本發(fā)明涉及生物材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有溝槽的三維骨修復(fù)支架及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，由于工傷事故、交通事故、骨科疾病等導(dǎo)致的骨缺損呈現(xiàn)出高的發(fā)病率，加之我國(guó)目前正走向老齡化社會(huì)，與老年人口相關(guān)的骨科退行性疾病不斷增加，導(dǎo)致對(duì)骨修復(fù)材料的需求量越來(lái)越大。目前，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)，為臨床骨修復(fù)治療提供了一種新的選擇。其中，三維多孔骨修復(fù)支架作為骨修復(fù)的結(jié)構(gòu)支持，以及細(xì)胞和因子等活性物質(zhì)的傳遞載體，它的設(shè)計(jì)和構(gòu)建，是決定骨組織工程修復(fù)效果的核心要素之一。

近年來(lái)，3D打印作為一種新興的先進(jìn)工藝技術(shù)，突破了傳統(tǒng)方法的局限性，成為了制備骨修復(fù)支架的理想選擇之一。它主要通過(guò)漿料纖維的不斷堆疊，構(gòu)建三維多孔骨修復(fù)支架，借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和尖端的打印設(shè)備，人們可以靈活設(shè)計(jì)和完整構(gòu)建具有復(fù)雜微觀結(jié)構(gòu)、孔隙結(jié)構(gòu)完好、組成分布可控的支架。

目前，絕大多數(shù)三維骨修復(fù)支架主要是對(duì)支架的多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)設(shè)計(jì)和調(diào)控，以促進(jìn)干細(xì)胞在支架上的生長(zhǎng)和成骨分化，而并未對(duì)支架的基底微結(jié)構(gòu)做較多研究。例如，目前尚未見利用3D打印技術(shù)在骨修復(fù)支架上構(gòu)建微溝槽結(jié)構(gòu)的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架及其制備方法。所述三維骨修復(fù)支架中具有帶微溝槽結(jié)構(gòu)，該微溝槽結(jié)構(gòu)有望引導(dǎo)細(xì)胞(例如干細(xì)胞、成骨細(xì)胞)在支架上的取向分布，進(jìn)而進(jìn)行生長(zhǎng)、分化等，改善支架的成骨效果。

第一方面，本發(fā)明提供了一種具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架，所述三維骨修復(fù)支架包括無(wú)溝槽的單纖維層和帶微溝槽結(jié)構(gòu)的微溝槽層，其中，所述單纖維層和微溝槽層為層層堆疊，所述三維骨修復(fù)支架的相鄰層的纖維交錯(cuò)排列形成三維多孔結(jié)構(gòu)；所述微溝槽層包括多個(gè)間隔設(shè)置的帶微溝槽的纖維單元，每個(gè)所述帶微溝槽的纖維單元由至少兩根并排設(shè)置且相接觸的纖維構(gòu)成。

本申請(qǐng)中，所述微溝槽層除了包括多個(gè)間隔設(shè)置的帶微溝槽的纖維單元，還包括位于所述微溝槽層邊界的單根纖維。

本申請(qǐng)中是由并排設(shè)置且相接觸的纖維形成所述微溝槽，因此，所述微溝槽層中微溝槽的設(shè)置方向與微溝槽層中的纖維的設(shè)置方向相一致。

優(yōu)選地，所述單纖維層和微溝槽層交錯(cuò)堆疊。進(jìn)一步地，相鄰的所述單纖維層和微溝槽層中纖維的設(shè)置方向相互垂直。

優(yōu)選地，所述骨修復(fù)支架為規(guī)則的幾何體(如長(zhǎng)方體、正方體、圓柱體等，但不限于此)以及其他不規(guī)則的三維多孔結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述骨修復(fù)支架為立方體，其底面邊長(zhǎng)為10-30mm，層高0.2-0.4mm，層數(shù)為10-30。所述層高，是指在制備支架的過(guò)程中，打完一層漿料纖維后，再打第二層時(shí)，針頭需要上移的距離。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述骨修復(fù)支架的大小為10mm×10mm的立方體，層數(shù)為10層。

