[发明专利]一种生长因子浓度梯度可控的人工硬骨支架制备方法

说明书

本发明提出一种生长因子浓度梯度可控的人工硬骨支架制备方法，首先打印过程中采用分层打印的方式，在每一层生物陶瓷材料上按一定浓度梯度分布要求打印生长因子，实现生物陶瓷材料、生长因子分层叠加，堆积成型出满足生长因子浓度梯度可控的生长因子‑骨支架复合结构。其次，打印过程中，无高温高压环境，很好地保证了生长因子的活性，同时采用多个喷头协作打印，能进一步实现骨支架内部生长因子的浓度梯度的准确可控。

技术领域

本发明涉及医用人工骨移植材料的制备领域，具体涉及一种生长因子浓度梯度可控的人工硬骨支架制备方法。

背景技术

人体骨骼本身具有一定的自修复能力，但对于由外界因素造成的严重骨缺损，人体无法自行修复，需要进行手术移植治疗。目前可用作移植材料的主要有自体骨、异体骨和人工合成材料。自体骨虽移植效果好，但是数量有限且易引发并发症；而异体骨存在感染病毒和产生排斥反应的可能；相比之下，人工合成材料具有优良的生物相容性和可降解性，用于骨修复更适合。理想的人工骨支架应满足下列要求：1.良好的生物相容性；2.具有一定通透性的微观孔隙结构；3.优良的力学性能；4.能与宿主骨整合，便于宿主骨组织的依附；5.有骨诱导性，能释放生长因子等促骨因素，进一步诱导新骨的形成。

整个骨结构从表层至深层依次为：骨膜—骨密质—骨松质—骨内膜—骨髓—骨髓腔。在骨结构重建过程中，骨的形成受多种因素调控，其中骨生长因子起主要作用。许多骨生长因子以不同的浓度量，参与不同时期骨不同层的生长代谢调节，调节骨内各种细胞的增殖分化及骨基质的合成与降解。由于骨结构不同层的骨生长因子的浓度分布不同，进一步影响各层的类骨质密度分布、骨质的密度分布、血管细胞的生长分布等。目前研究较多的促骨生长因子有骨形态发生蛋白、成纤维细胞生长因子、转化生长因子-β、血小板衍生生长因子、血管内皮细胞生长因子和胰岛素样生长因子等。

时下许多骨支架研究都将重点放在支架的相容性、微观孔结构及生物力学特性上，却很少研究如何将生物陶瓷材料和生长因子结合起来，形成生长因子-骨支架复合结构来满足骨支架植入机体后能够释放生长因子、引导骨细胞的贴壁生长的需求。传统的成型技术如挤压、注浆、压制等，这些技术在构造生长因子-骨支架复合结构上仍然存在一定的缺陷。首先，在成型过程无法实现模型的精确控制，而且最终成型还需经过烧结工艺。一般烧结温度在1000℃-1200℃左右，在该温度范围下生长因子的活性会受到破坏，直接影响复合支架的性能。其次，传统的成型技术只能将生长因子与生物陶瓷材料混合，无法实现生长因子在骨支架内按照一定浓度梯度要求分布。

例如、公开号CN1994243的专利公开了一种双尺度微结构人工骨支架制备方法，该方法先制备骨支架负型，再填入石蜡小球、生物材料浆体，最后经固化、烧结、气化形成骨支架；公开号CN101690828A的专利公开了一种多孔生物陶瓷制备方法，该方法先通过浇注生物陶瓷浆料制造三维壳体，再经冷冻、干燥、烧结，制备出生物陶瓷支架；公开号CN101011602A的专利公开了一种多孔生物陶瓷制备方法，该方法采用模压成型工艺将生物陶瓷球形颗粒堆积成多孔结构，经烧结形成多孔支架。上述公开专利中提出的骨支架制备方法，仅侧重于支架的三维结构，未考虑参与生长因子的调控，而且烧结工艺温度过高不适宜生长因子蛋白活性的保持，无法实现支架内部生长因子的精准分布。

发明内容

为克服现有技术存在的问题，保证生长因子的活性，又实现生长因子在骨支架结构中的精准分布，本发明在现有的人工骨支架成型方法基础上，以构建具有生长因子梯度分布的骨支架为设计目标，提出的一种基于多喷头打印多生长因子，且浓度梯度分布可控的硬骨支架制备方法。

本发明的基本思路原理是：首先打印过程中采用分层打印的方式，在每一层生物陶瓷材料上按一定浓度梯度分布要求打印生长因子，实现生物陶瓷材料、生长因子分层叠加，堆积成型出满足生长因子浓度梯度可控的生长因子-骨支架复合结构。其次，打印过程中，无高温高压环境，很好地保证了生长因子的活性，同时采用多个喷头协作打印，能进一步实现骨支架内部生长因子的浓度梯度的准确可控。

本发明的技术方案为：