專利名稱：多孔性骨支架及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及生物醫(yī)學組織工程技術領域，特別是涉及ー種多孔性骨支架及其制備方法。
背景技術：
隨著社會發(fā)展，人口老齡化、創(chuàng)傷、骨腫瘤等導致的骨缺損特別是長段骨缺損成為了骨科臨床上的棘手問題。由于缺乏合適治療方法而致殘的人數逐年上升，為社會穩(wěn)定及人民生活質量帶來嚴重影響。骨缺損治療傳統(tǒng)的生物治療方法包括自身骨移植、異體松質骨、應用血管移植的腓骨和髂骨以及其他骨移植方法等，存在供體不足、排異反應、供骨部位并發(fā)癥、手術耗費大周期長等缺陷。骨組織工程是將人體細胞種植到具有生物相容性的支架材料，細胞在支架上増殖、分化到一定程度后，重新植入骨缺損部位，隨著細胞的繼續(xù)増殖分化及支架材料的降解，形成新的具有與所缺損骨組織相同組織器官，骨組織工程技·術克服了傳統(tǒng)骨缺損移植技術的缺點，是骨組織缺損治療技術研究的熱點。制備具有生物相容性、生物可降解性、具有高度連通孔結構、可控的孔尺寸及與所修復骨組織相同的幾何外形的多孔多孔性骨支架是骨組織工程的關鍵技術之一，以使細胞和養(yǎng)分在支架中順利傳輸，提供細胞附著、生長和增殖的空間和區(qū)域。利用多種材料復合是目前骨組織工程支架的熱點研究方向，通過多種材料復合可以滿足骨組織工程支架所需要的安全性、降解性、力學性能的需求。除此之外，多孔性骨支架的結構設計也對骨組織工程支架的骨修復能力起到不容忽視的影響。多孔的多孔性骨支架的孔道是細胞生長的營養(yǎng)物質輸送管道，其孔徑的大小對骨組織生長起著至關重要的影響，孔徑過大則不利于細胞的粘附，過小則不利于細胞的生長、増殖和分化。而孔壁上的微孔，増加了孔壁的粗糙度，可促進細胞粘附。細胞粘附是組織生長的基礎，多孔性骨支架必須首先能夠有效的固定細胞，進而使其分化和増殖。同時，連通的微孔也可起到養(yǎng)分傳輸及代謝的作用。因此，若制備出的多孔性骨支架存在貫通的、孔徑適宜的大孔道，在保持良好孔隙率的同時，孔壁上又能分布著孔徑和孔深度適宜的大量微孔，能夠為骨組織細胞的生長提供一個最為有利的環(huán)境，形成新的具有與缺損骨組織相同組織器官而實現缺損骨組織的修復。然而，目前骨工程支架的加工方法目前主要有粒子析出法、高壓氣體發(fā)泡法、靜電紡絲技術、致孔劑法等。上述方法皆存在著不同的缺陷及限制條件。如粒子析出法存在著孔洞連通通道不規(guī)則、過小、不可控等缺點，不利于細胞遷移；致孔劑法存在著致孔劑殘留形成細胞毒性；高壓氣體發(fā)泡法制備的支架孔洞過小或孔洞不連通不利于細胞粘附及生長；靜電紡絲技術制備的支架力學性能較低等，上述方法的可控性較低，使得制備得到的多孔性骨支架難以滿足對孔徑大小、孔隙率、孔壁比表面積的要求。

發(fā)明內容
基于此，有必要提供一種能夠為骨組織細胞提供有利的生長環(huán)境的多孔性骨支架及其制備方法。ー種多孔性骨支架，所述多孔性骨支架由生物活性添加物、可降解金屬、可降解無機物和可降解聚合物形成，所述多孔性骨支架的形狀為長方體、圓柱體、正方體或橫截面為菱形的柱體，所述多孔性骨支架上形成多個孔洞，孔洞的連通率大于97%，所述孔洞的孔壁上形成有多個微孔，所述孔洞的孔徑為10(T800微米，所述微孔的孔徑為5 100微米、孔深1^50微米，所述多孔性骨支架的孔隙率為60、5%。在其中一個實施例中，所述孔隙率為80、0%，所述孔洞的孔徑為30(T500微米，所述微孔的孔徑為5 20微米、孔深20 30微米。ー種多孔性骨支架的制備方法，包括如下步驟將生物活性添加物溶解于第一溶劑中，得到第一溶液；將可降解金屬、可降解無機物和可降解聚合物溶解于第二溶劑中，得到第二溶·液；混合所述第一溶液和第二溶液，得到混合液；用模塊化結構軟件Mimics中的MEDCAD模塊統(tǒng)計分析缺損骨骼斷面圖像，并測量所述缺損骨骼的尺寸，根據所述分析和測量結果創(chuàng)建CAD模型，導出含有所述CAD模型的數據；用分層軟件對所述含有CAD模型的數據進行分層處理得到分層后的數據，分層厚度為0. 