專(zhuān)利名稱(chēng)：多孔性骨支架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型 涉及生物醫(yī)學(xué)組織工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多孔性骨支架。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)發(fā)展，人口老齡化、創(chuàng)傷、骨腫瘤等導(dǎo)致的骨缺損特別是長(zhǎng)段骨缺損成為了骨科臨床上的棘手問(wèn)題。由于缺乏合適治療方法而致殘的人數(shù)逐年上升，為社會(huì)穩(wěn)定及人民生活質(zhì)量帶來(lái)嚴(yán)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(zhì)骨、應(yīng)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(yīng)、供骨部位并發(fā)癥、手術(shù)耗費(fèi)大周期長(zhǎng)等缺陷。骨組織工程是將人體細(xì)胞種植到具有生物相容性的支架材料，細(xì)胞在支架上增殖、分化到一定程度后，重新植入骨缺損部位，隨著細(xì)胞的繼續(xù)增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(shù)克服了傳統(tǒng)骨缺損移植技術(shù)的缺點(diǎn)，是骨組織缺損治療技術(shù)研究的熱點(diǎn)。制備具有生物相容性、生物可降解性、具有高度連通孔結(jié)構(gòu)、可控的孔尺寸及與所修復(fù)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(guān)鍵技術(shù)之一，以使細(xì)胞和養(yǎng)分在支架中順利傳輸，提供細(xì)胞附著、生長(zhǎng)和增殖的空間和區(qū)域。利用多種材料復(fù)合是目前骨組織工程支架的熱點(diǎn)研究方向，通過(guò)多種材料復(fù)合可以滿(mǎn)足骨組織工程支架所需要的安全性、降解性、力學(xué)性能的需求。除此之外，多孔性骨支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也對(duì)骨組織工程支架的骨修復(fù)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(xì)胞生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸送管道，其孔徑的大小對(duì)骨組織生長(zhǎng)起著至關(guān)重要的影響，孔徑過(guò)大則不利于細(xì)胞的粘附，過(guò)小則不利于細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖和分化。而孔壁上的微孔，增加了孔壁的粗糙度，可促進(jìn)細(xì)胞粘附。細(xì)胞粘附是組織生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，多孔性骨支架必須首先能夠有效的固定細(xì)胞，進(jìn)而使其分化和增殖。同時(shí)，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(shí)，孔壁上又能分布著孔徑和孔深度適宜的大量微孔，能夠?yàn)楣墙M織細(xì)胞的生長(zhǎng)提供一個(gè)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(shí)現(xiàn)缺損骨組織的修復(fù)。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(shù)、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(guò)小、不可控等缺點(diǎn)，不利于細(xì)胞遷移；致孔劑法存在著致孔劑殘留形成細(xì)胞毒性；高壓氣體發(fā)泡法制備的支架孔洞過(guò)小或孔洞不連通不利于細(xì)胞粘附及生長(zhǎng)；靜電紡絲技術(shù)制備的支架力學(xué)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(mǎn)足對(duì)孔徑大小、孔隙率、孔壁比表面積的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容基于此，有必要提供一種能夠?yàn)楣墙M織細(xì)胞提供有利的生長(zhǎng)環(huán)境的多孔性骨支架。[0006]一種多孔性骨支架，所述多孔性骨支架的形狀為長(zhǎng)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(gè)孔洞，孔洞的連通率大于97%，所述孔洞的孔壁上形成有多個(gè)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f 50微米，所述多孔性骨支架的孔隙率為60、5%。在其中一個(gè)實(shí)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。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(wú)機(jī)物和可降解聚合物形成的形狀為長(zhǎng)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(wú)機(jī)物和可降解聚合物的復(fù)合物能夠提供骨組織細(xì)胞分 化的誘導(dǎo)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(jié)構(gòu)有利于骨組織細(xì)胞的粘附和養(yǎng)分的傳輸，夠有效的固定細(xì)胞，進(jìn)而使其分化和增殖，為細(xì)胞生長(zhǎng)提供一個(gè)有利的生長(zhǎng)環(huán)境，有利于實(shí)現(xiàn)缺損骨組織的修復(fù)。

