介孔硅材料性能起到關(guān)鍵性作用:隨著水熱反應(yīng)的溫度升高，樣品平均孔徑增大，比表面積先增大后減?。浑S著水熱反應(yīng)時間增長，樣品平均孔徑先增大后減小，比表面積先減小后增大；隨著燒結(jié)溫度升高，樣品平均孔徑減小，溫度過高則介孔結(jié)構(gòu)塌陷。
[0026]所述固化液的制備方法是，首先制備聚乙烯醇水溶液，是將聚乙烯醇白色粉末溶解于去離子水中，在恒溫油浴70-100°C環(huán)境下用磁力攪拌器充分攪拌混合均勻；然后將海藻酸鈉加入到聚乙烯醇水溶液中攪拌至分散均勻，得到含海藻酸鈉的聚乙烯醇溶液。其中聚乙烯醇水溶液的質(zhì)量分數(shù)為6% -15%，所述含海藻酸鈉的聚乙烯醇溶液中海藻酸鈉的質(zhì)量分數(shù)為1% _5%。
[0027]所述3D打印快速成型法的操作具體為:首先根據(jù)患者自身的組織器官缺損特征獲得相應(yīng)的解剖學(xué)數(shù)字模型，構(gòu)建所需的支架模型；然后將鈣磷硅基活性骨修復(fù)材料粉末與固化液混合均勻，加入到生物3D打印機料筒中，層層疊加逐層打印在載有滅菌玻璃底板的三維微動平臺上，通過設(shè)置支架的打印模型能夠形成孔道結(jié)構(gòu)和外形可控的骨缺損修復(fù)支架。經(jīng)本發(fā)明的3D打印快速成型法獲得的支架具有個性化的精確外形尺寸，與病患的匹配程度較高。
[0028]實施例1
[0029]本發(fā)明的一種骨缺損修復(fù)支架的3D打印制備方法，包括以下步驟:
[0030]1)介孔硅材料的制備:4.0g聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物P123溶解在150mL濃度為1.6mol/L的鹽酸溶液中攪拌，直到體系澄清。8.5g的TE0S逐滴滴加到溶液中，待TE0S完全加入并預(yù)水解15min后，逐量將2.6g四水硝酸鈣加入到溶液中，在室溫下攪拌5h使體系分散均勻后停止攪拌，靜置陳化24h，然后轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜100°C恒溫反應(yīng)48h獲得沉淀。過濾沉淀，用去離子水徹底清洗，并在60°C下真空干燥得到白色粉末。將干燥的粉末分散于150mL去離子水，磁力攪拌分散均勻，加入2.6g四水硝酸鈣，室溫下攪拌2h后，100°C恒溫干燥24h，經(jīng)600°C燒結(jié)上述粉末，升溫速率為1°C /min,保溫5h后隨爐冷卻，得到鈣硅摩爾比分別為0.5:1的含鈣介孔硅材料。
[0031]2)固化液的配制:稱取一定量聚乙烯醇白色粉末，按照相應(yīng)比例溶解于去離子水中，在恒溫油浴80°C環(huán)境下用磁力攪拌器充分攪拌混合均勻，得到質(zhì)量濃度為10%聚乙烯醇溶液；在聚乙烯醇溶液中逐量加入相應(yīng)比例海藻酸鈉粉末并用磁力攪拌器高速攪拌至分散均勻，得到含有質(zhì)量濃度為2%海藻酸鈉的聚乙烯醇溶液。
[0032]3) 3D打印:將磷酸鈣骨水泥和含鈣介孔硅粉末按質(zhì)量比50:50混合研磨均勻，再與固化液按質(zhì)量比1:0.1混合均勻，加入生物打印機料筒中，層層疊加逐層打印在載有滅菌玻璃底板的三維微動平臺上，形成具有可控的孔道結(jié)構(gòu)和外形的骨缺損修復(fù)支架。
[0033]4)支架成型:將制備得到的預(yù)成型支架置于37°C，100%濕度環(huán)境中進行水化反應(yīng)72h，得到終產(chǎn)物。
[0034]如圖1所示為本發(fā)明制備的骨缺損修復(fù)支架的斷面圖片。如圖2所示，圖中(A)是根據(jù)患者的組織器官缺損特征所構(gòu)建的支架模型的設(shè)計圖，圖中(B、C)是根據(jù)圖中(A)中構(gòu)建的設(shè)計圖，通過本發(fā)明制備得到的骨缺損修復(fù)支架的立體圖和俯視圖。對比設(shè)計圖圖中㈧與支架的立體圖和俯視圖圖中(B、C)可見，實物與設(shè)計圖結(jié)構(gòu)基本一致。圖中(D、E、F)是本發(fā)明制備得到的骨缺損修復(fù)支架的電鏡掃描圖，從圖中(D、F)中觀察支架縱向斷面，可見梯度結(jié)構(gòu)支架兩部分X-Y方向具有均勻分布的連通孔，孔道大小分別為300 μ m和500 μπι左右，層間排布均勾，結(jié)合良好，無分裂及塌陷現(xiàn)象。從圖中Ε中觀察梯度材料兩部分結(jié)合處斷面，可以看到路徑改變并沒有影響支架的完整性，上下兩部分結(jié)合良好。
[0035]如圖3所示為支架植入8周后取出的樣本組織圖，圖中(a、b)分別為支架HE染色20X，100X，圖中Η代表宿主骨組織，Μ代表本發(fā)明的骨缺損修復(fù)支架，F(xiàn)代表纖維組織。觀察樣本組織，支架孔道內(nèi)部及周圍有豐富的膠原組織及微血管長入，其內(nèi)部可以觀察到大量骨原細胞，支架內(nèi)部未見新生骨的形成，仍處在成骨的初期階段，植入部位無炎癥反應(yīng)，表明本發(fā)明的骨缺損修復(fù)支架具有良好的組織相容性。