05 0. 2毫米，噴頭角度為0 179。變換；將所述混合液加入低溫快速成型儀中，并將所述分層后的數據導入低溫快速成型儀中，根據所述分層后的數據在-40'10で溫度下進行三維打印形成長方體、圓柱體、正方體或橫截面為菱形的柱體多孔性骨支架雛形，所述三維打印的噴絲間距為0. 5^2毫米，噴頭速度為4 30毫米/秒，液體流出速度為0. n毫升/分，所述多孔性骨支架雛形上形成有多個孔徑為10(T800微米的孔洞，孔洞的連通率大于97% ；將所述多孔性骨支架雛形于_196'40°C溫度下處理5分鐘小時后，進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個微孔，所述微孔的孔徑為5 100微米、孔深為f 50微米，所述多孔性骨支架的孔隙率為60、5%。在其中一個實施例中，可降解金屬、可降解無機物和可降解聚合物的質量比為I: f 3: f 5，所述混合液中，所述物活性添加物與可降解聚合物的質量比為1:10(T10000。在其中一個實施例中，所述生物活性添加物選自殼聚糖、膠原、骨形成蛋白、淫羊藿苷、淫羊藿中的至少ー種。在其中一個實施例中，所述可降解金屬選自鎂、鐵、鋁、鋅、鍶和錳中的ー種或鎂、鐵、鋁、鋅、鍶、錳中的至少兩種形成的合金。在其中一個實施例中，所述可降解無機物選自磷酸三鈣、羥基磷灰石、磷酸鈣、硅酸鈣、氧化鎂、氫氧化鎂、氯化鎂、碳酸鎂、磷酸鎂、硅酸鎂、氧化鐵、ニ氧化三鐵、氫氧化鉄、氯化鐵和碳酸鍶中的至少ー種。在其中一個實施例中，所述可降解聚合物為聚こ醇酸-乳酸共聚物、聚乳酸、聚こ醇酸、聚己內酷、聚原酸酷、聚酸酐、聚磷腈或聚氨基酸，或為聚こ醇酸-乳酸共聚物、聚乳酸、聚こ醇酸、聚己內酷、聚原酸酷、聚酸酐、聚磷腈、聚氨基酸中的至少兩種形成的共聚物。在其中一個實施例中，所述可降解金屬是粒徑為10(T500目的金屬粉末或直徑為1飛00微米的絲狀金屬。在其中一個實施例中，所述可降解無機物為粒徑為10(T500目的粉末狀無機物。在其中一個實施例中，所述第一溶劑和第二溶劑選自1，4-ニ氧六環(huán)、こ腈、環(huán)己烷、丙酮、こニ醇、環(huán)己酮和ニ氯甲烷中的ー種。在其中一個實施例中，所述真空干燥的步驟是在真空度20Pa以下、溫度1(T30°C下干燥12 48小吋。上述多孔性骨支架為由生物活性添加物、可降解金屬、可降解無機物和可降解聚合物形成的形狀為長方體、圓柱體、正方體或橫截面為菱形的柱體的多孔性骨支架，生物活性添加物、可降解金屬、可降解無機物和可降解聚合物的復合物能夠提供骨組織細胞分化的誘導性，多孔性骨支架上形成有孔徑為10(T800微米的孔洞，孔洞的連通率大于97%，孔洞的孔壁上形成有孔徑為5 100微米的微孔，孔深為f 50微米，多孔性骨支架的孔隙率為60、5，這種多孔性的結構有利于骨組織細胞的粘附和養(yǎng)分的傳輸，夠有效的固定細胞，進·而使其分化和増殖，為細胞生長提供ー個有利的生長環(huán)境，有利于實現缺損骨組織的修復。


圖I為ー實施方式的多孔性骨支架的結構示意圖；圖2為ー實施方式的多孔性骨支架的制備方法流程圖；圖3為實施例I制備的多孔性骨支架的元素分析圖；圖4為實施例I制備的多孔性骨支架的橫切面的掃描電鏡圖(50X)；圖5為實施例I制備的多孔性骨支架的縱切面的掃描電鏡圖(80X)；圖6為實施例I制備的多孔性骨支架的縱切面的掃描電鏡圖(500X)；圖7為實施例I制備的多孔性骨支架的掃描電鏡圖(1000X)；圖8為實施例I制備的多孔性骨支架的掃描電鏡圖(5000X)；圖9為正常松質骨的掃描電鏡圖。
具體實施例方式以下通過具體實施方式