圖I為一實(shí)施方式的多孔性骨支架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為一實(shí)施方式的多孔性骨支架的制備方法流程圖；圖3為實(shí)施例I制備的多孔性骨支架的元素分析圖；圖4為實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例I制備的多孔性骨支架的掃描電鏡圖(1000X)；圖8為實(shí)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(zhì)骨的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施方式
以下通過(guò)具體實(shí)施方式
和附圖對(duì)上述多孔性骨支架進(jìn)一步闡述。請(qǐng)參閱圖1，一實(shí)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(wú)機(jī)物和可降解聚合物形成，該多孔性骨支架的形狀為長(zhǎng)方體。多孔性骨支架上形成有多個(gè)孔洞，孔連通率大于97%?？锥吹目讖綖?0(T800微米?？锥吹目妆谛纬捎卸鄠€(gè)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30(T500微米，孔深2(T30微米。在此條件下，既能夠提供細(xì)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(mǎn)足一定的力學(xué)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、淫羊藿中的至少一種?？山到饨饘龠x自鎂(Mg)、鐵(Fe)、鋁(Al)、鋅(Zn)、鍶(Sr)和錳(Mn)中的一種或鎂(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。[0024]可降解無(wú)機(jī)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、二氧化三鐵、氫氧化鐵、氯化鐵和碳酸鍶中的至少一種?？山到饩酆衔餅榫垡掖妓?乳酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚原酸酯、聚酸酐、聚磷腈或聚氨基酸，或?yàn)榫垡掖妓?乳酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚原酸酯、聚酸酐、聚磷腈或聚氨基酸中的至少兩種形成的共聚物?？山到饨饘?、可降解無(wú)機(jī)物和可降解聚合物的質(zhì)量比為I : Hf 5，生物活性添加物與可降解聚合物的質(zhì)量比為1:100 10000?？梢岳斫?，在其他實(shí)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?！0028]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(wú)機(jī)物和可降解聚合物形成的形狀為長(zhǎng)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(wú)機(jī)物和可降解聚合物的復(fù)合物能夠提供骨組織細(xì)胞分化的誘導(dǎo)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(jié)構(gòu)有利于骨組織細(xì)胞的粘附和養(yǎng)分的傳輸，夠有效的固定細(xì)胞，進(jìn)而使其分化和增殖，為細(xì)胞生長(zhǎng)提供一個(gè)有利的生長(zhǎng)環(huán)境，有利于實(shí)現(xiàn)缺損骨組織的修復(fù)。請(qǐng)參閱圖2，一實(shí)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、淫羊藿中的至少一種。第一溶劑選自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，優(yōu)選為1，4-二氧六環(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(wú)機(jī)物和可降解聚合物溶解于第二溶劑中，得到第二溶液。可降解金屬選自鎂(Mg)、鐵(Fe)、鋁(Al)、鋅(Zn)、鍶(Sr)和錳(Mn)中的一種或鎂(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。可降解金屬是粒徑為100 500目的金屬粉末，優(yōu)選為300目。在其他實(shí)施方式中個(gè)，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(wú)機(jī)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、二氧化三鐵、氫氧化鐵、氯化鐵和碳酸鍶中的至少一種?？山到鉄o(wú)機(jī)物優(yōu)選為粒徑為10(T500目的粉末狀無(wú)機(jī)物?？山到饩酆衔餅榫垡掖妓?乳酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚原酸酯、聚酸酐、聚磷腈或聚氨基酸，或?yàn)榫垡掖妓?乳酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚原酸酯、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- 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，優(yōu)選為1，4-二氧六環(huán)。第二溶劑和第一溶劑選用同一種溶劑。第二溶劑的量使可降解金屬、可降解無(wú)機(jī)物和可降解聚合物充分溶解。將可降解金屬進(jìn)行網(wǎng)篩得到粒徑為10(T500目的粉末后進(jìn)行干燥。將可降解無(wú)機(jī)物進(jìn)行網(wǎng)篩得到粒徑為KKT500目的粉末后進(jìn)行干燥。