優(yōu)選地，所述三維骨修復(fù)支架的孔隙率為30-50％，連通率為100％。

進(jìn)一步地，所述三維骨修復(fù)支架自底部向上形成(AB)_n、(AB)_nA、(BA)_n或(BA)_nB的排布形式，其中，A為無(wú)溝槽的單纖維層，B為帶微溝槽結(jié)構(gòu)的微溝槽層；所述n為3-20的整數(shù)。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述n為4-10的整數(shù)。

優(yōu)選地，所述微溝槽層中微溝槽的深度為纖維半徑的0.5-1倍。所述微溝槽層中微溝槽的深度的最大值為漿料纖維的半徑。

本發(fā)明一實(shí)施方式中，所述微溝槽層中微溝槽的深度為0.08-0.20mm。

優(yōu)選地，所述微溝槽層中微溝槽的最大寬度為纖維半徑的1-2倍。進(jìn)一步地，所述微溝槽層中微溝槽的最大寬度的最大值為相鄰纖維的半徑之和。更優(yōu)選為漿料纖維的直徑。

優(yōu)選地，所述微溝槽層中，與溝槽接觸的相鄰兩根纖維在同一平面上的截面圓的圓心之間的間距為纖維半徑的1-3倍。

本發(fā)明一實(shí)施方式中，所述微溝槽層中，與溝槽接觸的相鄰兩根纖維在同一平面上的截面圓的圓心之間的間距為0.2-0.5mm。進(jìn)一步優(yōu)選為0.25-0.45mm。

優(yōu)選地，所述微溝槽層的相鄰兩溝槽之間的間距為纖維半徑的2-9倍。進(jìn)一步優(yōu)選為纖維半徑的2.5-8.5倍。所述微溝槽層的相鄰兩溝槽的間距，也等于相鄰兩個(gè)帶微溝槽的纖維單元的間距。

本發(fā)明一實(shí)施方式中，所述微溝槽層的相鄰兩溝槽之間的間距為1.0-1.4mm。

優(yōu)選地，所述單纖維層的纖維間距為纖維半徑的4-6倍。

本發(fā)明一實(shí)施方式中，所述單纖維層的纖維間距為0.6-0.9mm。進(jìn)一步優(yōu)選為0.83mm。

每一個(gè)所述微溝槽層中，纖維的組成(支架基體原料)、微溝槽的深度、微溝槽的最大寬度、微溝槽間距、與溝槽接觸的相鄰兩根纖維在同一平面上的截面圓的圓心之間的間距等參數(shù)，可以相同，也可以不同。每一個(gè)單纖維層的纖維間距也可以相同或不同。纖維半徑與構(gòu)成支架基體的材料、打印氣壓等參數(shù)密切相關(guān)。

本申請(qǐng)中，所述纖維的成分為構(gòu)成所述三維骨修復(fù)支架的支架基體原料。

本發(fā)明中，所述支架基體原料包括天然高分子、合成高分子、含鈣磷的生物陶瓷及生物玻璃中的一種或多種，其中，所述天然高分子包括血纖蛋白、明膠、膠原、殼聚糖、透明質(zhì)酸、透明質(zhì)酸鈉和海藻酸鹽中的至少一種；所述合成高分子包括聚乳酸(PLA)、聚氨基酸、聚羥基乙酸(PGA)、聚乙烯醇(PVA)、乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)和聚己內(nèi)酯中的至少一種；所述含鈣磷的生物陶瓷包括羥基磷灰石、磷酸八鈣、磷酸三鈣和雙相磷酸鈣中的至少一種；所述生物玻璃包括硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃中的至少一種。

本發(fā)明一實(shí)施方式中，所述支架基體原料為含鈣磷的生物陶瓷。

本發(fā)明另一實(shí)施方式中，所述支架基體的原料為所述天然高分子和/或合成高分子與所述含鈣磷的生物陶瓷的混勻物。即，所述天然高分子和合成高分子中的一種或兩種與所述含鈣磷的生物陶瓷的混勻物。

第二方面，本發(fā)明提供了一種具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架，所述三維骨修復(fù)支架由層層堆疊的微溝槽層構(gòu)成，其中，相鄰的所述微溝槽層的纖維交錯(cuò)排列形成三維多孔結(jié)構(gòu)，所述微溝槽層包括多個(gè)間隔設(shè)置的帶微溝槽的纖維單元，每個(gè)所述帶微溝槽的纖維單元由至少兩根并排設(shè)置且相接觸的纖維構(gòu)成。