和附圖對上述多孔性骨支架及其制備方法進ー步闡述。請參閱圖1，ー實施方式的多孔性骨支架，該多孔性骨支架由生物活性添加物、可降解金屬、可降解無機物和可降解聚合物形成，該多孔性骨支架的形狀為長方體。多孔性骨支架上形成有多個孔洞，孔連通率大于97%?？锥吹目讖綖?0(T800微米。孔洞的孔壁形成有多個微孔，微孔的孔徑為5 100微米，孔深f 50微米。多孔性骨支架的孔隙率為60、5%。優(yōu)選地，多孔性骨支架的孔隙率為80、0%，孔洞的孔徑為300飛00微米，孔深2(T30微米。在此條件下，既能夠提供細胞粘附的表面粗糙度，并為養(yǎng)分的傳輸提供合適的通道，又能滿足一定的力學性能要求。生物活性添加物選自殼聚糖、膠原、骨形成蛋白、淫羊藿苷、淫羊藿中的至少ー種。可降解金屬選自鎂(Mg)、鐵(Fe)、鋁(Al)、鋅(Zn)、鍶(Sr)和錳(Mn)中的ー種或鎂(Mg)、鐵(Fe)、鋁(Al)、鋅(Zn)、鍶(Sr)、錳(Mn)中的至少兩種形成的合金。優(yōu)選純度大于99%的金屬或合金。
可降解無機物選自磷酸三鈣(TCP)、羥基磷灰石(HA)、磷酸鈣、硅酸鈣、氧化鎂、氫氧化鎂、氯化鎂、碳酸鎂、磷酸鎂、硅酸鎂、氧化鐵、ニ氧化三鐵、氫氧化鐵、氯化鐵和碳酸鍶中的至少ー種?？山到饩酆衔餅榫郅炒妓?乳酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)、聚こ醇酸(PGA)、聚己內酯(PCL)、聚原酸酷、聚酸酐、聚磷腈或聚氨基酸，或為聚こ醇酸-乳酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)、聚こ醇酸(PGA)、聚己內酯(PCL)、聚原酸酷、聚酸酐、聚磷腈或聚氨基酸中的至少兩種形成的共聚物。可降解金屬、可降解無機物和可降解聚合物的質量比為I : Hf 5，生物活性添加物與可降解聚合物的質量比為1:100 10000?？梢岳斫?，在其他實施中。多孔性骨支架也可以為圓柱形、正方體或橫截面為菱形的柱體多孔性骨支架。上述多孔性骨支架為由生物活性添加物、可降解金屬、可降解無機物和可降解聚·合物形成的形狀為長方體、圓柱體或橫截面為菱形的柱體的多孔性骨支架，生物活性添加物、可降解金屬、可降解無機物和可降解聚合物的復合物能夠提供骨組織細胞分化的誘導性，多孔性骨支架上形成有孔徑為100100微米的孔洞，孔洞的連通率大于97%，孔洞的孔壁上形成有孔徑為5 100微米的微孔，孔深為f 50微米，孔隙率為60、5%，這種多孔性的結構有利于骨組織細胞的粘附和養(yǎng)分的傳輸，夠有效的固定細胞，進而使其分化和増殖，為細胞生長提供ー個有利的生長環(huán)境，有利于實現缺損骨組織的修復。請參閱圖2，ー實施方式的多孔性骨支架的制備方法，包括如下步驟步驟SllO :將生物活性添加物溶解于第一溶劑中，得到第一溶液。生物活性添加物選自殼聚糖、膠原、骨形成蛋白、淫羊藿苷、淫羊藿中的至少ー種。第一溶劑選自1，4- ニ氧六環(huán)、こ臆、環(huán)己烷、丙酮、こニ醇、環(huán)己酮和ニ氯甲烷中的ー種，優(yōu)選為1，4-ニ氧六環(huán)。第一溶劑的量使生物活性添加物充分溶解。步驟S120 :將可降解金屬、可降解無機物和可降解聚合物溶解于第二溶劑中，得到第二溶液?？山到饨饘龠x自鎂(Mg)、鐵(Fe)、鋁(Al)、鋅(Zn)、鍶(Sr)和錳(Mn)中的ー種或鎂(Mg)、鐵(Fe)、鋁(Al)、鋅(Zn)、鍶(Sr)、錳(Mn)中的至少兩種形成的合金。優(yōu)選純度大于99%的金屬或合金?？山到饨饘偈橇綖?0(T500目的金屬粉末，優(yōu)選為300目。在其他實施方式中個，可降解金屬也可以為直徑為廣500微米的絲狀金屬?？山到鉄o機物選自磷酸三鈣(TCP)、羥基磷灰石(HA)、磷酸鈣、硅酸鈣、氧化鎂、氫氧化鎂、氯化鎂、碳酸鎂、磷酸鎂、硅酸鎂、氧化鐵、ニ氧化三鐵、氫氧化鐵、氯化鐵和碳酸鍶中的至少ー種?？山到鉄o機物優(yōu)選為粒徑為10(T500目的粉末狀無機物?？山到饩酆衔餅榫郅炒妓?乳酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)、聚こ醇酸(PGA)、聚己內酯(PCL)、聚原酸酷、聚酸酐、聚磷腈或聚氨基酸，或為聚こ醇酸-乳酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)、聚こ醇酸(PGA)、聚己內酯(PCL)、聚原酸酷、聚酸酐、聚磷腈或聚氨基酸中的至少兩種形成的共聚物。