[发明专利]一种挤出沉积式3D打印制备三维骨组织工程支架的方法

说明书

本发明公开了一种挤出沉积式3D打印制备三维骨组织工程支架的方法，属于生物材料技术领域。所述方法包括：将明胶、海藻酸钠与水按一定比例混合均匀，然后加入纳米级羟基磷灰石，混合均匀后形成羟基磷灰石‑明胶‑海藻酸钠复合浆料；其中，水:明胶:海藻酸钠:羟基磷灰石的质量比为100:4～6:2～4:30～55；将所述复合浆料加入3D打印机中，打印出组织工程支架；对打印出的所述组织工程支架进行第一冷冻干燥处理、固化处理、清洗及第二冷冻干燥，获得最终的骨组织工程支架。本发明的方法采用无机和有机的生物材料混合，在3D打印技术的基础上制备出的骨组织工程支架具有微观孔洞，以及良好的生物活性、良好的降解性能及强度，在骨损伤修复领域存在极高的应用价值。

技术领域

本发明涉及生物材料技术领域，特别涉及一种挤出沉积式3D打印制备三维骨组织工程支架的方法。

背景技术

挤出沉积制造技术是一种基于连续式直写技术的成形方法，其工作原理是采用压缩空气或者电机产生的压力来实现流态材料从料腔中挤出，以连续丝的方式沉积在基板上，逐层堆积形成三维实体结构。根据压力产生方式的不同，可以将挤出沉积制造技术分为气体压力助推微注射器式挤出沉积制造(Pressure Aassisted Microsyringe，简称PAM)和电机助推微注射器式挤出沉积制造(Motor Assisted Microsyringe，简称MAM)。

与传统的支架制备工艺和增材制造技术相比，挤出沉积制造技术具有以下特点：(1)能够制备出内外结构都高度复杂三维结构；(2)适用材料范围广，溶液、胶体、悬浮液、熔融体等状态的材料均可成形；(3)采用多喷头沉积成形，可实现成分上的梯度变化；(4)打印环境不引入对生物活性材料(如细胞、生长因子)有害的因素。利用挤出沉积制造技术制备多孔支架，不仅能够解决支架内外形状的可控制备问题，还能够克服传统增材制造技术在成形材料方面的限制。

传统的骨组织工程支架使用羟基磷灰石为材料制备的组织工程支架，由于其在干燥过程中易开裂，且需通过煅烧来去除分散剂等具有生物毒性的材料，所以传统支架在烧结后的表面微观孔洞较少，成骨性能和生物亲和性较差，虽然强度较高，但实际应用中支架强度要求并不苛刻，而成骨性能和生物亲和性的要求则较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种挤出沉积式3D打印制备三维骨组织工程支架的方法，该方法制备的骨组织工程支架具有良好的生物活性、良好的降解性能及强度。

为实现上述目的，本发明提供了一种挤出沉积式3D打印制备三维骨组织工程支架的方法，所述方法包括：

将明胶、海藻酸钠与水按一定比例混合均匀，然后加入纳米级羟基磷灰石，混合均匀后形成羟基磷灰石-明胶-海藻酸钠复合浆料；其中，水:明胶:海藻酸钠:羟基磷灰石的质量比为100:4～6:2～4:30～55；

将所述复合浆料加入3D打印机中，打印出组织工程支架；

对打印出的所述组织工程支架进行第一冷冻干燥处理、固化处理、清洗及第二冷冻干燥，获得最终的骨组织工程支架。

进一步地，所述将明胶、海藻酸钠与水按一定比例混合均匀，然后加入纳米级羟基磷灰石，混合均匀后形成羟基磷灰石-明胶-海藻酸钠复合浆料，具体为：

取适量蒸馏水，按比例加入明胶和海藻酸钠，搅拌混合均匀，密封放置到30-35℃的水浴中保温12-14h充分混合均匀，取出进一步搅拌，再密封放置到50-55℃的水浴中保温25-35min，最后加入纳米级羟基磷灰石搅拌均匀。

进一步地，所述纳米级羟基磷灰石的粒径为60nm以下。

进一步地，使用所述3D打印机打印所述组织工程支架时控制室内温度在20℃以下。

进一步地，使用所述3D打印机打印时挤压速度设置为0.006-0.01mm/s。