優(yōu)選地，所述三維骨修復(fù)支架的孔隙率為30-50％。

當(dāng)所述三維骨修復(fù)支架的每一層均由微溝槽層構(gòu)成時(shí)，優(yōu)選地，相鄰的所述微溝槽層中纖維的設(shè)置方向相互垂直。

優(yōu)選地，所述微溝槽層中微溝槽的深度為纖維半徑的0.5-1倍。所述微溝槽層中微溝槽的深度的最大值為纖維半徑。

本發(fā)明一實(shí)施方式中，所述微溝槽層中微溝槽的深度為0.08-0.20mm。

優(yōu)選地，所述微溝槽層中微溝槽的最大寬度為纖維半徑的1-2倍。進(jìn)一步地，所述微溝槽層中微溝槽的最大寬度的最大值為相鄰纖維的半徑之和。更優(yōu)選為纖維的直徑。

優(yōu)選地，所述微溝槽層中，與溝槽接觸的相鄰兩根纖維在同一平面上的截面圓的圓心之間的間距為纖維半徑的1-3倍。

優(yōu)選地，所述微溝槽層中，與溝槽接觸的相鄰兩根纖維在同一平面上的截面圓的圓心之間的間距為0.2-0.5mm。進(jìn)一步優(yōu)選為0.25-0.45mm。

優(yōu)選地，所述微溝槽層的相鄰兩溝槽之間的間距為纖維半徑的2-9倍。進(jìn)一步優(yōu)選為纖維半徑的2.5-8.5倍。

優(yōu)選地，所述微溝槽層的相鄰兩溝槽之間的間距為1.0-1.4mm。所述微溝槽層的溝槽間距，也等于相鄰兩個(gè)帶微槽的纖維單元的間距。

本申請(qǐng)中，所述三維骨修復(fù)支架由層層堆疊的微溝槽層構(gòu)成，每一個(gè)所述微溝槽層中，微溝槽的深度、微溝槽的最大寬度、微溝槽間距、與溝槽接觸的相鄰兩根纖維在同一平面上的截面圓的圓心之間的間距等參數(shù)可以相同，也可以不同。

本發(fā)明第一方面或第二方面提供的所述具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架，首次在三維多孔支架中構(gòu)建微溝槽結(jié)構(gòu)，得到了一種新型的組織修復(fù)工程支架，微溝槽結(jié)構(gòu)的引入，有助于所述骨修復(fù)支架在用于組織修復(fù)工程時(shí)，引導(dǎo)細(xì)胞(例如干細(xì)胞、成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等)在支架上的取向分布，進(jìn)而便于細(xì)胞在支架上進(jìn)行生長(zhǎng)、增殖、分化等，改善支架的骨修復(fù)性能。

第三方面，本發(fā)明提供了一種具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架的制備方法，包括以下步驟：

(1)提供支架基體前驅(qū)體漿料，將所述支架基體前驅(qū)體漿料置于3D打印機(jī)中，按預(yù)設(shè)的3D打印參數(shù)進(jìn)行打印，構(gòu)建帶微溝槽結(jié)構(gòu)的微溝槽層，得到具有微溝槽的骨修復(fù)支架前驅(qū)體；其中，每個(gè)所述微溝槽層通過(guò)先后交叉打印所述支架基體前驅(qū)體漿料而成，使后一次打印所述支架基體前驅(qū)體漿料形成的漿料纖維并排交叉分布在前一次打印成的漿料纖維之間的空隙中，且與前一次打印成的漿料纖維相接觸，以形成多個(gè)帶溝槽的纖維單元，每個(gè)所述帶溝槽的纖維單元由至少兩根并排設(shè)置且相接觸的漿料纖維構(gòu)成；

(2)將打印完的所述骨修復(fù)支架前驅(qū)體進(jìn)行固化，得到具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架。

優(yōu)選地，在構(gòu)建每個(gè)所述微溝槽層時(shí)，使所述后一次打印支架基體前驅(qū)體漿料時(shí)打印機(jī)的槍頭相比前一次打印時(shí)沿與漿料纖維垂直的方向偏移預(yù)設(shè)偏移量。所述預(yù)設(shè)偏移量為纖維半徑的1-3倍。