第二溶劑選自1，4- ニ氧六環(huán)、こ臆、環(huán)己烷、丙酮、こニ醇、環(huán)己酮和ニ氯甲烷中的ー種，優(yōu)選為1，4-ニ氧六環(huán)。第二溶劑和第一溶劑選用同一種溶剤。第二溶劑的量使可降解金屬、可降解無機物和可降解聚合物充分溶解。將可降解金屬進行網篩得到粒徑為10(T500目的粉末后進行干燥。將可降解無機物進行網篩得到粒徑為10(T500目的粉末后進行干燥。按質量比1:廣3:1飛將干燥后可降解金屬、可降解無機物及可降解聚合物溶于第二溶劑中得到第二溶液。步驟S130 :混合第一溶液和第二溶液，得到混合液。取適量的第一溶液和第二溶液進行混合，攪拌過夜得到均相的混合液，該混合液中，生物活性添加物與可降解聚合物的質量比為I:io(Tioooo。上述混合液作為多孔性骨支架的生成材料，對多孔性骨支架的生物相容性、生物降解性、力學性能、骨組織誘導性等產生重要影響。殼聚糖、膠原、骨形成蛋白、淫羊藿苷、淫羊藿等作為生物活性添加物，這幾種物質·在多孔性骨支架中持續(xù)釋放，能夠長期在骨缺損部位保持療效，促進骨的生長，并且這幾種生物活性添加物具有促進骨組織細胞的分化的誘導性，有利于骨組織細胞的分化，因而有利于修復缺損性骨組織。鎂(Mg)、鐵(Fe)、鋁(Al)、鋅(Zn)、鍶(Sr)和錳(Mn)作為骨生長的必要元素，因此含有這種幾種元素的可降解金屬可促進骨的生長?？山到鉄o機物磷酸三鈣(TCP)、羥基磷灰石(HA)、磷酸鈣、硅酸鈣、氧化鎂、氫氧化鎂、氯化鎂、碳酸鎂、磷酸鎂、硅酸鎂、氧化鐵、ニ氧化三鐵、氫氧化鐵、氯化鐵和碳酸鍶具有同骨組織相似的材料特性及表面化學性質，有利于增強多孔性骨支架的生物相容性。可降解金屬和可降解無機物的添加可增強多孔性骨支架的初始力學強度，提供骨組織生長的支撐。聚こ醇酸-乳酸共聚物、聚乳酸、聚こ醇酸、聚己內酷、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、聚己內酷、聚原酸酷、聚酸酐、聚磷腈、聚氨基酸中的至少兩種形成的共聚物這幾種可降解聚合物在多孔性骨支架中起暫時性支撐作用，并與與生物活性添加物、可降解金屬和可降解無機物復合，使得骨支架具有良好的生物相容性和生物可降解性?；旌弦褐?，可降解金屬、可降解無機物及可降解聚合物的質量比為I :廣3:廣5，生物活性添加物與可降解聚合物的質量比為I : io(Tioooo，能夠充分促進骨組織細胞的分化的誘導性并提供足夠的力學強度。步驟S 140 :用模塊化結構軟件Mimics中的MEDCAD模塊統(tǒng)計分析缺損骨骼斷面圖像，并測量所述缺損骨骼的尺寸，根據分析和測量結果創(chuàng)建CAD模型，導出所述含有CAD模型的數據。首先進行CT掃描以得到缺損骨骼每隔一定距離的各個斷面的灰度圖像，然后用模塊化結構軟件Mimics中的MEDCAD模塊進行統(tǒng)計分析，并測量缺損骨骼的數據以確定多孔性骨支架的尺寸，如長、寬、高等，根據統(tǒng)計分析結果和測量結果，通過對比增強、閾值化、平滑處理等創(chuàng)建個性化的缺損骨骼的CAD模型，根據該CAD模型制備符合人體特殊骨骼結構的多孔性骨支架，井能夠滿足不同患者的個體需求。含有CAD模型的數據用STL格式文件導出。STL格式是由3D SYSTEM公司于1988年制定的ー個接ロ協(xié)議，是ー種為快速原型制造技術服務的三維圖形文件格式。
