一种骨缺损修复支架的3d打印制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于组织工程技术领域，特别适用于生物医学组织工程支架材料的制备，具体为新型多级微结构钙磷硅基活性骨修复材料支架的3D打印制备方法。
【背景技术】
[0002]因创伤、感染、肿瘤、先天畸形等因素造成的骨组织缺损给患者的生活带来了巨大的不便。骨移植是解决骨缺损问题的常用治疗手段。自体骨移植具有疗效佳，无免疫源性的优势，然而，因自体可供移植的骨量有限，供骨区的损伤为患者带来更多的痛苦。异体骨移植受限于人体免疫反应，并伴随有传播疾病的风险。骨修复支架作为骨组织工程的重要研究内容，为骨缺损修复带来新的希望。从骨组织自愈合的角度来看，理想的骨组织支架需要具有良好的生物相容性、生物降解性外，还需要具有三维立体多孔结构及与缺损部位相匹配的复杂外形。只有这种结构才具有较高的比表面积和空间，利于活性因子的负载、细胞粘附生长、细胞外基质沉积、营养和氧气进入以及代谢产物排出，也有利于血管和神经等的长入。此外，由于支架需为新生组织提供支撑直至新生组织具有自身生物力学特性，可见，可塑性和良好的机械强度也是衡量骨组织支架性能优劣的一大重要指标。传统的制备多孔支架材料的方法尽管各有不同的优点，但均为人工操作，重复性差；制孔剂存在潜在的毒副作用；缺乏对孔结构(如孔的尺寸、空间走向、连通性等)的控制，更缺乏制造复杂外形的能力。20世纪80年代出现的一种基于计算机辅助设计(Computeraideddesign, CAD)的新型制造技术---决速成型(Rapidprototyping, RP)技术，具有制造个体化和一次成型的特点，可对孔道结构进行设计及可控制备，构建出任意复杂形状的三维实体，为组织工程支架的仿形与仿生制造提供了一条新途径。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为解决骨缺损问题，提供一种骨缺损修复支架的3D打印制备方法，使用含钙介孔硅材料、采用快速成型法，构建具有不同孔道结构的新型多级微结构钙磷硅基活性骨修复材料支架。
[0004]—种骨缺损修复支架的3D打印制备方法，其特征在于，以磷酸钙骨水泥、含钙介孔硅为原料混合研磨，制得钙磷硅基活性骨修复材料粉末；再与固化液混合均匀，通过3D打印快速成型法构建得到骨缺损修复支架。
[0005]进一步的，所述磷酸钙骨水泥的粒径5 50 μ m。
[0006]进一步的，所述钙磷硅基活性骨修复材料中磷酸钙骨水泥和含钙介孔硅的质量比为 50-90:50-10。
[0007]进一步的，所述钙磷硅基活性骨修复材料与固化液的质量比为1:0.1-1.0。
[0008]进一步的，所述含钙介孔硅的制备方法是在酸性条件下，以聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物为模板剂，硅源与四水硝酸钙进行水热反应制备得到的。
[0009]进一步的，所述硅源为硅酸钠、硅溶胶、正硅酸乙酯或硅酸钠。
[0010]进一步的，所述水热反应温度为100-120°c，反应时间为40-50h。
[0011]进一步的，所述所述硅源为正硅酸乙酯，所述正硅酸乙酯与聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的质量比为2-3:1。
[0012]进一步的，所述含钙介孔硅材料中钙、硅摩尔比为0.5-2:1。
[0013]本发明的一种骨缺损修复支架的3D打印制备方法，所述固化液的制备方法是将海藻酸钠加入到聚乙烯醇水溶液中搅拌至分散均匀，得到含海藻酸钠的聚乙烯醇溶液；所述含海藻酸钠的聚乙烯醇溶液中海藻酸钠的质量分数为1% _5%。