按質(zhì)量比I : f 3:1飛將干燥后可降解金屬、可降解無(wú)機(jī)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(jìn)行混合，攪拌過(guò)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(zhì)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(duì)多孔性骨支架的生物相容性、生物降解性、力學(xué)性能、骨組織誘導(dǎo)性等產(chǎn)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(zhì)在多孔性骨支架中持續(xù)釋放，能夠長(zhǎng)期在骨缺損部位保持療效，促進(jìn)骨的生長(zhǎng)，并且這幾種 生物活性添加物具有促進(jìn)骨組織細(xì)胞的分化的誘導(dǎo)性，有利于骨組織細(xì)胞的分化，因而有利于修復(fù)缺損性骨組織。鎂(Mg)、鐵(Fe)、鋁(Al)、鋅(Zn)、鍶(Sr)和錳(Mn)作為骨生長(zhǎng)的必要元素，因此含有這種幾種元素的可降解金屬可促進(jìn)骨的生長(zhǎng)。可降解無(wú)機(jī)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、二氧化三鐵、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(xué)性質(zhì)，有利于增強(qiáng)多孔性骨支架的生物相容性?？山到饨饘俸涂山到鉄o(wú)機(jī)物的添加可增強(qiáng)多孔性骨支架的初始力學(xué)強(qiáng)度，提供骨組織生長(zhǎng)的支撐。聚乙醇酸-乳酸共聚物、聚乳酸、聚乙醇酸、聚己內(nèi)酯、聚原酸酯、聚酸酐、聚磷腈或聚氨基酸，或聚乙醇酸-乳酸共聚物、聚乳酸、聚乙醇酸、聚己內(nèi)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這幾種可降解聚合物在多孔性骨支架中起暫時(shí)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(wú)機(jī)物復(fù)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(wú)機(jī)物及可降解聚合物的質(zhì)量比為1:廣3:廣5，生物活性添加物與可降解聚合物的質(zhì)量比為i:io(Tioooo，能夠充分促進(jìn)骨組織細(xì)胞的分化的誘導(dǎo)性并提供足夠的力學(xué)強(qiáng)度。步驟S140 :用模塊化結(jié)構(gòu)軟件Mimics中的MEDCAD模塊統(tǒng)計(jì)分析缺損骨骼斷面圖像，并測(cè)量所述缺損骨骼的尺寸，根據(jù)分析和測(cè)量結(jié)果創(chuàng)建CAD模型，導(dǎo)出所述含有CAD模型的數(shù)據(jù)。首先進(jìn)行CT掃描以得到缺損骨骼每隔一定距離的各個(gè)斷面的灰度圖像，然后用模塊化結(jié)構(gòu)軟件Mimics中的MEDCAD模塊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并測(cè)量缺損骨骼的數(shù)據(jù)以確定多孔性骨支架的尺寸，如長(zhǎng)、寬、高等，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果和測(cè)量結(jié)果，通過(guò)對(duì)比增強(qiáng)、閾值化、平滑處理等創(chuàng)建個(gè)性化的缺損骨骼的CAD模型，根據(jù)該CAD模型制備符合人體特殊骨骼結(jié)構(gòu)的多孔性骨支架，并能夠滿(mǎn)足不同患者的個(gè)體需求。含有CAD模型的數(shù)據(jù)用STL格式文件導(dǎo)出。STL格式是由3D SYSTEM公司于1988年制定的一個(gè)接口協(xié)議，是一種為快速原型制造技術(shù)服務(wù)的三維圖形文件格式。[0052]模塊化結(jié)構(gòu)軟件Mimics是Materialise公司的交互式的醫(yī)學(xué)影像控制系統(tǒng)。Mimics是一個(gè)基于模塊的系統(tǒng)，它可以量身定做已滿(mǎn)足客戶(hù)個(gè)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(xué)圖像所有工具功能。MEDCAD模塊是醫(yī)學(xué)圖像(如CT、MRI圖像)和CAD設(shè)計(jì)之間的橋梁。MEDCAD將用戶(hù)的掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAD對(duì)象。根據(jù)缺損骨骼的斷面圖像和尺寸建立的CAD模型能夠最真實(shí)的反應(yīng)缺損骨骼的狀況，根據(jù)CAD模型制備得到多孔性骨支架能適應(yīng)人體不同部位的缺損骨骼修復(fù)需求。步驟S150 :用分層軟件對(duì)所述含有CAD模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行分層處理得到分層后的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)，即STL格式文件進(jìn)行分層處理，以確定在三維打印過(guò)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(jìn)行，分層厚度為0. 05、. 2毫米，噴頭角度為(Tl79°變換。分層處理后得到分層后的數(shù)據(jù)，將該分層后的數(shù)據(jù)導(dǎo)出為CLI格式。CLI (CommonLayer Interface)格式是是歐洲快速成型行動(dòng)組織支持的一種格式。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S160 :將混合液加入低溫快速成型儀中，并將分層后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入低溫快速成型儀中，根據(jù)分層后的數(shù)據(jù)在-4(T-1(TC溫度下進(jìn)行三維打印形成長(zhǎng)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(xué)，Tissueform-II)中，并將步驟S150得到的分層后的數(shù)據(jù)，即CLI格式文件導(dǎo)入低溫快速成型儀中。