模塊化結構軟件Mimics是Materialise公司的交互式的醫(yī)學影像控制系統(tǒng)。Mimics是ー個基于模塊的系統(tǒng)，它可以量身定做已滿足客戶個人的需要。該軟件中允許有不同的模塊以提供給基于編輯的醫(yī)學圖像所有工具功能。MEDCAD模塊是醫(yī)學圖像(如CT、MRI圖像)和CAD設計之間的橋梁。MEDCAD將用戶的掃描數據轉換成CAD對象。根據缺損骨骼的斷面圖像和尺寸建立的CAD模型能夠最真實的反應缺損骨骼的狀況，根據CAD模型制備得到多孔性骨支架能適應人體不同部位的缺損骨骼修復需求。步驟S150 :用分層軟件對所述含有CAD模型的數據進行分層處理得到分層后的數據，分層厚度為0. 05、. 2毫米，噴頭角度為(Tl79°變換。將含有CAD模型的數據，即STL格式文件進行分層處理，以確定在三維打印過程中，材料噴射的高度，以及多孔骨支架的縱向孔徑。分層處理用低溫快速成型儀自身的分層軟件進行，分層厚度為0. 05、. 2毫米，噴頭角度為(Tl79°變換。
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分層處理后得到分層后的數據，將該分層后的數據導出為CLI格式。CLI (CommonLayer Interface)格式是是歐洲快速成型行動組織支持的ー種格式。它試圖克服STL格式的局限性，能為各種快速成型系統(tǒng)所采用。步驟S 160 :將混合液加入低溫快速成型儀中，并將分層后的數據導入低溫快速成型儀中，根據分層后的數據在-4(T-10°C溫度下進行三維打印形成長方體、圓柱體、正方體或橫截面為菱形的柱體多孔性骨支架雛形，所述三維打印的噴絲間距為0. 5^2毫米，噴頭速度為4 30毫米/秒，液體流出速度為0. n毫升/分。將混合液加入低溫快速成型儀(清華大學，Tissueform-II)中，并將步驟S150得到的分層后的數據，即CLI格式文件導入低溫快速成型儀中。根據分層后的數據在-4(T-10°C下進行三維打印形成長方體、圓柱體、正方體或橫截面為菱形的柱體多孔性骨支架雛形。多孔性骨支架雛形中形成多個孔徑為10(T800微米的孔，孔洞的連通率大于97%。在-4(T-10°C下進行三維打印，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較高的促進骨組織細胞分化的誘導性。步驟S150的分層厚度為0. 05、. 2毫米，噴頭角度為(Tl79°變換，以及三維打印的噴絲間距優(yōu)選為0. 5^2毫米，噴頭速度優(yōu)選為4 30毫米/秒，液體流出速度優(yōu)選為0. n毫升/分，能夠有效控制多孔性骨支架雛形的孔洞的孔徑為100100微米、連通率達97%以上。步驟S170 :將多孔性骨支架雛形于_196'40°C溫度下處理5分鐘小時后，進行真空干燥得到多孔性骨支架。在得到多孔性骨支架雛形后，為了在孔洞的孔壁形成微孔，以提高孔壁的比表面積和粗糙度，提到細胞在多孔性骨支架的粘附性。將多孔性骨支架雛形于_196'40°C溫度下處理5分鐘小吋，使得第一溶劑和第二溶劑根據孔壁的微孔的設計需要形成相應大小的結晶，然后進行真空干燥以除去第一溶劑和第二溶劑。真空干燥的步驟是將經過_196'40°C溫度處理后的多孔性骨支架雛形放入冷凍干燥機中，在真空度20Pa以下，以1 10°C /小時的升溫速度升溫至1(T30°C下干燥48小吋。采用f 10°C /小時較為緩慢的升溫速度及1(T30°C的較低的干燥溫度，以保持生物活性添加物的活性。
真空干燥后，在多孔性骨支架雛形的孔洞的孔壁內形成微孔，微孔的孔徑為5 100微米、深度為廣50微米。最終得到的多孔性骨支架的孔隙率為60、5%。最終得到形狀為長方體、圓柱體、正方體或橫截面為菱形的柱體的多孔性骨支架，多孔性骨支架的孔隙率為60、5%、孔洞的孔徑大小為10(T800微米、孔的連通率在97%以上，孔壁分布有大量孔徑為5 100微米、深度為f 50微米的微孔。孔隙率為60、5%、孔徑為100^800微米的支架結構可滿足骨組織細胞生長的營養(yǎng)傳遞及代謝需求，孔壁上5 100 u m的微孔增加了孔壁的比表面積和粗糙度，増大細胞和多孔性骨支架表面的接觸面積，阻礙細胞的遷移，起到固定細胞，促進成骨細胞粘附，増殖和分化的作用?？椎倪B通率高達97%以上，良好的孔道連通性有利于骨組織和血管組織的長入，便于營養(yǎng)物質的輸送和細胞代謝產物的排泄，保證骨組織的傳導作用。