在本發(fā)明一實(shí)施方式中，所述預(yù)設(shè)偏移量為0.2-0.5mm。更優(yōu)選為0.25-0.45mm。所述預(yù)設(shè)偏移量，即為微溝槽層中，與溝槽接觸的相鄰兩根纖維在同一平面上的截面圓的圓心之間的間距。

優(yōu)選地，在構(gòu)建每個(gè)所述微溝槽層時(shí)，每一次打印所述支架基體前驅(qū)體漿料時(shí)的噴絲間距為纖維半徑的2-9倍。

本發(fā)明一實(shí)施方式中，在構(gòu)建每個(gè)所述微溝槽層時(shí)，每一次打印所述支架基體前驅(qū)體漿料時(shí)的噴絲間距為1.0-1.4mm。進(jìn)一步優(yōu)選為1.25-1.35mm。

優(yōu)選地，所述微溝槽層的相鄰兩溝槽之間的間距為纖維半徑的2-9倍。進(jìn)一步優(yōu)選為纖維半徑的2.5-8.5倍。

本發(fā)明一實(shí)施方式中，所述微溝槽層的溝槽間距為1.0-1.4mm。

在本發(fā)明一實(shí)施方式中，所述三維骨修復(fù)支架前驅(qū)體的每一層均由微溝槽層構(gòu)成。每一個(gè)所述微溝槽層中，溝槽的深度、溝槽的最大寬度、纖維間距、相鄰漿料纖維之間的偏移量等參數(shù)可以相同，也可以不同。

本申請(qǐng)中采用多通道的3D打印機(jī)進(jìn)行打印，可以一個(gè)通道用于控制單纖維層的打印，以及每個(gè)微溝槽層中漿料纖維的第一次打印，其余至少一個(gè)通道用于控制每個(gè)微溝槽層中漿料纖維的第二次打印。例如，通道1控制單纖維層的打印，以及每個(gè)微溝槽層中漿料纖維的第一次打?。煌ǖ?控制每個(gè)微溝槽層中漿料纖維的第2次打印，通道3控制每個(gè)微溝槽層中漿料纖維的第3次打印。本發(fā)明一實(shí)施例中，優(yōu)選每個(gè)微溝槽層是通過(guò)先后交叉打印2次所述支架基體漿料而形成。此時(shí)，帶溝槽的纖維單元由兩根并排設(shè)置且相接觸的漿料纖維構(gòu)成。如果是每個(gè)微溝槽層是通過(guò)先后交叉打印3次所述支架基體漿料而形成。此時(shí)，帶溝槽的纖維單元由三根并排設(shè)置且相接觸的漿料纖維構(gòu)成。

在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，所述骨修復(fù)支架前驅(qū)體中，還包括無(wú)溝槽的單纖維層，其中，所述單纖維層與所述微溝槽層交錯(cuò)分布。

優(yōu)選地，所述單纖維層的纖維間距為纖維半徑的4-6倍。

本發(fā)明一實(shí)施方式中，所述單纖維層的纖維間距為0.6-0.9mm。進(jìn)一步優(yōu)選為0.83mm。

優(yōu)選地，所述三維骨修復(fù)支架為立方體，其底面邊長(zhǎng)為10-30mm，層高0.2-0.4mm，層數(shù)為10-30。

優(yōu)選地，所述3D打印開始前，校正打印中所用到的各通道的位置，以最先出料的所述支架基體前驅(qū)體漿料的槍頭為基準(zhǔn)，使與所用到的各通道相連的所有槍頭的底部均在同一水平線上。

優(yōu)選地，所述3D打印過(guò)程中的驅(qū)動(dòng)方式為氣壓或者電壓驅(qū)動(dòng)。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)方式為氣壓驅(qū)動(dòng)，其中，所述3D打印過(guò)程中的氣壓控制在0.25-0.5MPa。更優(yōu)選為0.3-0.45MPa。

優(yōu)選地，在對(duì)所述支架基體前驅(qū)體漿料進(jìn)行3D打印之前，還包括：并對(duì)所述支架基體前驅(qū)體漿料進(jìn)行除泡，其中，所述除泡方式包括超聲、加熱和抽真空中的至少一種。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述支架基體漿料是采用以下方法進(jìn)行除泡：先在50-80℃下進(jìn)行超聲處理10-20min，之后抽真空10-30min，得到除泡后的漿料。