根據(jù)分層后的數(shù)據(jù)在-4(T-1(TC下進(jìn)行三維打印形成長(zhǎng)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(gè)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(jìn)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(jìn)骨組織細(xì)胞分化的誘導(dǎo)性。步驟S150的分層厚度為0. 05、. 2毫米，噴頭角度為0 179°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(dá)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(shí)后，進(jìn)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(xì)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分鐘小時(shí)，使得第一溶劑和第二溶劑根據(jù)孔壁的微孔的設(shè)計(jì)需要形成相應(yīng)大小的結(jié)晶，然后進(jìn)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(jīng)過(guò)_196'40°C溫度處理后的多孔性骨支架雛形放入冷凍干燥機(jī)中，在真空度20Pa以下，以1 10°C /小時(shí)的升溫速度升溫至1(T30°C下干燥48小時(shí)。采用f 10°C /小時(shí)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。[0064]真空干燥后，在多孔性骨支架雛形的孔洞的孔壁內(nèi)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(zhǎng)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?？紫堵蕿?0、5%、孔徑為100^800微米的支架結(jié)構(gòu)可滿(mǎn)足骨組織細(xì)胞生長(zhǎng)的營(yíng)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，增大細(xì)胞和多孔性骨支架表面的接觸面積，阻礙細(xì)胞的遷移，起到固定細(xì)胞，促進(jìn)成骨細(xì)胞粘附，增殖和分化的作用?？椎倪B通率高達(dá)97%以上，良好的孔道連通性有利于骨組織和血管組織的長(zhǎng)入，便于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸送和細(xì)胞代謝產(chǎn)物的排泄，保證骨組織的傳導(dǎo)作用。上述多孔性骨支架的制備方法通過(guò)設(shè)置合適分層處理的參數(shù)、三維打印的參數(shù)、低溫處理及真空干燥的參數(shù)，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30(T500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(chǎn)周期短和成本低等優(yōu)點(diǎn)，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(jù)骨骼斷面圖像及骨骼尺寸建立個(gè)性化的骨支架CAD模型，能夠滿(mǎn)足骨的不同植入部位所需要的生物及力學(xué)的要求，然后利用低溫快速成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)骨支架的孔的孔徑大小為100100及孔隙率為60、5%的調(diào)控，并結(jié)合相分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)在孔壁上形成5 100 的微孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控，制備得到預(yù)先設(shè)計(jì)的具有三維立體褶皺結(jié)構(gòu)的多孔性骨支架，該多孔性骨支架能夠滿(mǎn)足細(xì)胞及組織生長(zhǎng)的生理需求，有利于實(shí)現(xiàn)缺損骨組織的修復(fù)。上述多孔性骨支架的制備方法將模塊化結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計(jì)與低溫快速成型系統(tǒng)及相分離技術(shù)相結(jié)合，三位一體制備符合人體特殊骨骼結(jié)構(gòu)的多孔性骨支架，以更好適應(yīng)植入部位的內(nèi)環(huán)境，更有利于骨缺損部位的修復(fù)。以下為具體實(shí)施例I實(shí)施例II、在室溫下，將I份膠原溶解于1，4-二氧六環(huán)得到第一溶液中；按質(zhì)量比為1:1:4稱(chēng)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1，4-二氧六環(huán)中得到第二溶液，混合第一溶液和第二溶液，攪拌均勻過(guò)夜得到均相的混合液。2、用模塊化結(jié)構(gòu)軟件Mimics中的MEDCAD模塊統(tǒng)計(jì)分析腿部脛骨缺損骨骼斷面圖像，并測(cè)量所述缺損骨骼的尺寸，根據(jù)所述分析和測(cè)量結(jié)果創(chuàng)建CAD模型，CAD模型為長(zhǎng)X寬X高為3X3X4cm的長(zhǎng)方體多孔性骨支架，將含有該CAD模型的數(shù)據(jù)導(dǎo)出為STL格式文件，再用低溫快速成型儀自帶分層軟件進(jìn)行分層處理以確定每一層的厚度，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°打印一層，然后按90°或0°打印下一層，如此變換，將分層后的數(shù)據(jù)導(dǎo)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(jù)上述CLI格式文件設(shè)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(jìn)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(jī)內(nèi)，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(shí)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(gè)孔，孔的孔壁上又形成多個(gè)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(nèi)部貫通的孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖9是正常松質(zhì)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(jié)構(gòu)與正常松質(zhì)骨結(jié)構(gòu)較為接近。