上述多孔性骨支架的制備方法通過設置合適分層處理的參數、三維打印的參數、低溫處理及真空干燥的參數，以控制制備得到多孔性骨支架的孔徑大小、孔隙率、微孔的孔徑大小、深度等。優(yōu)選的，采用上述多孔性骨支架的制備方法能夠制備孔徑為300飛00微·米、孔隙率為80、0%、微孔的孔徑大小為5 20微米、孔深2(T30微米的多孔性骨支架。三維打印和低溫成型的方法具有生產周期短和成本低等優(yōu)點，并且低溫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備方法根據骨骼斷面圖像及骨骼尺寸建立個性化的骨支架CAD模型，能夠滿足骨的不同植入部位所需要的生物及力學的要求，然后利用低溫快速成型技術實現骨支架的孔的孔徑大小為100100及孔隙率為60、5%的調控，并結合相分離技術實現在孔壁上形成5 100 的微孔結構的調控，制備得到預先設計的具有三維立體褶皺結構的多孔性骨支架，該多孔性骨支架能夠滿足細胞及組織生長的生理需求，有利于實現缺損骨組織的修復。上述多孔性骨支架的制備方法將模塊化結構軟件設計與低溫快速成型系統(tǒng)及相分離技術相結合，三位一體制備符合人體特殊骨骼結構的多孔性骨支架，以更好適應植入部位的內環(huán)境，更有利于骨缺損部位的修復。以下為具體實施例I實施例II、在室溫下，將I份膠原溶解于1，4_ ニ氧六環(huán)得到第一溶液中；按質量比為1:1:4稱取25份粒徑為300目的金屬鎂粉、25份粒徑為300目的TCP和100份PLGA溶解于1，4-ニ氧六環(huán)中得到第二溶液，混合第一溶液和第二溶液，攪拌均勻過夜得到均相的混合液。2、用模塊化結構軟件Mimics中的MEDCAD模塊統(tǒng)計分析腿部脛骨缺損骨骼斷面圖像，并測量所述缺損骨骼的尺寸，根據所述分析和測量結果創(chuàng)建CAD模型，CAD模型為長X寬X高為3X3X4cm的長方體多孔性骨支架，將含有該CAD模型的數據導出為STL格式文件，再用低溫快速成型儀自帶分層軟件進行分層處理以確定每ー層的厚度，即分層厚度。分層厚度為為0. 12mm，噴頭角度為0° /90°變換，按0°或90°打印ー層，然后按90°或0°打印下ー層，如此變換，將分層后的數據導出為CLI格式文件。3、將上述混合液倒入低溫快速成型儀中，根據上述CLI格式文件設置噴絲間距為I. 2mm,噴頭速度為21mm/s,液體流出速度為lml/min,在-25°C下進行三維打印形成多孔性骨支架雛形，該多孔性骨支架雛形的孔為圓形，孔徑為400 ym、初始孔隙率為68%、孔連通率為98%。4、將上述多孔性骨支架雛形置于_40°C處理24分鐘后，置于冷凍干燥機內，真空度為10Pa，升溫速度為1°C /h,升溫至20°C，冷凍干燥48小時后得到孔洞的孔徑為400 u m、最終孔隙率為81%、孔壁分布著大量孔徑為2(T40 微孔的多孔性骨支架，微孔的孔深14 u m0圖3為所得到的多孔性骨支架的表面元素分析圖，由圖3可看出，多孔性骨支架的表面含有TCP (A)和Mg (B)。圖4至圖8為所得到的多孔性骨支架的掃描電鏡圖，由圖4至圖8可以看出，所得到多孔性骨支架形成多個孔，孔的孔壁上又形成多個微孔，孔壁具有較大的比表面積和粗糙度，該多孔性骨支架呈多孔且內部貫通的孔網絡結構。
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圖9是正常松質骨的掃描電鏡圖。比較圖8和圖9可知，所制備得到多孔性骨支架結構與正常松質骨結構較為接近。實施例2I、在室溫下，將I份骨形成蛋白溶解于こ腈中得到第一溶液中；按質量比為1:1:5稱取100份粒徑為500目的金屬鉄粉、100份粒徑為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，攪拌均勻過夜得到均相的混合液。2、用模塊化結構軟件Mimics中的MEDCAD模塊統(tǒng)計分析缺損手部尺骨骨骼斷面圖像，并測量所述缺損骨骼的尺寸，根據所述分析和測量結果創(chuàng)建CAD模型，CAD模型為直徑2cm,高4cm的圓柱體多孔性骨支架，將含有該CAD模型的數據導出為STL格式文件，再用低溫快速成型自帶分層軟件進行分層處理，分層厚度為0. 