更優(yōu)選地，所述超聲處理是在60℃下進(jìn)行10-15min；所述抽真空的時(shí)間為20min。加熱下超聲可使?jié){料變軟，更容易除泡。本發(fā)明中采用加熱下超聲與抽真空相結(jié)合的方式可以除去所述支架基漿料中的氣泡，可以免除除泡劑的使用，盡可能減少帶一定毒性的其他試劑的使用，使所述支架基體漿料的配方簡(jiǎn)單，節(jié)省物料、環(huán)保安全。

優(yōu)選地，所述固化方式為紫外光固化、熱固化、離子交聯(lián)、常溫干燥或冷凍干燥。所述固化方式根據(jù)所述支架基體的原料來(lái)定?？梢愿鶕?jù)支架基體的原料對(duì)光、熱、離子等是否敏感來(lái)選擇固化方式。例如對(duì)于含有光敏或熱敏材料的支架基體原料來(lái)說(shuō)，可以采用紫外光固化或熱固化；對(duì)于含海藻酸鹽的支架基體的原料體系來(lái)說(shuō)，采用二價(jià)離子交聯(lián)法進(jìn)行固化；對(duì)于含鈣磷的生物陶瓷來(lái)說(shuō)，可以采用冷凍干燥法或常溫干燥進(jìn)行固化。

本發(fā)明一實(shí)施方式中，所述支架基體的原料為所述天然高分子和/或合成高分子與所述含鈣磷的生物陶瓷的混勻物。即，所述天然高分子和合成高分子中的一種或兩種與所述含鈣磷的生物陶瓷的混勻物。

本發(fā)明另一實(shí)施方式中，所述支架基體原料為含鈣磷的生物陶瓷。此時(shí)，所述支架基體前驅(qū)體漿料包括含鈣磷的生物陶瓷粉末和質(zhì)量體積濃度為4-20％的聚乙烯醇水溶液，其中，所述含鈣磷的生物陶瓷粉末與所述聚乙烯醇水溶液的質(zhì)量體積比為1.5-4g/mL。

此時(shí)，所述支架基體前驅(qū)體漿料的制備方法如下：

配制質(zhì)量體積濃度為4-20％的聚乙烯醇水溶液；將含鈣磷的生物陶瓷粉末加入到所述聚乙烯醇水溶液中，混合均勻，得到所述支架基體前驅(qū)體漿料；其中，所述含鈣磷的生物陶瓷粉末與所述聚乙烯醇水溶液的質(zhì)量體積比為1.5-4g/mL。

優(yōu)選地，所述聚乙烯醇水溶液的質(zhì)量體積濃度為10-20％。進(jìn)一步優(yōu)選為10-16％。

優(yōu)選地，所述含鈣磷的生物陶瓷粉末與所述聚乙烯醇水溶液的質(zhì)量體積比為1.5-2.4g/mL。

優(yōu)選地，所述含有鈣磷的生物陶瓷粉末包括羥基磷灰石、磷酸八鈣、磷酸三鈣和雙相磷酸鈣中的一種或多種；所述含有鈣磷的生物陶瓷粉末的粒徑為10-15μm。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述支架基體前驅(qū)體漿料包括含鈣磷的生物陶瓷粉末和質(zhì)量體積濃度為4-20％的聚乙烯醇水溶液時(shí)，在所述固化之后，還包括以下步驟：煅燒以除去聚乙烯醇，得到具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架成品。

此時(shí)，所述骨修復(fù)支架成品為含有鈣磷的生物陶瓷構(gòu)成的三維多孔支架，其孔隙率為30-50％，孔洞的連通率為100％。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述煅燒的程序具體為：先以1℃/min的速率從室溫升到400℃，保溫1h；然后以3℃/min的速率從室溫升到800℃，保溫2h。

本發(fā)明第三方面提供的所述具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架的制備方法，步驟簡(jiǎn)單、制備條件溫和，在支架的制備中，首次通過(guò)纖維接觸排列打印的方式構(gòu)建了帶微溝槽結(jié)構(gòu)的微溝槽層，所述支架既可以是全由微溝槽層構(gòu)成，也可以是由無(wú)溝槽的單纖維層和所述微溝槽層通過(guò)層層堆疊而成。三維支架中微溝槽結(jié)構(gòu)的引入，有助于改善支架的骨修復(fù)功能。