[0014]与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是:本发明通过运用3D打印的方法制备钙磷硅基活性骨修复材料支架，具有可控的孔道结构和外形，能为支架的组织长入提供最理想的渗透性，并且优化再生组织的力学性能。本发明通过3D打印制备骨修复材料支架，通过设置不同的打印模型、不同的打印参数(如打印速度、送料速度、针头直径等参数)可以准确控制支架的形态、结构、孔隙率，利于细胞贴壁增殖，同时选用的钙磷硅基活性骨修复材料具有良好的生物活性和成骨效果，适合作为一种新型的骨缺损修复支架。
【附图说明】
[0015]图1.本发明制备的骨缺损修复支架的断面图片；
[0016]图2.图中(A)是骨缺损修复支架模型的设计图，图中(B、C)是本发明制备的骨缺损修复支架的立体图和俯视图，图中(D、E、F)是本发明制备得到的骨缺损修复支架的电镜扫描图；
[0017]图3.支架植入8周后取出样本组织图，图中(a、b)分别为支架HE染色
20X, 100X ο
【具体实施方式】
[0018]下面结合【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
[0019]—种骨缺损修复支架的3D打印制备方法，以磷酸钙骨水泥、含钙介孔硅为原料混合研磨，研磨至粒径5 50μπι，制得钙磷硅基活性骨修复材料粉末，再与固化液混合均匀，通过3D打印快速成型法构建得到结构多样化、具有可控的孔道结构和外形的骨缺损修复支架。
[0020]所述磷酸钙骨水泥具有可任意塑形、骨传导能力强和可快速固化的特性；为防止喷嘴堵塞，所述磷酸钙骨水泥的粒径5 50 μ m，可顺利通过直径为0.52mm的喷嘴成型。所述的钙磷硅基活性骨修复材料中磷酸钙骨水泥和含钙介孔硅的质量比为50-90:50-10。所述钙磷硅基活性骨修复材料与固化液的质量比为1:0.1-1。
[0021]所述含钙介孔硅具有良好的生物活性和降解性，制备方法是在酸性条件下，以聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物P123为模板剂，硅源与四水硝酸钙进行水热反应制备得到的，含钙介孔硅材料中钙、硅摩尔比为0.5-2:1。所述硅源为硅酸钠、硅溶胶、正硅酸乙酯或硅酸钠，本发明中优选为正硅酸乙酯TE0S。具体步骤是:
[0022]1)将聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物P123溶解在盐酸溶液中搅拌，直到混合液澄清。所述盐酸溶液的浓度为l-2mol/L，所述P123与盐酸溶液的用量比为lg:30-40mL。将TE0S逐滴滴加到上述混合液中，所述TE0S与P123的质量比为2-3:1 ;待TEOS完全加入并预水解10-20min后，将四水硝酸钙逐滴滴加到混合液中，所述四水硝酸钙与TE0S的钙硅摩尔比是0.5-2:1 ;在室温下搅拌4-6h使体系分散均匀，停止搅拌，静置陈化20-30h，使高分子溶液在静置过程中自发聚集形成沉淀；然后转移至水热反应釜进行恒温反应，得到沉淀，水热反应温度为100-120°C，反应时间为40-50h。过滤沉淀，用去离子水彻底清洗，并在50-60°C下真空干燥得到白色粉末。
[0023]2)将上述干燥的粉末分散于去离子水，磁力搅拌分散均匀，加入四水硝酸钙，室温下搅拌1.5-2.5h后，100-120°C恒温干燥20-30h得到粉末状物质，经580-620°C烧结上述粉末，升温速率为1°C /min，保温5-6h后随炉冷却，得到钙硅摩尔比为0.5-2:1的含钙介孔硅材料。
[0024]所述含钙介孔硅的制备方法中分两次加入钙源，第一次加入钙源是起到印记的作用，在材料中形成预留空间，步骤1)中经过去离子水清洗能够将钙源清洗干净，步骤2)中加入钙源后，经过烧结形成稳定结构。
[0025]上述含钙介孔硅的制备方法中，水热反应温度、时间以及烧结温度、升温速率对