1_，噴頭角度為0/60°變換，按0°或60°打印ー層，然后按60°或0°打印下ー層，如此變換，將分層后的數據導出CLI格式文件。3、將上述勻相溶液倒入低溫快速成型儀中，根據上述CLI格式文件，設置噴絲間距為1mm，噴頭速度為10mm/s,液體流出速度為I. 5ml/min,在-30°C下進行三維打印形成多孔性骨支架雛形，該多孔性骨支架雛形的孔道為菱形，孔道的孔徑為250 u m、初始孔隙率為70%、孔連通率為97%。4、將上述多孔性骨支架雛形置于_196°C下處理IOmin后，置于冷凍干燥機內，真空度為lOPa，升溫速度為2V /h，升溫至30°C，冷凍干燥48h后成型。得到孔徑為250y m、最終孔隙率為86%，孔壁分布著大量孔徑為5 10 u m微孔的多孔性骨支架，微孔的孔深6 u m。實例3I、在室溫下，將I份淫羊藿苷溶解于環(huán)己烷中得到第一溶液中；按質量比為1:1:2稱取500份粒徑為100目的金屬鍶粉、500份粒徑為100目的HA和1000份PLLA溶解于環(huán)己烷中得到第二溶液，混合第一溶液和第二溶液，攪拌均勻過夜得到均相的混合液。2、用模塊化結構軟件Mimics中的MEDCAD模塊統(tǒng)計分析手部尺骨缺損骨骼斷面圖像，并測量所述缺損骨骼的尺寸，根據所述分析和測量結果創(chuàng)建CAD模型，CAD模型為長X寬X高為2X2X3cm的橫截面為菱形的柱體多孔支架，將含有該CAD模型的數據導出為STL格式文件，再用低溫快速成型自帶分層軟件進行分層處理，分層厚度為0. 08mm,噴頭角度為60° /135°變換，按60°或135°打印ー層，然后按135°或60°打印下ー層，如此變換，將分層后的數據導出為CLI格式文件。3、將上述勻相溶液倒入低溫快速成型儀中，根據上述CLI格式文件，設置噴絲間距為0. 8mm,噴頭速度為15mm/s,液體流出速度為lml/min,在-45°C下進行三維打印形成多孔性骨支架雛形，該多孔性骨支架雛形的孔道為菱形，孔道的孔徑為200 u m,初始孔隙率為73%、孔連通率達100%。4、將上述多孔性骨支架雛形置于_196°C下預冷I小時后，置于冷凍干燥機內，真空度為10Pa，升溫速度為5°C /h,升溫至10°C，冷凍干燥48h后成型。得到孔徑為200 u m、最終孔隙率為88%、孔連通率為97%，孔壁分布著孔徑為5 10 U m微孔的多孔性骨支架，微孔的孔深6 ii m。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的?！ぷo范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種多孔性骨支架，其特征在于，所述多孔性骨支架由生物活性添加物、可降解金屬、可降解無機物和可降解聚合物形成，所述多孔性骨支架的形狀為長方體、圓柱體、正方體或橫截面為菱形的柱體，所述多孔性骨支架上形成多個孔洞，孔洞的連通率大于97%，所述孔洞的孔壁上形成有多個微孔，所述孔洞的孔徑為iooloo微米，所述微孔的孔徑為5^100微米、孔深f 50微米，所述多孔性骨支架的孔隙率為60、5%。
2.根據權利要求I所述的多孔性骨支架，其特征在于，所述孔隙率為80、0%，所述孔洞的孔徑為300飛00微米，所述微孔的孔徑為5 20微米、孔深20 30微米。