第四方面，本發(fā)明還提供了一種如本發(fā)明第一、第二方面所述的具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架或如本發(fā)明第三方面所述的具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架的制備方法在制備骨組織修復(fù)材料中的應(yīng)用。

所述具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架有助于引導(dǎo)細(xì)胞(例如干細(xì)胞、成骨細(xì)胞)在支架上的取向分布，進(jìn)而進(jìn)行生長(zhǎng)、分化等，改善支架的成骨效果。

本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)在下面的說(shuō)明書中部分闡明，一部分根據(jù)說(shuō)明書是顯而易見的，或者可以通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)施而獲知。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中得到的具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1(a，b)和實(shí)施例2(c，d)中制得的具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架的掃描電鏡表征結(jié)果；

圖3為對(duì)比實(shí)施例1(a)與本發(fā)明實(shí)施例2(b)所得支架成品的微觀結(jié)構(gòu)圖的對(duì)比；

圖4為人骨髓間質(zhì)干細(xì)胞在本發(fā)明實(shí)施例1制得的具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架的單纖維(a)及微溝槽上(b)的粘附結(jié)果。

具體實(shí)施方式

以下所述是本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明實(shí)施例原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明實(shí)施例的保護(hù)范圍。

下面分多個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。其中，本發(fā)明實(shí)施例不限定于以下的具體實(shí)施例。在不變主權(quán)利的范圍內(nèi)，可以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行變更實(shí)施。

實(shí)施例1：

一種具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備支架基體前驅(qū)體漿料：配制質(zhì)量體積濃度為16％(w/v)的聚乙烯醇(PVA)水溶液；將30g的羥基磷灰石粉體加入到15mL的上述PVA水溶液中，利用高速勻化機(jī)(6000rpm)混合15min，得到均勻的支架基體前驅(qū)體漿料；

將上述前驅(qū)體漿料先在50℃下進(jìn)行超聲15min，之后抽真空20min，得到除泡后的漿料；

(2)將除泡后的漿料安裝到3D打印機(jī)的料筒內(nèi)，設(shè)定打印參數(shù)，打印程序設(shè)計(jì)為無(wú)溝槽的單纖維層和帶微溝槽結(jié)構(gòu)的微溝槽層間隔打印，得到具有微溝槽的骨修復(fù)支架前驅(qū)體；其中，打印時(shí)的氣壓為0.3MPa，單纖維層中的纖維間距為0.83mm，微溝槽層的溝槽間距為1.3mm，與溝槽接觸的相鄰纖維之間的偏移量為0.4mm，層高0.32mm；

(3)將打印完的骨修復(fù)支架前驅(qū)體在室溫下干燥，之后進(jìn)行煅燒以除去PVA，得到具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架成品，最后存儲(chǔ)于干燥器中，其中煅燒的程序具體為：先以1℃/min的速率從室溫升到400℃，保溫1h；然后以3℃/min的速率從室溫升到800℃，保溫2h，之后隨爐冷卻至室溫，得到具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中得到的具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖1中可以看出，三維骨修復(fù)支架中，無(wú)溝槽的單纖維層1和帶微溝槽結(jié)構(gòu)20的微溝槽層2間隔設(shè)置且層層堆疊形成三維骨修復(fù)支架，且單纖維層1中的纖維和微溝槽層2中的纖維相互垂直；該三維骨修復(fù)支架中相鄰層的纖維交錯(cuò)排列且相互對(duì)應(yīng)連通形成三維多孔結(jié)構(gòu)。其中，微溝槽層2中，并排設(shè)置且相接觸的兩纖維之間形成微溝槽20，微溝槽層2中具有多個(gè)與該層中纖維的設(shè)置方向相一致的溝槽20，纖維半徑為0.16mm，溝槽的深度為0.1mm，微溝槽的最大寬度為0.26mm。圖1中，Δd為溝槽間距，Δd為1.3mm；，Δl為與溝槽接觸的相鄰纖維之間的偏移量，與溝槽接觸的相鄰兩根纖維在同一平面上的截面圓的圓心之間的間距。Δl等于0.4mm。