實(shí)施例2I、在室溫下，將I份骨形成蛋白溶解于乙腈中得到第一溶液中；按質(zhì)量比為1:1:5稱(chēng)取100份粒徑為500目的金屬鐵粉、100份粒徑為500目的TCP和500份PCL溶解于乙腈中得到第二溶液，混合第一溶液和第二溶液，攪拌均勻過(guò)夜得到均相的混合液。2、用模塊化結(jié)構(gòu)軟件Mimics中的MEDCAD模塊統(tǒng)計(jì)分析缺損手部尺骨骨骼斷面圖像，并測(cè)量所述缺損骨骼的尺寸，根據(jù)所述分析和測(cè)量結(jié)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(shù)據(jù)導(dǎo)出為STL格式文件，再用低溫快速成型自帶分層軟件進(jìn)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°打印一層，然后按60°或0°打印下一層，如此變換，將分層后的數(shù)據(jù)導(dǎo)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(jù)上述CLI格式文件，設(shè)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(jìn)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(jī)內(nèi)，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(shí)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(zhì)量比為1:1:2稱(chēng)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(guò)夜得到均相的混合液。2、用模塊化結(jié)構(gòu)軟件Mimics中的MEDCAD模塊統(tǒng)計(jì)分析手部尺骨缺損骨骼斷面圖像，并測(cè)量所述缺損骨骼的尺寸，根據(jù)所述分析和測(cè)量結(jié)果創(chuàng)建CAD模型，CAD模型為長(zhǎng)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(shù)據(jù)導(dǎo)出為STL格式文件，再用低溫快速成型自帶分層軟件進(jìn)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°打印一層，然后按135°或60°打印下一層，如此變換，將分層后的數(shù)據(jù)導(dǎo)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(jù)上述CLI格式文件，設(shè)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(jìn)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(dá)100%。4、將上述多孔性骨支架雛形置于_196°C下預(yù)冷I小時(shí)后，置于冷凍干燥機(jī)內(nèi)，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(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本實(shí)用新型專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種多孔性骨支架，其特征在于，所述多孔性骨支架的形狀為長(zhǎng)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(gè)孔洞，孔洞的連通率大于97%，所述孔洞的孔壁上形成有多個(gè)微孔，所述孔洞的孔徑為10(Γ800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6(Γ95%。
2.根據(jù)權(quán)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30(Γ500微米，所述微孔的孔徑為5 20微米、孔深2(Γ30微米。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型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(wú)機(jī)物和可降解聚合物形成。該多孔性骨支架的形狀為長(zhǎng)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(gè)孔洞，孔洞的連通率大于97%，孔洞的孔壁上形成有多個(gè)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(jié)構(gòu)有利于骨組織細(xì)胞的粘附和養(yǎng)分的傳輸，夠有效的固定細(xì)胞，進(jìn)而使其分化和增殖，為細(xì)胞生長(zhǎng)提供一個(gè)有利的生長(zhǎng)環(huán)境，有利于實(shí)現(xiàn)缺損骨組織的修復(fù)。
文檔編號(hào)A61F2/02GK202751469SQ20122040201
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月14日
發(fā)明者賴(lài)毓霄, 張明, 陳淑奎, 秦嶺 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院