3.—種多孔性骨支架的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 將生物活性添加物溶解于第一溶劑中，得到第一溶液； 將可降解金屬、可降解無機物和可降解聚合物溶解于第二溶劑中，得到第二溶液； 混合所述第一溶液和第二溶液，得到混合液； 用模塊化結構軟件Mimics中的MEDCAD模塊統(tǒng)計分析缺損骨骼斷面圖像，并測量所述缺損骨骼的尺寸，根據所述分析和測量結果創(chuàng)建CAD模型，導出含有所述CAD模型的數據； 用分層軟件對所述含有CAD模型的數據進行分層處理得到分層后的數據，分層厚度為0.05、. 2毫米，噴頭角度為(Tl79°變換； 將所述混合液加入低溫快速成型儀中，并將所述分層后的數據導入低溫快速成型儀中，根據所述分層后的數據在-4(T-10°C溫度下進行三維打印形成長方體、圓柱體、正方體或橫截面為菱形的柱體多孔性骨支架雛形，所述三維打印的噴絲間距為0. 5^2毫米，噴頭速度為4 30毫米/秒，液體流出速度為0. n毫升/分，所述多孔性骨支架雛形上形成有多個孔徑為10(T800微米的孔洞，孔洞的連通率大于97% ； 將所述多孔性骨支架雛形于_196'40°C溫度下處理5分鐘小時后，進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個微孔，所述微孔的孔徑為5^100微米、孔深為f 50微米，所述多孔性骨支架的孔隙率為60、5%。
4.根據權利要求I所述的多孔性骨支架的制備方法，其特征在于，可降解金屬、可降解無機物和可降解聚合物的質量比為I :廣3: f 5，所述混合液中，所述物活性添加物與可降解聚合物的質量比為I : 100 10000。
5.根據權利要求I所述的多孔性骨支架的制備方法，其特征在于，所述生物活性添加物選自殼聚糖、膠原、骨形成蛋白、淫羊藿苷、淫羊藿中的至少一種。
6.根據權利要求I所述的多孔性骨支架的制備方法，其特征在于，所述可降解金屬選自鎂、鐵、鋁、鋅、鍶和錳中的一種或鎂、鐵、鋁、鋅、鍶、錳中的至少兩種形成的合金。
7.根據權利要求I所述的多孔性骨支架的制備方法，其特征在于，所述可降解無機物選自磷酸三鈣、羥基磷灰石、磷酸鈣、硅酸鈣、氧化鎂、氫氧化鎂、氯化鎂、碳酸鎂、磷酸鎂、硅酸鎂、氧化鐵、二氧化三鐵、氫氧化鐵、氯化鐵和碳酸鍶中的至少一種。
8.根據權利要求I所述的多孔性骨支架的制備方法，其特征在于，所述可降解聚合物為聚乙醇酸-乳酸共聚物、聚乳酸、聚乙醇酸、聚己內酯、聚原酸酯、聚酸酐、聚磷腈或聚氨基酸，或為聚乙醇酸-乳酸共聚物、聚乳酸、聚乙醇酸、聚己內酯、聚原酸酯、聚酸酐、聚磷腈、聚氨基酸中的至少兩種形成的共聚物。
9.根據權利要求I所述的多孔性骨支架的制備方法，其特征在于，所述可降解金屬是粒徑為100 500目的金屬粉末或直徑為1飛00微米的絲狀金屬。
10.根據權利要求I所述的多孔性骨支架的制備方法，其特征在于，所述可降解無機物為粒徑為10(T500目的粉末狀無機物。
11.根據權利要求I所述的多孔性骨支架的制備方法，其特征在于，所述第一溶劑和第二溶劑選自1，4-二氧六環(huán)、乙腈、環(huán)己烷、丙酮、乙二醇、環(huán)己酮和二氯甲烷中的一種。
12.根據權利要求I所述的多孔性骨支架的制備方法，其特征在于，所述真空干燥的步驟是在真空度20Pa以下、溫度1(T30°C下干燥12 48小時。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多孔性骨支架，由生物活性添加物、可降解金屬、可降解無機物和可降解聚合物形成。該多孔性骨支架的形狀為長方體、圓柱體、正方體或橫截面為菱形的柱體，多孔性骨支架上形成多個孔洞，孔洞的連通率大于97%，孔洞的孔壁上形成有多個微孔，孔洞的孔徑為100～800微米，微孔的孔徑為5～100微米、孔深1～50微米，多孔性骨支架的孔隙率為60～95%。這種多孔性的結構有利于骨組織細胞的粘附和養(yǎng)分的傳輸，夠有效的固定細胞，進而使其分化和增殖，為細胞生長提供一個有利的生長環(huán)境，有利于實現缺損骨組織的修復。本發(fā)明還提供一種多孔性骨支架的制備方法。
文檔編號A61F2/02GK102784014SQ20121028845
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月14日 優(yōu)先權日2012年8月14日
發(fā)明者張明, 秦嶺, 賴毓霄, 陳淑奎 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院