本實(shí)施例制得的三維骨修復(fù)支架為立方體，其底面邊長(zhǎng)為10mm，層數(shù)為10層，其孔隙率為40％，孔洞的連通率為100％。

本實(shí)施例中，在打印微溝槽層時(shí)，第一次打印所述支架基體前驅(qū)體漿料時(shí)的噴絲間距為1.3mm，第二次打印所述支架基體前驅(qū)體漿料時(shí)的噴絲間距為1.3mm，且所述第2次打印所述支架基體前驅(qū)體漿料時(shí)打印機(jī)的槍頭相比第一次打印時(shí)偏移了0.4mm，偏移方向與漿料纖維的排布方向相垂直。圖2中，11-16均為第一次打印成的各纖維，21-25為第2次打印成的各纖維；12與21相接觸的部分形成了溝槽20。

對(duì)于其余的微溝槽層，重復(fù)該打印方式。本實(shí)施例1所得的支架中每一個(gè)微溝槽層的溝槽間距、溝槽接觸纖維的偏移量均相同。也可以是將這些參數(shù)進(jìn)行改動(dòng)，得到不同的微溝槽層。

實(shí)施例2：

一種具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備支架基體前驅(qū)體漿料：配制質(zhì)量體積濃度為16％(w/v)的聚乙烯醇(PVA)水溶液；將30g的羥基磷灰石粉體加入到15mL的上述PVA水溶液中，利用高速勻化機(jī)(6000rpm)混合15min，得到均勻的支架基體前驅(qū)體漿料；

將上述前驅(qū)體漿料先在50℃下進(jìn)行超聲15min，之后抽真空20min，得到除泡后的漿料；

(2)將除泡后的漿料安裝到3D打印機(jī)的料筒內(nèi)，設(shè)定打印參數(shù)，打印程序設(shè)計(jì)為帶微溝槽結(jié)構(gòu)的微溝槽層間隔打印，得到具有微溝槽的骨修復(fù)支架前驅(qū)體；其中，打印時(shí)的氣壓為0.3MPa，微溝槽層的溝槽間距為1.3mm，與溝槽接觸的相鄰纖維之間的偏移量為0.4mm，層高0.32mm；

(3)將打印完的骨修復(fù)支架前驅(qū)體在室溫下干燥，之后進(jìn)行煅燒以除去PVA，得到具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架成品，最后存儲(chǔ)于干燥器中，其中煅燒的程序具體為：先以1℃/min的速率從室溫升到400℃，保溫1h；然后以3℃/min的速率從室溫升到800℃，保溫2h，之后隨爐冷卻至室溫，具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1(a，b)和實(shí)施例2(c，d)中制得的具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架的掃描電鏡(SEM)表征圖。其中，(b)為(a)的放大圖，(d)為(c)的放大圖。圖2中的箭頭代表微溝槽。

從圖2中可以明顯看出，例1中的三維骨修復(fù)支架為單纖維層與微溝槽層交叉分布，而例2中的三維骨修復(fù)支架全由微溝槽層形成三維多孔結(jié)構(gòu)，其中，纖維半徑為0.16mm、溝槽的深度為0.1mm，微溝槽的最大寬度為0.26mm。溝槽間距Δd，與溝槽接觸的相鄰纖維之間的偏移量Δl等參數(shù)，均與實(shí)施例1相同。此外，本實(shí)施例中，在打印微溝槽層時(shí)，每次打印支架基體前驅(qū)體漿料時(shí)的噴絲間距也為1.3mm。

實(shí)施例3

一種具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備支架基體前驅(qū)體漿料：配制質(zhì)量體積濃度為10％(w/v)的聚乙烯醇(PVA)水溶液；將45g的羥基磷灰石粉體加入到15mL的上述PVA水溶液中，利用高速勻化機(jī)(7000rpm)混合20min，得到均勻的支架基體前驅(qū)體漿料；

