[发明专利]一种复合生物活性材料微区雕刻(3D)仿生人工骨的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物组织工程再生修复医学技术领域，具体地，涉及一种复合生物活性材料微区雕刻(3D)仿生人工骨的方法，第三代修复骨缺损生物硬质材料的方法。

背景技术

一、骨移植产品

传统硬组织(骨骼、牙齿等)修复材料，如：人工骨替代材料、人工关节假体、种植牙等，由于在组成及结构上与人体骨组织存在较大差异，植入体内后的骨组织修复过程基本上是一种被动的“充填”过程，且材料的降解速度与新骨形成速度不匹配，被移植受体宿主骨与移植材料应答出现时间断层，难以达到真正的“生物性融合”，出现移植后不愈合、或松动(不稳定)，严重制约了生物替代材料在骨科临床的推广应用。

移植材料与宿主骨生物相容性不好表现在：骨结合界面可形成纤维层包裹、界面结合强度低、血液供应不足，宿主细胞难以生长，导致应力遮挡、植入体松动并脱落、植入物失效等问题。

二、硬组织材料骨科修复移植术的代表手术：带肌肉血管蒂腓骨移植

临床植骨：由于各种原因造成的骨缺损、坏死等病变，临床通常采用异体骨(各种材料)或自体骨进行移植，修复骨缺损；由于骨骼自身的特性，重建的骨骼部分难以获得血液供应，或严重不足，从而使得骨移植在体积、长度方面受到很大限制，目前一般采用带血管蒂移植，被移植自体骨的微循环无法建立；而异体骨或生物材料替代骨则无法解决血液供应问题，阻碍了骨缺损修复。

近年来对硬质生物材料的生物相容性研究非常多，并取得了突飞猛进的发展。但对于硬质生物材料生物相容性的物理空间、结构设计少有研究。毋庸置疑的硬质生物材料的生物相容性的融合空间不能建立，大大降低了硬质材料的生物相容性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种复合生物活性材料微区雕刻(3D)仿生人工骨的方法。该方法不仅建立了硬质材料(移植骨)与宿主骨的主动应答，解决了当前各种生物材料包括同种异体骨的人工骨材料与宿主骨主动融合问题，而且提高了骨移植的临床适应症范围，并可免除人工关节再置换和可拓宽人工骨及人工关节的应用空间。

本发明的技术方案如下：一种复合生物活性材料微区雕刻(3D)仿生人工骨的方法，包括如下步骤：

一、微区图案制作：采用电脑三维设计进行3DMAX制作

(1)设计毛细血管血管床：在硬质生物材料溶胶-凝胶法生物活性玻璃纳米粉体自成孔之间做管状连通，管径<φ100微米L1mm，管隙率20-30％，形成毛细血管床及其血管床之间的交通连接；

(2)设计活性生物支架：模拟人体骨骼骨小梁三维结构(孔)，忽略生物玻璃自成孔，制作φ300-500微米，孔隙率30％细胞生长支架，与毛细血管床自然连接，形成自体细胞生长生物支架供氧体系；所述人体骨骼骨小梁三维结构(孔)呈不规则边界；

(3)仿生骨小梁之间以100微米孔径规则、不规则联通；

(4)表面开窗：血管床制作到达人工骨边缘，制作三维开口；

(5)外形设计：根据易发生骨外伤的骨骼、部位，设计不同规格、形态的高精仿生人体骨骼；

二、微区雕刻：3D打印毛细血管床及自体细胞生长的生物活性支架

(1)硬质生物材料：取溶胶-凝胶法生物活性玻璃纳米(NBG)粉体；

(2)自体细胞生长生物活性支架材料：取仿细胞膜材料磷酰胆碱类聚合物和甲壳素；

(3)配比：按溶胶-凝胶法生物活性玻璃纳米(NBG)粉体与磷酰胆碱类聚合物和甲壳素质量比8：1：1或7：1.5：1.5混合，得混合物；

(4)配置专用生物活性胶水：取生物胶氰基丙烯酸酯类胶粘剂，添加纳米甲壳素，纳米磷酰胆碱共聚物，配置专用生物活性胶水，氰基丙烯酸酯类胶粘剂：甲壳素：纳米磷酰胆碱共聚物的质量比为8：1：1；

(5)逐层打印

先打印一层步骤(3)所得混合物，打印厚度10微米，均匀喷涂；再在其上打印一层步骤(4)所得生物活性胶水，得到胶水层；

在胶水层做三维结构：1)采用3D打印技术，用步骤(4)所得生物活性胶水在胶水层上画出电脑三维设计的3DMAX制作结构；2)采用3D打印技术，在步骤(4)所得生物活性胶水画出结构上涂一层步骤(3)所得混合物；3)循环1)和2)操作动作至达到设计要求；

(6)粉尘吹除(吸除)：完成三维结构后，吹除或吸除未浸胶水的步骤(3)所得混合物的粉末，即得毛细血管床和自体细胞生长的生物活性支架。