[0036]以上實施例僅是本發(fā)明若干種優(yōu)選實施方式中一種，應(yīng)當指出，本發(fā)明不限于上述實施例；對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明所要求保護的技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1.一種骨缺損修復(fù)支架的3D打印制備方法，其特征在于，以磷酸鈣骨水泥、含鈣介孔硅為原料混合研磨，制得鈣磷硅基活性骨修復(fù)材料粉末；再與固化液混合均勻，通過3D打印快速成型法構(gòu)建得到骨缺損修復(fù)支架。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種骨缺損修復(fù)支架的3D打印制備方法，其特征在于，所述磷酸I丐骨水泥的粒徑5 50 μ m。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種骨缺損修復(fù)支架的3D打印制備方法，其特征在于，所述鈣磷硅基活性骨修復(fù)材料中磷酸鈣骨水泥和含鈣介孔硅的質(zhì)量比為50-90:50-10。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種骨缺損修復(fù)支架的3D打印制備方法，其特征在于，所述鈣磷硅基活性骨修復(fù)材料與固化液的質(zhì)量比為1:0.1-1.0。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種骨缺損修復(fù)支架的3D打印制備方法，其特征在于，所述含鈣介孔硅的制備方法是在酸性條件下，以聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物為模板劑，硅源與四水硝酸鈣進行水熱反應(yīng)制備得到的。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種骨缺損修復(fù)支架的3D打印制備方法，其特征在于，所述硅源為硅酸鈉、硅溶膠、正硅酸乙酯或硅酸鈉。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種骨缺損修復(fù)支架的3D打印制備方法，其特征在于，所述水熱反應(yīng)溫度為100-120°C，反應(yīng)時間為40-50h。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種骨缺損修復(fù)支架的3D打印制備方法，其特征在于，所述所述硅源為正硅酸乙酯，所述正硅酸乙酯與聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物的質(zhì)量比為2-3:1。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種骨缺損修復(fù)支架的3D打印制備方法，其特征在于，所述含鈣介孔硅材料中鈣、硅摩爾比為0.5-2:1。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種骨缺損修復(fù)支架的3D打印制備方法，其特征在于，所述固化液的制備方法是將海藻酸鈉加入到聚乙烯醇水溶液中攪拌至分散均勻，得到含海藻酸鈉的聚乙烯醇溶液；所述含海藻酸鈉的聚乙烯醇溶液中海藻酸鈉的質(zhì)量分數(shù)為1%_5%。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種骨缺損修復(fù)支架的3D打印制備方法，是以磷酸鈣骨水泥、含鈣介孔硅為原料混合研磨，制得鈣磷硅基活性骨修復(fù)材料粉末；再與固化液混合均勻，通過3D打印快速成型法構(gòu)建得到骨缺損修復(fù)支架。本發(fā)明通過3D打印制備骨修復(fù)材料支架，可以準確控制支架的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、孔隙率，利于細胞貼壁增殖，同時選用的鈣磷硅基活性骨修復(fù)材料具有良好的生物活性和成骨效果，適合作為一種新型的骨缺損修復(fù)支架。
【IPC分類】A61L27/42, A61L27/58, A61L27/56
【公開號】CN105381505
【申請?zhí)枴緾N201510836310
【發(fā)明人】王紅, 張楠, 張莉
【申請人】青島尤尼科技有限公司
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年11月26日