將上述前驅(qū)體漿料在50℃下進(jìn)行超聲20min以除去漿料中的氣泡，得到除泡后的漿料；

(2)將除泡后的漿料安裝到3D打印機(jī)的料筒內(nèi)，設(shè)定打印參數(shù)，打印程序設(shè)計(jì)為無(wú)溝槽的單纖維層和帶微溝槽結(jié)構(gòu)的微溝槽層間隔打印，得到具有微溝槽的骨修復(fù)支架前驅(qū)體；其中，打印時(shí)的氣壓為0.4MPa，單纖維層中的纖維間距為0.9mm，微溝槽層的溝槽間距為1.4mm，與溝槽接觸的相鄰纖維之間的偏移量為0.5mm，層高0.36mm；

(3)將打印完的骨修復(fù)支架前驅(qū)體在室溫下干燥，之后進(jìn)行煅燒以除去PVA，得到具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架成品，最后存儲(chǔ)于干燥器中，其中煅燒的程序具體為：先以1℃/min的速率從室溫升到400℃，保溫1h；然后以3℃/min的速率從室溫升到800℃，保溫2h，之后隨爐冷卻至室溫，得到具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架。

本實(shí)施例制得的三維骨修復(fù)支架為立方體，其底面邊長(zhǎng)為10mm，層數(shù)為10層，其孔隙率為32％，孔洞的連通率為100％；構(gòu)成支架的纖維半徑為0.2mm，微溝槽的深度為0.13mm，微溝槽的最大寬度為0.3mm。

為突出本發(fā)明的技術(shù)效果，還針對(duì)實(shí)施例2設(shè)置了以下對(duì)比實(shí)施例1。

對(duì)比實(shí)施例1：

一種三維骨修復(fù)支架的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備支架基體前驅(qū)體漿料：配制質(zhì)量體積濃度為16％(w/v)的聚乙烯醇(PVA)水溶液；將30g的羥基磷灰石粉體加入到15mL的上述PVA水溶液中，利用高速勻化機(jī)(6000rpm)混合15min，得到均勻的支架基體前驅(qū)體漿料；

將上述前驅(qū)體漿料先在50℃下進(jìn)行超聲15min，之后抽真空20min，得到除泡后的漿料；

(2)將除泡后的漿料安裝到3D打印機(jī)的料筒內(nèi)，設(shè)定打印參數(shù)，打印程序設(shè)計(jì)成微溝槽層間隔打印，其中，打印時(shí)的氣壓為0.3MPa，纖維半徑為0.16mm，微溝槽間距為1.3mm，與溝槽接觸的相鄰纖維之間的偏移量為0.55mm，層高0.32mm；

(3)將打印完的骨修復(fù)支架前驅(qū)體在室溫下干燥，之后進(jìn)行煅燒以除去PVA，得到三維骨修復(fù)支架成品，最后存儲(chǔ)于干燥器中，其中煅燒的程序具體為：先以1℃/min的速率從室溫升到400℃，保溫1h；然后以3℃/min的速率從室溫升到800℃，保溫2h，之后隨爐冷卻至室溫。

圖3為對(duì)比實(shí)施例1(a)與本發(fā)明實(shí)施例2(b)所得支架成品的微觀結(jié)構(gòu)圖的對(duì)比。從圖3中可以看出，當(dāng)構(gòu)建微溝槽層時(shí)的纖維的偏移量過(guò)大時(shí)(大于纖維半徑的3倍)，在支架中形成不了微溝槽，僅剩下傳統(tǒng)的單纖維層。

圖4為人骨髓間質(zhì)干細(xì)胞在本發(fā)明實(shí)施例1制得的具有微溝槽的三維骨修復(fù)支架的單纖維(a)及微溝槽上(b)的粘附結(jié)果。其中，圖4的(b)中，中間的黃色矩形部分為微溝槽區(qū)域，圖4中色度較淺的部分代表細(xì)胞。從圖4中可以看出，相對(duì)無(wú)溝槽的單纖維(a)而言，細(xì)胞趨向于在微溝槽區(qū)域進(jìn)行分布。后續(xù)可誘導(dǎo)細(xì)胞在此進(jìn)行生長(zhǎng)、分化。以上結(jié)果說(shuō)明，在支架中引入微溝槽結(jié)構(gòu)，有助于引導(dǎo)細(xì)胞在支架上的取向分布，有望改善支架的骨修復(fù)性能。

以上所揭露的僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來(lái)限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例的全部或部分流程，并依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬于發(fā)明所涵蓋的范圍。