[发明专利]一种关节软骨修复的一体化三层复合支架及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及组织工程关节软骨修复技术领域，具体涉及一种关节软骨修复的一体化三层复合支架及制备方法。

背景技术

近年来，骨关节炎和运动导致关节软骨损伤的发病率逐渐上升。由于软骨组织无血液供应和神经支配，并且软骨细胞的低代谢活性以及高密度的细胞外基质限制了软骨细胞向缺损区域移行，在受损后自我修复能力有限，因此组织工程在软骨修复中具有极大的应用前景。

关节软骨修复的理想状态是受损的软骨能够持续生成透明状软骨，新生组织与周围组织融合，并能够符合关节软骨的生物学和力学特性。由于关节软骨的特殊结构，一旦受损便为软骨层、钙化软骨下骨板层、松质骨层一同受损。同时，每一层具有不同的复杂结构以及性质，层与层之间应具有较好的层间结合力。因此，如何制备满足上述要求的骨组织工程支架是研究的热点与难点。目前该种一体化关节软骨修复支架存在的问题：层间结合力弱，不同组成材料如何一体化成型。

低温3D打印技术作为新兴的快速成型技术手段，可以精确的控制支架的外部形状、内部结构以及孔的连通性。相比其它3D打印技术，低温3D打印操作便捷，不需要高温，对材料的损坏较小，可有效用于三层水凝胶复合支架的制备。在现有技术背景下，运用低温3D打印技术制备三层水凝胶复合支架，有望为临床上软骨修复提供新技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种关节软骨修复的一体化三层复合支架及制备方法。

本发明通过以下技术手段实现：

本发明提供了一种关节软骨修复的一体化三层复合支架，其特征在于，包括自下至上依次叠加的软骨层、钙化软骨下骨板层和松质骨层，其中，该复合支架通过三维打印一次成型，软骨层为海藻酸钠水凝胶多孔层，钙化软骨下骨板层为生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合水凝胶致密层，松质骨层为生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合水凝胶多孔层，各层之间通过离子交联海藻酸钠组分形成一体化结构。

本发明提供的关节软骨修复的一体化三层复合支架，还可以具有这样的特征：其中，生物陶瓷颗粒的材质为硅酸钙基陶瓷，或者磷酸钙基陶瓷，或者生物玻璃，硅酸钙基陶瓷包括硅酸钙陶瓷、硅酸二钙陶瓷和硅酸三钙陶瓷，磷酸钙基陶瓷包括纳米羟基磷灰石陶瓷、磷酸钙陶瓷、磷酸二钙陶瓷和磷酸八钙陶瓷，生物玻璃包括硅生物玻璃、硅磷生物玻璃、硅钙磷生物玻璃、生物活性玻璃和介孔生物活性玻璃。

本发明提供的关节软骨修复的一体化三层复合支架，还可以具有这样的特征：其中，用于一体化交联海藻酸钠组分的离子为二价阳离子，或者三价阳离子，二价阳离子包括Ca²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Sr²⁺和Ba²⁺，三价阳离子包括Fe³⁺。

本发明提供的关节软骨修复的一体化三层复合支架，还可以具有这样的特征：其中，软骨层的孔隙率为60％～80％，松质骨层的孔隙率为50％～80％。

本发明提供的关节软骨修复的一体化三层复合支架，还可以具有这样的特征：其中，软骨层的厚度为0.2mm～4mm，钙化软骨下骨板层的厚度为0.2mm～2mm，松质骨层的厚度为0.2mm～4mm。

本发明提供的关节软骨修复的一体化三层复合支架，还可以具有这样的特征：其中，生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合水凝胶中的生物陶瓷颗粒与海藻酸钠的质量比为1:3～3:1。

本发明还提供了一种关节软骨修复的一体化三层复合支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)配制海藻酸钠浆料：先取一定量的海藻酸钠加入水中在一定温度条件下搅拌，待溶解后再加入一定量的海藻酸钠并快速搅拌均匀，经200～800目的筛网过筛后得到海藻酸钠浆料，密封保存；

(2)配制生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料：取一定量的经200～800目的筛网过筛的生物陶瓷颗粒加入到海藻酸钠水溶液中，快速搅拌均匀后经200～800目的筛网过筛，得到生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料，密封保存；

(3)设计三层复合支架的外观和内部结构：运用CAD/CAM计算机辅助软件进行三层复合支架的三维外观和内部结构设计，得到支架模型，其中，支架模型的内部孔径为50～1200μm，相邻的两浆料子层之间的走向夹角为0°～180°；