[发明专利]羟基磷灰石基骨组织工程支架及其粉末3D打印方法

说明书

本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种羟基磷灰石基骨组织工程支架及其粉末3D打印方法。所述的羟基磷灰石基骨组织工程支架以羟基磷灰石基复合粉体作为3D打印的粉末材料，以水溶性高分子溶液作为粘合剂；其中，所述的羟基磷灰石基复合粉体为通过原位化学沉淀法结合喷雾干燥工艺获得的羟基磷灰石/明胶复合粉体、羟基磷灰石/壳聚糖复合粉体或羟基磷灰石/明胶/壳聚糖复合粉体中的一种。本发明所述支架材料孔隙结构、连通程度可控，力学性能适宜，生物相容性好，具有良好的外形尺寸，符合个性化治疗原则；本发明所述的粉末3D打印方法，打印速度快、精度高。

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种羟基磷灰石基骨组织工程支架及其粉末3D打印方法。

背景技术

人口老龄化、疾病及工业、交通和运动事故等意外所导致的骨折或骨缺损等患者每年达数百万人，且有日益增多的趋势。在应用数量上，骨移植已经成为仅次于输血的人体组织移植。传统治疗骨缺损的方法包括自体骨、异体骨和人工骨移植。但这些方法分别存在着供体不足、免疫排斥、疾病传播、与宿主骨的机械性能和形成率不匹配，以及无法降解等不可忽视的问题。

组织工程学为骨缺损修复提供了一种崭新的研究思路。作为组织工程基本要素之一，骨组织工程支架材料是连接种子细胞和再生组织的桥梁，寻找一种结构和功能上与天然骨相近且具有骨诱导活性的修复材料一直是骨组织工程和材料学的热点。由于天然骨在微观上是由羟基磷灰石纳米颗粒和胶原纤维在分子水平上均匀有序排列而成的非均质多孔结构，将纳米级羟基磷灰石与具有骨诱导活性的有机大分子复合已成为组织工程支架的研究热点。其中胶原、壳聚糖、明胶、丝素蛋白等天然高分子材料，由于其无毒、结构与胶原相似、易降解等特点受到特别关注，如何将其与羟基磷灰石复合并构建出多孔结构的支架材料，是近年来生物材料领域的研究重点。目前常用的方法是：先通过原位合成或者搅拌、超声、球磨等方式获得复合粉体，然后经过纤维粘接技术，微粒沥滤技术，气体发泡技术，相分离技术方法获得多孔支架材料。受到加工方式的限制，上述工艺无法控制孔隙结构、孔隙间的位置和连通关系，同时无法保证支架的精确外形结构，难以实现个性化制造。

3D打印是20世纪90年代发明出的一种增材制造方法，由于在准确性、孔隙调节和个性化等方面独特的优势，3D打印在骨组织再生、药物缓释、软组织修复和概念模型等领域发展迅速。目前用于3D打印的材料主要包括：金属材料、生物材料、人工合成高分子和天然可降解高分子水凝胶。对于陶瓷材料的打印通常先将其通过添加分散剂的方法配成悬浮液，然后添加高分子形成水凝胶作为墨水，再打印成型(中国专利CN 106606802A、CN107115561A、CN105617456A)。在上述工艺中，为保证打印墨水的流动性及各相的均匀性，陶瓷粉体的含量一般较低，导致支架的强度较低；另外材料的成型固化较慢，影响最终的打印效率和打印精度。

因此，如何将3D打印与组织工程结合从而获得微观结构可控、力学性能适宜的羟基磷灰石基支架是本领域亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种羟基磷灰石基骨组织工程支架，所述支架材料孔隙结构、连通程度可控，力学性能适宜，生物相容性好，具有良好的外形尺寸，符合个性化治疗原则；本发明还提供其粉末3D打印方法。

本发明通过以下技术方案实现：

所述的羟基磷灰石基骨组织工程支架，以羟基磷灰石基复合粉体作为3D打印的粉末材料，以水溶性高分子溶液作为粘合剂；其中，所述的羟基磷灰石基复合粉体为羟基磷灰石/明胶复合粉体、羟基磷灰石/壳聚糖复合粉体或羟基磷灰石/明胶/壳聚糖复合粉体中的一种。

所述的羟基磷灰石基复合粉体通过原位化学共沉淀法合成，然后经喷雾干燥获得。

复合粉体需要满足各相分布均匀和良好的流动性两个要求。采用原位化学共沉淀法制备复合粉体，将有机相分别加入到磷盐溶液和钙盐溶液中，以有机相为模版沉积生成羟基磷灰石。采用这种方法获得的复合粉体为纳米级颗粒且各相分布均匀。