[发明专利]一种可降解型半月板支架的光固化3D打印制备方法

说明书

本发明涉及一种可降解型半月板支架的光固化3D打印制备方法，属于生物医学组织工程支架材料的制备。打印半月板支架所用光敏树脂的原料组分及按重量份数计含量，如下：聚氨酯丙烯酸酯10‑80份，丙烯酸酯单体20‑80份，自由基型光引发剂0.5‑3.0份，消泡剂0.001‑0.5份。将光敏树脂加入3D打印机的树脂槽内，按设定的打印参数设备后，打印提到半月板支架坯体，再经过乙醇清洗、紫外线固化及烘箱固化后得到半月板支架样件。本发明提供的半月板支架，生物相容性好，具有与天然半月板相似的力学性能，而且光固化打印具有精度高、速度快、可精确控制支架的三维结构和多孔结构的特点。

技术领域

本发明属于组织工程技术领域，具体涉及一种生物医学组织工程支架材料的制备，具体为一种可降解型组织工程半月板支架的光固化3D打印制备方法。

背景技术

半月板，是介于关节表面软骨之间的一种白色软骨组织，其光滑的表面可以明显降低运动过程中关节面间的摩擦力。近年来，随着体育运动的流行及人口老龄化，半月板损伤发病率逐年上升，受该疾病困扰的患者越来越多。但是，由于半月板部位缺乏血液供应、神经支配及淋巴回流，损伤后自我修复能力很差；如得不到及时治疗，将会发展成骨性关节炎，普通人严重影响日常生活，职业运动员将断送职业生涯。

组织工程半月板技术，即构建可以修复受损半月板的替代物可以取得良好的治疗效果。组织工程的三个基本要素是支架材料、种子细胞和生长因子。虽然该技术近几年取得了很大的进步，但是仍有很多问题亟待解决，如支架材料的选择和结构构建。支架材料为种子细胞的黏附、增殖、分化提供良好的环境，有效引导新生组织向预设形状生长。支架材料必须具有：（1）良好的生物相容性；（2）多孔结构，合理的三维结构，利于细胞的黏附、增殖及分化，并实现营养物质的自由扩散，细胞的自由生长；（3）良好的力学性能，支架的力学性能应与天然的半月板相近，压缩模量应在75-150 kPa范围内，拉伸模量在75-150 MPa范围内[Biomaterials, 126, 18-30, 2017]。

支架材料可以分为替代型和降解型。其中替代型半月板移植物主要采用具有良好的生物相容性、体内稳定性和生物力学性能优异的聚乙烯醇水凝胶、聚碳酸酯型聚氨酯等材料。降解型半月板支架，根据材料来源不同，可分为天然材料和合成材料半月板支架。胶原蛋白、丝素蛋白、壳聚糖、海藻酸盐、明胶、玻尿酸等天然水凝胶聚合物材料，因具有良好的生物相容性而应用于半月板支架的研究 [Advanced Materials, 29, 2017]。德国IvySports Medicine公司开发的胶原蛋白半月板移植物（商品名CMI^®），能有效改善患者临床症状和膝关节临床评分。但是其力学性能不能维持膝关节正常功能，且降解较快，因此仅适用于半月板局部受损的病例 [生物医学工程学杂志, 35, 488-492, 2018]。

制备力学性能优异的合成材料半月板支架是目前研究的一个热点。聚氨酯、聚己内酯、聚乳酸等因具有良好的生物相容性、优异的力学性能及易加工性，被广泛应用于半月板支架的研究中。英国Orteq公司制备的一种聚己内酯/聚氨酯半月板支架已经商业化 （商品名为Atifit^®） [Biomaterials, 35, 3527-3540, 2014]。聚己内酯部分可以在五年内通过酯基水解降解完全，氨酯部分则会被巨噬细胞慢慢吞噬掉或逐渐并入周围的组织内[Knee Surgery Sports Traumatology Arthroscopy, 26, 2227-2238, 2018]。Song等人制备了具有生物活性表面的羟基磷灰石杂化聚氨酯型支架，通过控制其孔隙率调节其力学性能并将其用作半月板移植物 [Macromolecular Materials and Engineering, 304,2019]。但是，上述材料都无法精确控制支架孔隙结构以及无法为患者定制个体化特定三维形状的半月板支架，近年来3D打印技术的出现，使得人工半月板材料的成型加工和微细结构精确控制成为可能。