一种仿生半月板的制作方法

本实用新型属于生物医用材料技术领域，特别是指一种仿生半月板。

背景技术：

在组织工程中，合适的支架材料在组织工程中起着非常重要的作用。常用的修复半月板的支架材料主要分为天然的和人工合成的材料，天然材料主要有胶原、透明质酸、蚕丝蛋白、小肠粘膜、脱钙骨等，人工合成材料主要有聚己内酯(polycaprolactone，pcl)、聚氨酯(polyurethane，pu)、聚乳酸(polylactic，pla)等高分子材料和壳聚糖、海藻酸盐、琼脂糖等水凝胶。

高分子合成聚合物材料由于来源充足，塑形性强，力学特性比较接近半月板组织，应用较广。koch等使用复合mscs的pu支架修复兔7mm宽的外侧半月板缺损，12周时有一定的新生组织长入。张等使用复合mscs的pcl支架修复兔内侧半月板缺损，24周时新生的半月板组织良好，能够保持良好的生物力学。目前半月板组织工程领域的高分子合成材料以pcl为主，其具备良好的生物活性、力学特性及材料加工特性。电纺丝与3d打印技术的发展也使高分子材料在组织工程领域不断有新的突破，各项参数及生物力学强度更加接近于天然半月板组织，目前仍需要注意的是如何改善细胞在这些高分子材料支架上的长入及新生组织替代过程中如何保证良好持续的力学强度。

天然材料由于生物相容性好，且具有一定的生物活性成分，往往对细胞的增殖分化及细胞外基质的分泌具有较好的促进作用，但其成形过程及孔隙率难以完全满足需要，其成分往往只包括天然半月板的其中一种或几种，支架力学强度有所下降。costa等应用3d打印模拟人半月板形状的蚕丝蛋白支架，具有一定的力学强度，体外细胞活性较好，但未进行体内实验。袁等采用半月板脱细胞基质与牛脱钙骨混合支架来修复兔整个内侧半月板，6个月时新生组织的成分非常接近天然半月板组织。李等使用自体半腱肌重建兔内侧半月板，取得了良好的效果。如何改进这些天然材料的力学特性，是需要进一步考虑的问题。

然而，目前尚无以pcl为内衬、蚕丝蛋白为外壳的仿生半月板的报道。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种复合聚己内酯/蚕丝蛋白的仿生半月板，具有良好的力学特性和较好地生物相容性，能够应用于半月板组织工程的修复。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种仿生半月板，包括聚己内酯多孔隙支架，用于仿生半月板的支撑；

包覆于所述聚己内酯多孔隙半支架外的蚕丝蛋白壳层，用于与生物组织体接触；

在所述聚己内酯多孔隙支架的孔隙内，设置有蚕丝蛋白连接部，所述蚕丝蛋白连接部与所述孔隙的形状相适应。

所述蚕丝蛋白壳层的上壳厚度与下壳厚度的和小于聚己内酯多孔隙支架的厚度。

所述聚己内酯多孔隙支架的孔隙的孔径并不相同。

所述聚己内酯多孔隙支架的孔隙为不规则形状。

在所述蚕丝蛋白壳层的内表面与所述聚己内酯多孔隙支架的外表面均为非光滑表面。

所述聚己内酯多孔隙半支架采用solidwork软件制备出半月板的结构模型，并将所述结构模型导入3d打印机，制备半月形仿生结构的聚己内酯多孔隙支架。

所述结构模型通过对原生物体的半月板的前角数据、半月板的本体数据、半月板后角的内缘厚度、半月板后角的外缘厚度及半月板后角的内外缘的距离。

本实用新型的有益效果是：

(1)pcl是一种fda批准应用的高分子材料，在人体内能够生物降解，所以很适合作为生物支架的原料。由于其具有良好的可打印性和力学特性，能够在半月板组织工程中提供足够的力学强度，而且其降解速度慢，在组织替代过程能够持续维持一定的力学强度，保护关节软骨面和膝关节的力学平衡。

(2)蚕丝蛋白作为一种天然生物材料，不仅有低免疫性、生物相容性好和来源丰富等优点，还具有多数天然生物材料不具备的良好力学性能；目前蚕丝蛋白生物材料已获得fda批准用于某些医疗产品，包括缝合线和外科手术网，并可加工成各种材料。研究认为蚕丝蛋白的良好力学强度是大量β片层二级结构所赋予的，这些结构排列整齐并有较强的相互作用。所以，用pcl作为内衬和蚕丝蛋白作为外壳，来制作混合的3d支架，会有很大的应用前景，可以用于很多组织的修复之中。

