[发明专利]一种三维打印复合无机纳米纤维支架及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种三维打印复合无机纳米纤维支架及其制备和应用，所述支架为负载无机材料气凝胶的镂空柱体支架。本发明技术简单,可重复性好,个性化定制性能优良，可为大段骨的缺损修复提供替代物。

技术领域

本发明属于大段骨修复支架及其制备和应用领域，特别涉及一种三维打印复合无机纳米纤维支架及其制备和应用。

背景技术

无机纳米纤维主要是由金属及氧化物、非金属及氧化物、盐等构成，而生物体当中骨的主要无机成分为羟基磷灰石。人工合成的材料如生物活性玻璃、硼硅酸盐等无机材料，它是由SiO2，Na2O，CaO，B2O3和P2O5等基本无机成分组成的生物材料，与人体骨组织成分高度类似。无机材料如生物活性玻璃及硼硅酸盐最显著的特征是植入人体后，表面状况随时间而动态变化，表面形成生物活性的碳酸羟基磷灰石层，为组织提供了键合面。多数生物活性玻璃等无机材料是既有骨生成性，又有骨引导作用，与骨和软组织都有良好的结合性，因此，无机材料如生物活性玻璃、硼硅酸盐等被认为是可应用在修复领域的良好生物材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种三维打印复合无机纳米纤维支架及其制备和应用，克服现有技术个性化定制性能不佳、骨修复材料应用形式不足的缺陷。

本发明的一种复合无机纳米纤维支架，所述支架为负载无机材料气凝胶的镂空柱体支架。

所述镂空柱体支架为三维打印的镂空柱体支架；所述无机材料气凝胶为生物玻璃气凝胶、硼硅酸盐气凝胶等无机成分气凝胶。

所述复合无机纳米材料支架也即大骨修复三维支架的主体力学结构由中间镂空PCL柱体支架提供，镂空PCL柱体支架内部及柱体外侧负载有无机材料气凝胶，如生物活性玻璃气凝胶，其中所述气凝胶为纳米纤维结构。

本发明的一种复合无机纳米纤维支架的制备方法，包括：

(1)将无机材料纳米纤维膜剪碎和天然高分子聚合物溶液混合，匀浆粉碎处理，得到无机纳米短纤维混合液；

(2)通过三维打印制备镂空柱体支架；

(3)将无机纳米纤维混合液与镂空柱体支架在模具中浇筑成型，交联，浸泡谷氨酸溶液，

漂洗，干燥，得到复合无机纳米纤维支架。

上述制备方法的优选方式如下：

所述步骤(1)中无机纳米纤维膜可为不同比例和不同组分的生物玻璃纤维、硼硅酸盐等无机成分，如本专利以生物活性玻璃为例制备的无机纳米纤维膜，以Si、Ga、Sr等成份为主。

所述步骤(1)中无机材料纳米纤维膜由下列方法制备：通过静电纺丝得到高分子聚合物/无机材料纳米纤维，干燥，煅烧，获得无机材料纳米纤维膜；

所述天然高分子聚合物为富含活性氨基、羧基等基团的天然高分子聚合物。进一步所述天然高分子聚合物为明胶等富含活性基团如氨基的化合物；所述匀浆粉碎处理为转速8000-13000rmp，匀浆时间5-10min。

所述天然高分子聚合物溶液为明胶水溶液，具体由下列方法制备：称取明胶，将其溶于热水中，选择热水作为明胶溶解的溶剂是基于明胶常温或低温溶解度较低，较难获得高含固率的明胶水溶液。进一步地，明胶水溶液配置时，如称取明胶0.5-1.0g，溶于100mL65-75℃热水中，制备得含固率(g/mL)为0.5％-1.0％的明胶水溶液；含固率是指溶质占溶剂体积的质量体积比，如1％指1g明胶分散于100mL的水溶液中。

所述干燥为真空干燥，真空度为-35～(-25)KPa,干燥温度为22-26℃，干燥时间为24-48h；

所述煅烧为煅烧温度600-800℃，时间3-5h；所述静电纺丝采用的纺丝液为高分子聚合物溶液、无机材料溶液和溶剂的混合液；所述静电纺为共轭静电纺。