[发明专利]内表面具有花蕊型层叠片状微纳米拓扑形貌的骨水泥多孔支架及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种骨水泥多孔支架及其制备方法，特别是一种内表面具有花蕊型层叠片状微纳米拓扑形貌的骨水泥多孔支架及其制备方法。 

背景技术

利用组织工程学修复骨组织缺损的三要素为种子细胞、信号因子及多孔支架材料。其中，多孔支架材料可提供细胞和血管长入的三维空间环境及物质运输的传输通道，并为新生组织的生成提供物理支撑，理想的多孔支架材料还应具有良好的生物相容性、生物降解性、细胞-材料黏附界面及一定的机械强度等特点。磷酸钙骨水泥支架有着自行固化、方便赋形、骨诱导性和骨传导性好、机械强度高等优点，尽管具有脆性大的缺点，仍成为骨组织工程领域研究的重要分支之一，有着广阔的市场前景。 

据文献报道，二维表面的纳米及微米拓扑结构对细胞黏附和细胞分化都有着重要的调节作用[Kulangara K and Leong KW, 2009, Soft Matter; Geblinger D, et al, 2010, Journal of Cell Science; Pan Z, et al, 2012, Biomaterials.]。具有合适微米、纳米尺度拓扑结构的表面比同种材料的平滑表面更有利于细胞的黏附生长和细胞分化方向的调控。利用生物可降解高分子材料制备的多孔支架，其内表面往往相对比较平整，不容易进行拓扑结构的修饰。而磷酸钙骨水泥固化后的表面一般自行形成微米或纳米级的拓扑结构，常见的有片状、凹坑、凸起等结构。 

由β-磷酸三钙/羟基磷灰石（β-TCP/HA）组成的双相磷酸钙（BCP）最早出现于1920年（当时认为是磷酸三钙），在具有一般磷酸钙盐良好的生物相容性的同时，还结合了羟基磷灰石骨诱导性好、力学强度高及β-磷酸三钙降解快、骨吸收性好的优点。β-TCP和HA比例也可进行调节，合适比例及孔结构的BCP陶瓷可具有骨诱导性。因此，BCP在硬组织修复、置换等方面的应用被大量研究，已经在20世纪80年代初以BCP陶瓷的形式在牙科和药物应用中进入了临床。[LeGeros RZ, et a1, Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 2003; Kurashina K, et al, Biomaterials, 2002; Gerber T, et al, Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2003. ] 

现有的关于骨水泥多孔支架的文献和专利报道中，孔的内表面多为颗粒堆积的拓扑结构，或并无明显高低起伏，细胞的黏附生长优于普通的高分子类组织工程支架。本发明针对以上背景，提供一种具有多级尺度的拓扑形貌的新型骨水泥多孔支架，进一步改善细胞的黏附生长。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种内表面具有花蕊型层叠片状微纳米拓扑形貌的骨水泥多孔支架，以提高细胞在支架内表面的黏附，进而调控细胞的其他行为并促进组织修复，其内表面分布有不连续的微纳米结构的花蕊型层叠片状凸起，与在背景区域连续堆积的颗粒结构。 

本发明的目的之二在于提供该多孔支架的制备方法。 

为达到上述目的，本发明采用的构思是：β-磷酸三钙/羟基磷灰石双相磷酸钙作为骨水泥粉末的主要原料，通过物理混合掺入碳酸钙作为发泡剂；以柠檬酸水溶液体系为固化液，添加壳聚糖作为增强剂。将骨水泥粉末与固化液按照一定的液固比调和成粘稠膏状，反应生成二氧化碳进行发泡致孔，注入模具进行塑型，待凝固后脱模。然后在一定的温度和湿度条件下养护，至强度基本稳定，再经打磨加工，去除与模具直接接触的部分，使支架内部的联通孔露出，最终制得内表面具有复杂拓扑形貌的骨水泥多孔支架材料，内表面具有不连续的微纳米花蕊型层叠片状结构与连续的几百个纳米大小的颗粒结构。 

根据上述构思，本发明采用如下技术方案： 

一种内表面具有花蕊型层叠片状微纳米拓扑形貌的骨水泥多孔支架，其特征在于该骨水泥多孔支架的内部为不规则多孔结构，孔径为100～1000 μm、孔隙率为5～95%，孔与孔之间相互联通，孔的内表面为不光滑表面，连续分布着大小为200～800 nm的颗粒，其中不连续的分布着微米级的凸起结构，该凸起结构的大小为2～8 μm，高度为1～5 μm。

上述的微米级凸起结构为花蕊型层叠片状的微纳米复合结构，其花瓣状单片的厚度小于10 nm。 

一种制备上述的 内表面具有花蕊型层叠片状微纳米拓扑形貌的骨水泥多孔支架的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：