附图说明

图1自左至右分别为单纯蚕丝蛋白仿生半月板、单纯pcl仿生半月板和pcl/sf复合仿生半月板的相应电子显微镜下示意图；

图2为图1的部分横向截面示意图，为大致平行于仿生半月板的整体形状的截面；

图3为图1的纵向截面示意图，为上下方向的截面；

图4分别为单纯蚕丝蛋白仿生半月板、单纯pcl仿生半月板和pcl/sf复合仿生半月板拉伸模量；

图5分别为单纯蚕丝蛋白仿生半月板、单纯pcl仿生半月板和pcl/sf复合仿生半月板压缩模量；

图6为聚己内酯与蚕丝蛋白的界面剪切力检测，蚕丝蛋白能够有效降低支架和软骨面的摩擦力，这对于软骨保护是非常重要的。

附图标记说明

1蚕丝蛋白壳层，2聚己内酯多孔隙支架，3孔隙，4蚕丝蛋白连接部。

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本实用新型的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本实用新型的技术方案，而不能解释为是对本实用新型技术方案的限制。

如图1至图3所示，本申请提供一种仿生半月板，包括聚己内酯多孔隙支架2，用于仿生半月板的支撑。

包覆于聚己内酯多孔隙支架2外的蚕丝蛋白壳层1，用于与生物组织体接触；

在聚己内酯多孔隙支架的孔隙3内，设置有蚕丝蛋白连接部4，蚕丝蛋白连接部与孔隙的形状相适应。聚己内酯多孔隙支架的孔隙的孔径并不相同。聚己内酯多孔隙支架的孔隙为不规则形状，能够大大提高细胞粘附的表面积。

蚕丝蛋白壳层的上壳厚度与下壳厚度的和小于聚己内酯多孔隙支架的厚度。在蚕丝蛋白壳层的内表面与聚己内酯多孔隙支架的外表面均为非光滑表面，提高了聚己内酯多孔隙支架与蚕丝蛋白壳层结合的稳固性。

本申请提供一种复合聚己内酯/蚕丝蛋白的仿生半月板的3d打印制作方法，其中，聚己内酯(pcl)的分子量为80000，蚕丝蛋白自制。

3d打印相关设备和打印条件：

打印机：3dbioplotter(envisiontec，germany)

针头直径：300um；熔融温度：130℃；气压：8.0bar。

1、蚕丝蛋白溶液提取

(1)在大烧杯中加入2l的超纯水，煮沸，并称取4.24g的na2co33缓慢倒入其中；

(2)将10g已经剪碎的蚕茧倒入沸水中，浸泡30min并充分搅拌，使蚕茧中的丝胶蛋白全部溶解在碱性溶液中；

(3)30min后取出棉絮状剩余物质(蚕丝蛋白)，用超纯水冷却后挤出多余的水分，之后将其放入大烧杯中，加入1l超纯水搅拌30min，之后挤出水分，重复上述操作2-3遍；

(4)取出蚕丝蛋白，摊开在铝箔上，通风处过夜晾干；

(5)按照蚕丝蛋白：溴化锂(libr)＝1：4重量比，称取相应质量libr，并用水配成9.3m的libr水溶液，将配好的libr水溶液倒入蚕丝蛋白上，使蚕丝蛋白被溶液完全覆盖；

(6)将上述的混合溶液加热到60℃，保持4h直到蚕丝蛋白完全溶解呈透明琥珀色；

(7)随后将上述溶液用超纯水透析3天，并将透析后的溶液低温离心20min(4℃，9000rpm)，移取第一上清液并再次离心，随后将第二上清液即蚕丝蛋白溶液置于4℃冰箱中密封保存。

2、聚己内酯孔隙支架的制备

根据试验用兔子内侧半月板进行测量前角、体部、和后角内外缘的厚度以及内外缘的距离，采用solidwork软件制备出统一的半月板的结构模型，将结构模型导入3d打印机，制备半月形仿生结构的pcl孔隙支架。

3、仿生半月板的制备

将准备好的蚕丝蛋白溶液浇铸到聚己内酯孔隙支架上，放入-20℃预冻过夜，然后放入真空干燥机冻干，-20℃保存备用。

仿生半月板的表征鉴定，具体见图4至图6所示：

(a)扫描电镜检测：使用日立s-4800检测支架表面。

(b)力学特性检测：使用岛津ag-is型电子万能材料试验机检测支架的拉伸和压缩模量。

在电子显微镜下，复合仿生半月板能够有效产生大孔加小孔的复杂结构，大大提高了细胞粘附的表面积。3d打印技术的应用能够良好解决半月板的仿生性和孔隙率的问题。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本实用新型的范围由所附权利要求极其等同限定。