫米，喷头角度为(Tl79°变换； 将所述混合液加入低温快速成型仪中，并将所述分层后的数据导入低温快速成型仪中，根据所述分层后的数据在-4(T-10°C温度下进行三维打印形成长方体、圆柱体、正方体或横截面为菱形的柱体多孔性骨支架雏形，所述三维打印的喷丝间距为0. 5^2毫米，喷头速度为4 30毫米/秒，液体流出速度为0. n毫升/分，所述多孔性骨支架雏形上形成有多个孔径为10(T800微米的孔洞，孔洞的连通率大于97% ； 将所述多孔性骨支架雏形于_196'40°C温度下处理5分钟小时后，进行真空干燥得到多孔性骨支架，所述多孔性骨支架的孔洞的孔壁上形成有多个微孔，所述微孔的孔径为5^100微米、孔深为f 50微米，所述多孔性骨支架的孔隙率为60、5%。
4.根据权利要求I所述的多孔性骨支架的制备方法，其特征在于，可降解金属、可降解无机物和可降解聚合物的质量比为I :广3: f 5，所述混合液中，所述物活性添加物与可降解聚合物的质量比为I : 100 10000。
5.根据权利要求I所述的多孔性骨支架的制备方法，其特征在于，所述生物活性添加物选自壳聚糖、胶原、骨形成蛋白、淫羊藿苷、淫羊藿中的至少一种。
6.根据权利要求I所述的多孔性骨支架的制备方法，其特征在于，所述可降解金属选自镁、铁、铝、锌、锶和锰中的一种或镁、铁、铝、锌、锶、锰中的至少两种形成的合金。
7.根据权利要求I所述的多孔性骨支架的制备方法，其特征在于，所述可降解无机物选自磷酸三钙、羟基磷灰石、磷酸钙、硅酸钙、氧化镁、氢氧化镁、氯化镁、碳酸镁、磷酸镁、硅酸镁、氧化铁、二氧化三铁、氢氧化铁、氯化铁和碳酸锶中的至少一种。
8.根据权利要求I所述的多孔性骨支架的制备方法，其特征在于，所述可降解聚合物为聚乙醇酸-乳酸共聚物、聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚原酸酯、聚酸酐、聚磷腈或聚氨基酸，或为聚乙醇酸-乳酸共聚物、聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚原酸酯、聚酸酐、聚磷腈、聚氨基酸中的至少两种形成的共聚物。
9.根据权利要求I所述的多孔性骨支架的制备方法，其特征在于，所述可降解金属是粒径为100 500目的金属粉末或直径为1飞00微米的丝状金属。
10.根据权利要求I所述的多孔性骨支架的制备方法，其特征在于，所述可降解无机物为粒径为10(T500目的粉末状无机物。
11.根据权利要求I所述的多孔性骨支架的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂和第二溶剂选自1，4-二氧六环、乙腈、环己烷、丙酮、乙二醇、环己酮和二氯甲烷中的一种。
12.根据权利要求I所述的多孔性骨支架的制备方法，其特征在于，所述真空干燥的步骤是在真空度20Pa以下、温度1(T30°C下干燥12 48小时。
全文摘要
本发明提供一种多孔性骨支架，由生物活性添加物、可降解金属、可降解无机物和可降解聚合物形成。该多孔性骨支架的形状为长方体、圆柱体、正方体或横截面为菱形的柱体，多孔性骨支架上形成多个孔洞，孔洞的连通率大于97%，孔洞的孔壁上形成有多个微孔，孔洞的孔径为100～800微米，微孔的孔径为5～100微米、孔深1～50微米，多孔性骨支架的孔隙率为60～95%。这种多孔性的结构有利于骨组织细胞的粘附和养分的传输，够有效的固定细胞，进而使其分化和增殖，为细胞生长提供一个有利的生长环境，有利于实现缺损骨组织的修复。本发明还提供一种多孔性骨支架的制备方法。
文档编号A61F2/02GK102784014SQ20121028845
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月14日 优先权日2012年8月14日
发明者张明, 秦岭, 赖毓霄, 陈淑奎 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院