[发明专利]一种3D打印用人工骨支架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种3D打印用人工骨支架材料及其制备方法和应用，所述3D打印用人工骨支架材料包括可降解高分子材料、生物活性陶瓷和量子点。该3D打印用人工骨支架材料把无机材料的刚性、强度和骨传导性与高分子材料的强度、生物降解性以及量子点稳定的荧光效应有效地结合了起来，三者协同配合作用，其在机械强度上比单纯的高分子材料或生物活性陶瓷有显著的提升，其硬度、韧性等生物力学方面均更有优势。量子点的加入赋予骨支架材料在荧光下显影降解速率可监控的功能，可用于骨材料内化吸收的跟踪。生物活性陶瓷能将内部的量子点更好地与生理环境隔绝开，保证了量子点的性能稳定，且量子点会逐渐降解得到缓慢释放，进而被安全地代谢出体外。

技术领域

本发明属于骨科3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印用人工骨支架材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种力学性能好、可生物降解的3D打印用人工骨支架材料及其制备方法和应用。

背景技术

骨骼为人体提供骨架，支撑身体的重量和运动，保护重要器官。原发性骨肿瘤发生率较低，但由于骨特殊的环境，实体肿瘤容易转移到骨组织(如前列腺癌、乳腺癌、肺癌和肾癌等)。肿瘤骨骼转移的患者中，生活质量的下降和最终死亡几乎完全由骨痛、高钙血症、病理性骨折和硬膜压迫等并发症引起的。对于骨肿瘤的治疗目的，主要是减轻疼痛，预防病理性骨折，改善移动性和功能，延长生存期限。目前的手术策略是通过辅助影像学技术和术前化疗，从而细化切除的范围，保护健康组织。手术切除后以填充人工合成骨修复材料进行填充并治疗。

如今用于骨修复的生物材料有医用金属材料、医用高分子材料、医用生物陶瓷材料和医用复合材料。国内外大量研究发现了多种可用于制备人工骨的潜在材料，但多集中于某种单一材料或仅针对某项特性进行研究并取得一定的效果，然而临床上并不能达到满意的骨缺损修复效果。医用金属植入材料用于内固定材料时在强度、生物相容性方面较理想，但其应用过程中仍存在着较多的并发症，如金属植入物的蚀损、金属过敏反应、应力遮挡作用、骨质疏松，且内固定物需要二次手术取出，这就给患者在精神和物质上带来了很大的负担。

为克服骨折时使用金属内固定材料的缺点，从20世纪60年代起国外就开始研究可吸收内固定材料，一般所指的可吸收材料是一种人工合成的高分子有机物或天然高分子材料，其在体内经水解、氧化反应，最终代谢产物通过呼吸系统或泌尿系统排出体外，不在体内蓄积，几乎没有毒性作用，也不需二次手术取出。常用的可吸收材料有聚乙交酯(PGA)、聚丙交酯(PLA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)等。

生物陶瓷材料有生物惰性陶瓷和生物活性陶瓷两大类。生物惰性陶瓷主要有氧化锌、氧化铝、氧化锆、碳化硅等，生物惰性陶瓷常作为种植体表面改性材料应用。生物活性陶瓷主要有磷酸钙陶瓷、硅酸钙陶瓷、生物活性玻璃陶瓷等。纯生物活性陶瓷材料脆性较大，强度较低，无法满足人工骨的负重要求。长期的临床实践发现，不论是金属材料，还是有机高分子材料，成分与自然骨相差较大，作为骨的替代材料，其生物相容性、人体适应性以及天然骨之间的力学相容性并不令人满意。

目前，有一些现有技术公开了将荧光粉与高分子胶体按一定比例混合，制成掺杂有荧光粉的高分子胶体，通过喷头用掺杂有荧光粉的高分子胶体进行打印。然而，掺杂有荧光粉的高分子胶体存在以下问题：1)荧光粉颗粒较大，荧光粉与高分子胶体在混合时很容易发生沉淀并引起团聚，导致荧光粉在高分子胶体中分布不均匀；2)由于荧光粉和高分子胶体的折射率差别较大，在其接触表面上会形成很强的光散射效应。3)掺杂有荧光粉的高分子胶体内的有机物与无机荧光粉发生化学反应，致使荧光粉的发射光谱发生变化。因此，荧光粉胶在3D打印领域的发展受到限制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种3D打印用人工骨支架材料及其制备方法和应用，尤其提供一种力学性能好、可生物降解的3D打印用人工骨支架材料及其制备方法和应用

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种3D打印用人工骨支架材料，所述3D打印用人工骨支架材料包括可降解高分子材料、生物活性陶瓷和量子点。